CN106199125A - 一种新型全光纤电流互感器及其调制解调方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型全光纤电流互感器及其调制解调方法，该新型全光纤电流互感器的数据处理单元包括周期划分及处理模块、开环解调模块、开环运算处理模块、闭环解调模块、闭环运算处理模块和幅值误差修正处理模块；周期划分及处理模块将一个调制解调周期划分为若干个调制解调子周期且其包括至少一个开环子周期和至少一个闭环子周期，开环运算处理模块和闭环运算处理模块均与幅值误差修正处理模块相连，幅值误差修正处理模块输出用于高频测量的电流值，闭环运算处理模块输出用于电能计量或继电保护的电流值。本发明新型全光纤电流互感器能够同时满足电能计量、保护、谐波测量和行波测量等功能。

Description

一种新型全光纤电流互感器及其调制解调方法

技术领域

本发明涉及电力设备技术领域，特别是一种采用特定调制的新型全光纤电流互感器和全光纤电流互感器的调制解调方法。

背景技术

电流互感器是电力系统中继电保护与电能计量的重要设备，用来测量传输中的电流大小，并将测量到的电流大小发送至测量仪器和继电保护装置。全光纤电流互感器基于法拉第磁光效应及安培环路定律，采用数字控制技术，具有安全、准确、交直流兼容测量等特点，适应智能电网的新需求。全光纤电流互感器的工作原理为：全光纤电流互感器的光源经入射光路、敏感元件和返回光路后，生成携带相位差信息的光被光电探测器转为电信号，再对该电信号进行采集和信号处理，由于敏感元件设置于导体磁场中发生法拉第磁光效应，相位差与导体中的磁场强度成正比，而磁场强度与电流强度成正比，从而得到被测电流的大小并输出。

现有的全光纤电流互感器在对电信号进行采集后进行信号处理时其数据处理单元通常采用单一调制的方式：即有的全光纤电流互感器采用开环调制的方式进行信号处理，应用方波调制技术使相位差信息产生偏置，使数据处理单元工作在较敏感的区域，提高了互感器的响应灵敏度，故其具有响应速度快、延时小、带宽高等优点；但是当测量电流比较大时，由于解调结果是相位差信息的正弦函数，必然存在输入输出的非线性问题，并且随着输入电流增加，测量误差变大，故单纯的开环调制方式无法保证互感器的精度和稳定性，导致无法用于电能计量、保护等。也有的全光纤电流互感器采用闭环调制的方式进行信号处理，应用阶梯波反馈调制技术，在相向传输的两束光之间引入一个与法拉第相移φ_F大小相等、方向相反的反馈补偿相移，用来抵消法拉第效应相移，具有精度高、稳定性好的优点；但是单纯的闭环调制方式降低了带宽，无法满足高带宽、快速响应的应用领域，如谐波测量、行波测量等领域。

发明内容

本发明针对现有的全光纤电流互感器采用单一调制的方式存在的问题，提供一种新型全光纤电流互感器，设置特定结构的数据处理单元，采用开环闭环相结合的调制及相应解调方式进行信号处理，使得电流值具有精度好、稳定性好、相应速度快、延时小、带宽高等优点，能够同时满足电能计量、保护、谐波测量和行波测量等功能。本发明还涉及一种全光纤电流互感器的调制解调方法。

本发明的技术方案如下：

一种新型全光纤电流互感器，包括数据处理单元、A/D转换器和D/A转换器，所述数据处理单元的输入端连接A/D转换器，一输出端连接D/A转换器，另一输出端输出电流值，其特征在于，所述数据处理单元包括周期划分及处理模块、开环解调模块、开环运算处理模块、闭环解调模块、闭环运算处理模块和幅值误差修正处理模块；所述周期划分及处理模块同时连接A/D转换器和D/A转换器，所述周期划分及处理模块将一个调制解调周期划分为若干个调制解调子周期，在周期划分及处理模块划分的各调制解调子周期内进行单独调制解调，所述若干个调制解调子周期包括至少一个开环子周期和至少一个闭环子周期，所述开环子周期内的开环调制数据和所述闭环子周期内的闭环调制数据按照调制解调周期的划分时序依次输入至D/A转换器；所述开环解调模块分别连接周期划分及处理模块和开环运算处理模块，所述开环解调模块将开环子周期内接收的A/D转换器采集的信号进行开环解调处理得到开环解调数据后输入至开环运算处理模块，所述闭环解调模块分别连接周期划分及处理模块和闭环运算处理模块，所述闭环解调模块将闭环子周期内接收的A/D转换器采集的信号进行闭环解调处理得到闭环解调数据后输入至闭环运算处理模块并将闭环解调数据发送至周期划分及处理模块，所述周期划分及处理模块还将接收的闭环解调数据进行方波和阶梯波叠加处理后作为闭环调制数据输入至D/A转换器；所述开环运算处理模块和闭环运算处理模块均与幅值误差修正处理模块相连，所述幅值误差修正处理模块将开环运算处理模块和闭环运算处理模块的数据分别进行傅里叶变换计算基波幅值，再计算两者的幅值误差并对开环解调数据的幅值误差进行修正处理后输出用于高频测量的电流值，所述闭环运算处理模块输出用于电能计量或继电保护的电流值。

所述周期划分及处理模块包括周期划分模块、偏置方波生成模块、阶梯波生成模块和叠加处理模块，所述周期划分模块同时连接A/D转换器、D/A转换器、开环解调模块和闭环解调模块并且所述周期划分模块将一个调制解调周期划分为若干个调制解调子周期，所述偏置方波生成模块生成偏置方波作为开环子周期内的开环调制数据输入至D/A转换器，所述阶梯波生成模块与闭环解调模块相连用于对接收的闭环解调数据进行处理生成阶梯波，所述阶梯波生成模块生成的阶梯波与偏置方波生成模块生成的方波均输入至叠加处理模块进行叠加处理后作为闭环子周期内的闭环调制数据输入至D/A转换器。

所述开环运算处理模块包括依次连接的开环温度修正处理模块、开环比例修正处理模块和非线性修正处理模块，所述闭环运算处理模块包括依次连接的闭环温度修正处理模块和闭环比例修正处理模块，所述开环温度修正处理模块与开环解调模块相连，所述闭环温度修正处理模块与闭环解调模块相连，所述非线性修正处理模块和闭环比例修正处理模块均与幅值误差修正处理模块相连。

周期划分及处理模块将一个调制解调周期划分为两个调制解调子周期，所述两个调制解调子周期包括一个开环子周期和一个闭环子周期；

或，所述周期划分及处理模块划分的若干个调制解调子周期包括一个开环子周期和两个以上闭环子周期，所述闭环解调模块包括与闭环子周期数量相同的闭环解调子模块，所述闭环运算处理模块包括与闭环子周期数量相同的闭环运算处理子模块，闭环解调子模块和闭环运算处理子模块一一对应相连，各闭环子周期内接收的A/D转换器采集的信号分别经相应的闭环解调子模块进行闭环解调处理得到各闭环解调数据后输入至相应的闭环运算处理子模块并将各闭环解调数据均发送至周期划分及处理模块，所述周期划分及处理模块将接收的各闭环解调数据分别进行方波和阶梯波叠加处理后作为各闭环调制数据输入至D/A转换器；其中一个闭环运算处理子模块与幅值误差修正处理模块相连以实现对开环解调数据的幅值误差修正处理，各闭环运算处理子模块均输出用于电能计量或继电保护的电流值；

或，所述周期划分及处理模块划分的若干个调制解调子周期包括两个以上开环子周期和一个闭环子周期，所述开环解调模块包括与开环子周期数量相同的开环解调子模块，所述开环运算处理模块包括与开环子周期数量相同的开环运算处理子模块，开环解调子模块和开环运算处理子模块一一对应相连，各开环子周期内接收的A/D转换器采集的信号分别经相应的开环解调子模块进行开环解调处理得到各开环解调数据后输入至相应的开环运算处理子模块，各开环运算处理子模块均与幅值误差修正处理模块相连以实现对各开环解调数据的幅值误差修正处理后输出用于高频测量的电流值。

所述周期划分及处理模块将一个调制解调周期划分为三个调制解调子周期，所述三个调制解调子周期包括一个开环子周期和两个闭环子周期；所述闭环解调模块包括第一闭环解调子模块和第二闭环解调子模块，所述闭环运算处理模块包括第一闭环运算处理子模块和第二闭环运算处理子模块，第一闭环解调子模块与第一闭环运算处理子模块相连，第二闭环解调子模块与第二闭环运算处理子模块相连，一个闭环子周期内接收的A/D转换器采集的信号依次输入第一闭环解调子模块和第一闭环运算处理子模块，另一个闭环子周期内接收的A/D转换器采集的信号依次输入第二闭环解调子模块和第二闭环运算处理子模块，第一闭环解调子模块和第二闭环解调子模块进行闭环解调处理得到的两路闭环解调数据均发送至周期划分及处理模块，所述周期划分及处理模块将接收的两路闭环解调数据分别进行方波和阶梯波叠加处理后作为两路闭环调制数据输入至D/A转换器；所述第一闭环运算处理子模块或第二闭环运算处理子模块与幅值误差修正处理模块相连，所述第一闭环运算处理子模块和第二闭环运算处理子模块均输出用于电能计量或继电保护的电流值；

或，所述周期划分及处理模块将一个调制解调周期划分为三个调制解调子周期，所述三个调制解调子周期包括两个开环子周期和一个闭环子周期，所述开环解调模块包括第一开环解调子模块和第二开环解调子模块，所述开环运算处理模块包括第一开环运算处理子模块和第二开环运算处理子模块，第一开环解调子模块与第一开环运算处理子模块相连，第二开环解调子模块与第二开环运算处理子模块相连，第一开环运算处理子模块和第二开环运算处理子模块均与幅值误差修正处理模块相连以实现对两路开环解调数据的幅值误差修正处理后输出两路用于高频测量的电流值。

一种全光纤电流互感器的调制解调方法，其特征在于，将一个调制解调周期划分为若干个调制解调子周期，在各调制解调子周期内进行单独调制解调，划分的若干个调制解调子周期包括至少一个开环子周期和至少一个闭环子周期；在进行调制时是将开环子周期内的开环调制数据和闭环子周期内的闭环调制数据按照调制解调周期的划分时序依次输入至D/A转换器分别进行开环调制和闭环调制；在进行解调时是将开环子周期内接收的A/D转换器采集的信号进行开环解调处理得到开环解调数据后再进行开环运算处理，以及将闭环子周期内接收的A/D转换器采集的信号进行闭环解调处理得到闭环解调数据后再进行闭环运算处理并将闭环解调数据进行方波和阶梯波叠加处理后作为闭环调制数据输入至D/A转换器，然后将开环运算处理和闭环运算处理的数据分别进行傅里叶变换计算基波幅值，再计算两者的幅值误差并对开环解调数据的幅值误差进行修正处理后输出用于高频测量的电流值；在闭环运算处理后还输出用于电能计量或继电保护的电流值。

进行开环运算处理具体为依次进行开环温度修正处理、开环比例修正处理和非线性修正处理，进行闭环运算处理具体为依次进行闭环温度修正处理和闭环比例修正处理；再将开环运算处理中的非线性修正处理的数据和闭环运算处理中的闭环比例修正处理的数据分别进行傅里叶变换计算基波幅值。

将一个调制解调周期划分为两个调制解调子周期，划分两个调制解调子周期包括一个开环子周期和一个闭环子周期；

或，将一个调制解调周期划分为一个开环子周期和两个以上闭环子周期，在进行解调时将各闭环子周期内接收的A/D转换器采集的信号分别进行闭环解调处理得到各闭环解调数据后再分别进行闭环运算处理并将各闭环解调数据分别进行方波和阶梯波叠加处理后作为各闭环调制数据输入至D/A转换器，然后将开环运算处理和一个闭环子周期内闭环运算处理的数据分别进行傅里叶变换计算基波幅值，再计算两者的幅值误差并对开环解调数据的幅值误差进行修正处理后输出用于高频测量的电流值；在各闭环运算处理后还输出用于电能计量或继电保护的电流值；

或，将一个调制解调周期划分为两个以上开环子周期和一个闭环子周期，在进行解调时将各开环子周期内接收的A/D转换器采集的信号分别进行开环解调处理得到各开环解调数据后再分别进行开环运算处理，并在各开环运算处理的数据分别进行傅里叶变换计算基波幅值后，分别与闭环运算处理的数据经傅里叶变换计算的基波幅值比对，依次计算两者的幅值误差进而对各开环解调数据的幅值误差进行修正处理后输出用于高频测量的电流值。

将一个调制解调周期划分为一个开环子周期和两个闭环子周期，在进行解调时将两个闭环子周期内接收的A/D转换器采集的信号分别进行闭环解调处理得到两路闭环解调数据后再分别进行闭环运算处理并将两路闭环解调数据分别进行方波和阶梯波叠加处理后作为两路闭环调制数据输入至D/A转换器，然后将开环运算处理和一个闭环子周期内闭环运算处理的数据分别进行傅里叶变换计算基波幅值，再计算两者的幅值误差并对开环解调数据的幅值误差进行修正处理后输出用于高频测量的电流值；在两路闭环运算处理后还输出两路用于电能计量或继电保护的电流值；

或，将一个调制解调周期划分为两个开环子周期和一个闭环子周期，在进行解调时将两个开环子周期内接收的A/D转换器采集的信号分别进行开环解调处理得到两路开环解调数据后再分别进行开环运算处理，并在两路开环运算处理的数据分别进行傅里叶变换计算基波幅值后，分别与闭环运算处理的数据经傅里叶变换计算的基波幅值比对，依次计算两者的幅值误差进而对两路开环解调数据的幅值误差进行修正处理后输出两路用于高频测量的电流值。

本发明的技术效果如下：

本发明提供的新型全光纤电流互感器，设置特定结构的数据处理单元，该数据处理单元包括周期划分及处理模块、开环解调模块、开环运算处理模块、闭环解调模块、闭环运算处理模块和幅值误差修正处理模块，通过周期划分及处理模块将一个调制解调周期划分为若干个调制解调子周期且其包括至少一个开环子周期和至少一个闭环子周期，各调制解调子周期内进行单独调制解调，采用开环闭环相结合的调制及相应解调方式进行信号处理，对闭环解调数据进行闭环运算处理，闭环运算处理模块输出的数据即为闭环子周期解调出来的电流值，具有精度高、稳定性好的优点，可用于电能计量、继电保护；对开环解调数据进行开环运算处理，开环运算处理模块输出的数据具有响应速度快、延时小、带宽高等优点，在对开环解调数据进行开环运算处理和对闭环解调数据进行闭环运算处理后均输入至幅值误差修正处理模块，实现对开环解调数据的幅值误差修正处理，即利用闭环解调数据对开环解调数据的输出精度进行校准，这样开环解调数据同时具有了精度好、稳定性好、响应速度快、延时小和带宽高等优点，幅值误差修正处理模块的输出即为开环子周期解调出来的电流值，可用于高频测量的电流值。综上，本发明新型全光纤电流互感器能够避免现有的全光纤电流互感器采用单一调制的方式存在的种种问题，能够同时满足电能计量、保护、谐波测量和行波测量等功能。

本发明所述的新型全光纤电流互感器中数据处理单元的周期划分及处理模块可根据需要将调制解调周期进行灵活划分，如将一个调制解调周期划分为两个调制解调子周期即一个开环子周期和一个闭环子周期，这样共输出两路电流值，一路用于高频测量如谐波测量和行波测量，另一路用于电能测量、继电保护等。也可将一个调制解调周期划分为一个开环子周期和两个以上闭环子周期，可输出一路电流值用于高频测量如谐波测量和行波测量，输出多路电流值均可用于电能计量、继电保护。还可将一个调制解调周期划分为两个以上开环子周期和一个闭环子周期，可输出多路电流值均可用于高频测量如谐波测量和行波测量，输出一路电流值用于电能计量、继电保护。

优选设置开环运算处理模块包括依次连接的开环温度修正处理模块、开环比例修正处理模块和非线性修正处理模块，闭环运算处理模块包括依次连接的闭环温度修正处理模块和闭环比例修正处理模块，开环/闭环温度修正处理模块能够对开环/闭环解调数据在高低温下的变化误差修正，开环/闭环比例修正处理模块能够对开环/闭环解调数据与一次电流之间的变比误差修正，非线性修正处理模块对开环解调数据进行非线性误差修正，保证互感器在保护电流下能够满足复合误差的要求。

本发明涉及的全光纤电流互感器的调制解调方法，将一个调制解调周期划分为若干个调制解调子周期，在各调制解调子周期内进行单独调制解调，划分的若干个调制解调子周期包括至少一个开环子周期和至少一个闭环子周期，每个子周期内可采用开环或闭环的调制解调方式，各调制解调周期独立工作；在进行调制时是将开环子周期内的开环调制数据和闭环子周期内的闭环调制数据按照调制解调周期的划分时序依次输入至D/A转换器分别进行开环调制和闭环调制；在进行解调时进行开环解调和开环运算处理，以及闭环解调和闭环运算处理，然后将开环运算处理和闭环运算处理的数据分别进行傅里叶变换计算基波幅值，再计算两者的幅值误差并对开环解调数据的幅值误差进行修正处理后输出用于高频测量的电流值；在闭环运算处理后还输出用于电能计量或继电保护的电流值。本发明的全光纤电流互感器的调制解调方法，综合了开环调制解调和闭环调制解调的优点，通过闭环解调数据的输出精度进行校准开环解调数据，采用该调制解调方法的光线电流互感器将能够同时满足电能计量、保护、谐波测量和行波测量等功能。

附图说明

图1为全光纤电流互感器的结构示意图。

图2a为周期划分及处理模块的工作原理图，图2b为周期划分及处理模块的优选工作原理图。

图3为本发明新型全光纤电流互感器的数据处理单元的第一种优选结构示意图。

图4为本发明周期划分及处理模块的优选结构示意图。

图5为本发明新型全光纤电流互感器的数据处理单元的第二种优选结构示意图。

图6为本发明新型全光纤电流互感器的数据处理单元的第三种优选结构示意图。

图7为本发明周期划分及处理模块的另一优选结构示意图。

图8为本发明新型全光纤电流互感器的数据处理单元的第四种优选结构示意图。

图9为本发明全光纤电流互感器的调制解调方法的流程图。

图10为本发明全光纤电流互感器的调制解调方法的优选流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明。

全光纤电流互感器用于电力系统中的电流测量，其包括光学传感部件、延时光纤和采集装置，采集装置包括电路板和光学器件，如图1所示结构，光学器件包括光源、耦合器、偏振器、相位调制器、光电探测器等器件，电路板包括前置放大滤波电路、A/D转换器、数据处理单元、D/A转换器和后置放大驱动电路等，电路板和光学器件中的各组成部分之间为常用连接关系，如数据处理单元的输入端连接A/D转换器，一输出端连接D/A转换器，另一输出端输出电流值。采集装置与现场的一次侧敏感单元连接后，基于法拉第磁光效应由采集装置进行采样，由电路板的数据处理单元输出携带电流值的数字信号。

本发明的新型全光纤电流互感器具有特定结构的数据处理单元，该数据处理单元的结构如图3所示，包括周期划分及处理模块、开环解调模块、开环运算处理模块、闭环解调模块、闭环运算处理模块和幅值误差修正处理模块；周期划分及处理模块同时连接A/D转换器和D/A转换器，周期划分及处理模块将一个调制解调周期划分为若干个调制解调子周期，在周期划分及处理模块划分的各调制解调子周期内进行单独调制解调，所述若干个调制解调子周期包括至少一个开环子周期和至少一个闭环子周期，周期划分及处理模块的工作原理如图2a所示，将一个调制解调周期τ划分为n个调制解调子周期τ₁、τ₂……τ_n，各调制解调子周期的时间可相同或者不同，在每个调制解调子周期内进行单独调制解调，每个调制解调子周期可以采用开环或者闭环的调制解调方式，只要保证至少具有一个开环子周期和一个闭环子周期即可。图2b为周期划分及处理模块的优选工作原理图，该实施例是将一个调制解调周期τ平均划分为两个调制解调子周期τ₁和τ₂。如图3所示，开环子周期内的开环调制数据和闭环子周期内的闭环调制数据按照调制解调周期的划分时序依次输入至D/A转换器；开环解调模块分别连接周期划分及处理模块和开环运算处理模块，开环解调模块将开环子周期内接收的A/D转换器采集的信号进行开环解调处理得到开环解调数据后输入至开环运算处理模块，闭环解调模块分别连接周期划分及处理模块和闭环运算处理模块，闭环解调模块将闭环子周期内接收的A/D转换器采集的信号进行闭环解调处理得到闭环解调数据后输入至闭环运算处理模块并将闭环解调数据发送至周期划分及处理模块，即周期划分及处理模块和闭环解调模块之间为双向传输，周期划分及处理模块除了进行调制解调周期划分外，还将接收的闭环解调数据进行方波和阶梯波叠加处理后作为闭环调制数据输入至D/A转换器；开环运算处理模块和闭环运算处理模块均与幅值误差修正处理模块相连，幅值误差修正处理模块将开环运算处理模块和闭环运算处理模块的数据分别进行傅里叶变换计算基波幅值，再计算两者的幅值误差并对开环解调数据的幅值误差进行修正处理后输出用于高频测量的电流值，闭环运算处理模块输出用于电能计量或继电保护的电流值。对闭环解调数据进行闭环运算处理，闭环运算处理模块输出的数据即为闭环子周期解调出来的电流值，具有精度高、稳定性好的优点，可用于电能计量、继电保护；对开环解调数据进行开环运算处理，开环运算处理模块输出的数据具有响应速度快、延时小、带宽高等优点，利用闭环解调数据对开环解调数据的输出精度进行校准，这样开环解调数据同时具有了精度好、稳定性好、响应速度快、延时小和带宽高等优点，幅值误差修正处理模块的输出即为开环子周期解调出来的电流值，可用于高频测量的电流值。本发明新型全光纤电流互感器能够同时满足电能计量、保护、谐波测量和行波测量等功能。

优选地，周期划分及处理模块的结构如图4所示，包括周期划分模块、偏置方波生成模块、阶梯波生成模块和叠加处理模块，周期划分模块分别连接A/D转换器、D/A转换器、开环解调模块和闭环解调模块，所述周期划分模块将一个调制解调周期划分为若干个调制解调子周期，在周期划分模块划分的调制解调周期的时序下，偏置方波生成模块生成偏置方波作为开环子周期内的开环调制数据输入至D/A转换器，阶梯波生成模块与闭环解调模块相连用于对接收的闭环解调数据进行处理生成阶梯波，阶梯波生成模块生成的阶梯波与偏置方波生成模块生成的方波均输入至叠加处理模块进行叠加处理后作为闭环子周期内的闭环调制数据输入至D/A转换器。

图5为本发明新型全光纤电流互感器的数据处理单元的第二种优选结构示意图，该实施例中的开环运算处理模块包括依次连接的开环温度修正处理模块、开环比例修正处理模块和非线性修正处理模块，闭环运算处理模块包括依次连接的闭环温度修正处理模块和闭环比例修正处理模块，开环温度修正处理模块与开环解调模块相连，闭环温度修正处理模块与闭环解调模块相连，非线性修正处理模块和闭环比例修正处理模块均与幅值误差修正处理模块相连。该实施例的工作原理是开环解调模块进行开环解调处理得到开环解调数据后，在开环运算处理模块依次经过温度修正、比例修正、非线性修正后进入幅值误差修正处理模块做傅立叶变换计算基波电流幅值；闭环解调模块进行闭环解调处理得到闭环解调数据后，在闭环运算处理模块依次经过温度修正、比例修正后输出数据用于电能计量、继电保护，同时通过幅值误差修正处理模块做傅立叶变换计算基波电流幅值，再计算两者的幅值误差并对开环解调数据的幅值误差进行修正处理后输出用于高频测量的电流值。为了保证幅值误差修正的可靠性，仅当傅立叶变换计算出的闭环基波电流幅值小于1.2倍的额定电流时，计算两种数据的幅值误差，并用于对开环解调数据的幅值误差修正。开环/闭环温度修正处理模块分别能够对开环/闭环解调数据在高低温下的变化误差修正，可以将本发明新型全光纤电流互感器置于高低温箱内，可通过高低温试验建立其温度模型，然后通过软件进行温度修正；开环/闭环比例修正处理模块分别能够对开环/闭环解调数据与一次电流之间的变比误差修正；当开环解调数据在输入电流增大时，其输出非线性误差增大，故通过非线性修正处理模块对开环解调数据进行非线性误差修正，保证互感器在保护电流下能够满足复合误差的要求。闭环解调数据具有较好的线性，不需进行非线性修正。

本发明所述的新型全光纤电流互感器中数据处理单元的周期划分及处理模块可根据需要将调制解调周期进行灵活划分，如图2b所示将一个调制解调周期划分为两个调制解调子周期即一个开环子周期和一个闭环子周期，这样的新型全光纤电流互感器如图3、图4和图5所示结构，共输出两路电流值，一路用于高频测量如谐波测量和行波测量，另一路用于电能测量、继电保护等。

也可将一个调制解调周期划分为一个开环子周期和两个以上闭环子周期，也就是说，周期划分及处理模块划分的若干个调制解调子周期包括一个开环子周期和两个以上闭环子周期，闭环解调模块包括与闭环子周期数量相同的闭环解调子模块，闭环运算处理模块包括与闭环子周期数量相同的闭环运算处理子模块，闭环解调子模块和闭环运算处理子模块一一对应相连，各闭环子周期内接收的A/D转换器采集的信号分别经相应的闭环解调子模块进行闭环解调处理得到各闭环解调数据后输入至相应的闭环运算处理子模块并将各闭环解调数据均发送至周期划分及处理模块，再由周期划分及处理模块将接收的各闭环解调数据分别进行方波和阶梯波叠加处理后作为各闭环调制数据输入至D/A转换器；其中一个闭环运算处理子模块与幅值误差修正处理模块相连以实现对开环解调数据的幅值误差修正处理，各闭环运算处理子模块均输出用于电能计量或继电保护的电流值，这样可输出一路电流值用于高频测量如谐波测量和行波测量，输出多路电流值均可用于电能计量、继电保护。优选地，开环运算处理模块包括依次连接的开环温度修正处理模块、开环比例修正处理模块和非线性修正处理模块，各所述闭环运算处理子模块均包括依次连接的闭环温度修正处理子模块和闭环比例修正处理子模块，开环温度修正处理模块与开环解调模块相连，各闭环温度修正处理模块与相应的闭环解调子模块相连，非线性修正处理模块和一个闭环运算处理子模块中的闭环比例修正处理子模块均与幅值误差修正处理模块相连。如图6所示实施例，周期划分及处理模块将一个调制解调周期划分为三个调制解调子周期，该三个调制解调子周期包括一个开环子周期和两个闭环子周期；闭环解调模块包括第一闭环解调子模块和第二闭环解调子模块，闭环运算处理模块包括第一闭环运算处理子模块和第二闭环运算处理子模块，第一闭环解调子模块与第一闭环运算处理子模块相连，第二闭环解调子模块与第二闭环运算处理子模块相连，一个闭环子周期内接收的A/D转换器采集的信号依次输入第一闭环解调子模块和第一闭环运算处理子模块，另一个闭环子周期内接收的A/D转换器采集的信号依次输入第二闭环解调子模块和第二闭环运算处理子模块，第一闭环解调子模块和第二闭环解调子模块进行闭环解调处理得到的两路闭环解调数据还均发送至周期划分及处理模块，再由周期划分及处理模块将接收的两路闭环解调数据分别进行方波和阶梯波叠加处理后作为两路闭环调制数据输入至D/A转换器；第一闭环运算处理子模块与幅值误差修正处理模块相连以实现对开环解调数据的幅值误差修正处理(也可以将第二闭环运算处理子模块与幅值误差修正处理模块相连以实现对开环解调数据的幅值误差修正处理)，第一闭环运算处理子模块和第二闭环运算处理子模块均输出用于电能计量或继电保护的电流值；图6所示实施例输出一路电流值用于高频测量如谐波测量和行波测量，输出两路电流值均可用于电能计量、继电保护。针对图6所示的新型全光纤电流互感器的数据处理单元的结构，其中的周期划分及处理模块的优选结构可如图7所示，周期划分模块周期划分模块将一个调制解调周期划分为一个开环子周期和两个闭环子周期并分别与开环解调模块、第一闭环解调子模块和第二闭环解调子模块相连，第一闭环解调子模块和第二闭环解调子模块在进行闭环解调后分别得到闭环解调数据，两路闭环解调数据均输入至阶梯波生成模块，阶梯波生成模块对接收的两路闭环解调数据分别进行累加处理生成两路阶梯波，阶梯波生成模块生成的各路阶梯波与偏置方波生成模块生成的方波均输入至叠加处理模块分别进行叠加处理后作为闭环子周期内的两路闭环调制数据输入至D/A转换器。

还可将一个调制解调周期划分为两个以上开环子周期和一个闭环子周期，也就是说，周期划分及处理模块划分的若干个调制解调子周期包括两个以上开环子周期和一个闭环子周期，开环解调模块包括与开环子周期数量相同的开环解调子模块，开环运算处理模块包括与开环子周期数量相同的开环运算处理子模块，开环解调子模块和开环运算处理子模块一一对应相连，各开环子周期内接收的A/D转换器采集的信号分别经相应的开环解调子模块进行开环解调处理得到各开环解调数据后输入至相应的开环运算处理子模块，各开环运算处理子模块均与幅值误差修正处理模块相连以实现对各开环解调数据的幅值误差修正处理后输出用于高频测量的电流值，具体是幅值误差修正处理模块将各开环运算处理子模块和闭环运算处理模块的数据分别进行傅里叶变换计算基波幅值，再分别计算开闭环两者的幅值误差并对开环解调数据的幅值误差进行修正处理后输出用于高频测量的电流值，这样可输出多路电流值均可用于高频测量如谐波测量和行波测量，输出一路电流值用于电能计量、继电保护。优选地，各所述开环运算处理子模块均包括依次连接的开环温度修正处理子模块、开环比例修正处理子模块和非线性修正处理子模块，闭环运算处理模块包括依次连接的闭环温度修正处理模块和闭环比例修正处理模块，各开环温度修正处理模块与相应的开环解调子模块相连，闭环温度修正处理模块与闭环解调模块相连，各非线性修正处理模块和所述闭环比例修正处理模块均与幅值误差修正处理模块相连。如图8所示实施例，周期划分及处理模块将一个调制解调周期划分为三个调制解调子周期，该三个调制解调子周期包括两个开环子周期和一个闭环子周期，开环解调模块包括第一开环解调子模块和第二开环解调子模块，开环运算处理模块包括第一开环运算处理子模块和第二开环运算处理子模块，第一开环解调子模块与第一开环运算处理子模块相连，第二开环解调子模块与第二开环运算处理子模块相连，第一开环运算处理子模块、第二开环运算处理子模块和闭环运算处理模块均与幅值误差修正处理模块相连以实现对两路开环解调数据的幅值误差修正处理后，具体是幅值误差修正处理模块将第一开环运算处理子模块、第二开环运算处理子模块和闭环运算处理模块的数据分别进行傅里叶变换计算基波幅值，再分别计算第一路开环和闭环之间的幅值误差以及第二路开环和闭环之间的幅值误差并分别对两路开环解调数据的幅值误差进行修正处理后输出两路用于高频测量的电流值；图8所示实施例输出两路电流值均可用于高频测量如谐波测量和行波测量，输出一路电流值用于电能计量、继电保护。

本发明还涉及一种全光纤电流互感器的调制解调方法，该方法流程图如9所示，先进行周期划分，将一个调制解调周期划分为若干个调制解调子周期，在各调制解调子周期内进行单独调制解调，划分的若干个调制解调子周期包括至少一个开环子周期和至少一个闭环子周期，比如将一个调制解调周期τ划分为两个调制解调子周期τ₁和τ₂，τ₁为开环子周期，τ₂为闭环子周期；在进行调制时是将开环子周期内的开环调制数据和闭环子周期内的闭环调制数据按照调制解调周期的划分时序依次输入至D/A转换器分别进行开环调制和闭环调制；在进行解调时是将开环子周期内接收的A/D转换器采集的信号进行开环解调处理得到开环解调数据后再进行开环运算处理，以及将闭环子周期内接收的A/D转换器采集的信号进行闭环解调处理得到闭环解调数据后再进行闭环运算处理并将闭环解调数据进行方波和反馈阶梯波叠加处理后作为闭环调制数据输入至D/A转换器；然后对开环解调数据的幅值误差进行修正处理，具体是将开环运算处理和闭环运算处理的数据分别进行傅里叶变换计算基波幅值，再计算两者的幅值误差并对开环解调数据的幅值误差进行修正处理后输出用于高频测量的电流值；在闭环运算处理后还输出用于电能计量或继电保护的电流值。

图10本发明全光纤电流互感器的调制解调方法的优选流程图，其优选的环运算处理具体为依次进行开环温度修正处理、开环比例修正处理和非线性修正处理，进行闭环运算处理具体为依次进行闭环温度修正处理和闭环比例修正处理；再将开环运算处理中的非线性修正处理的数据和闭环运算处理中的闭环比例修正处理的数据分别进行傅里叶变换计算基波幅值，再计算两者的幅值误差并对开环解调数据的幅值误差进行修正处理后输出用于高频测量的电流值。

本发明全光纤电流互感器的调制解调方法可将调制解调周期灵活划分，例如将一个调制解调周期划分为两个调制解调子周期，划分两个调制解调子周期包括一个开环子周期和一个闭环子周期；或，将一个调制解调周期划分为一个开环子周期和两个以上闭环子周期，此时，在进行解调时是将各闭环子周期内接收的A/D转换器采集的信号分别进行闭环解调处理得到各闭环解调数据后再分别进行闭环运算处理并将各闭环解调数据分别进行方波和阶梯波叠加处理后作为各闭环调制数据输入至D/A转换器，然后将开环运算处理和一个闭环子周期内闭环运算处理的数据分别进行傅里叶变换计算基波幅值，再计算两者的幅值误差并对开环解调数据的幅值误差进行修正处理后输出用于高频测量的电流值；在各闭环运算处理后还输出用于电能计量或继电保护的电流值；或，将一个调制解调周期划分为两个以上开环子周期和一个闭环子周期，在进行解调时将各开环子周期内接收的A/D转换器采集的信号分别进行开环解调处理得到各开环解调数据后再分别进行开环运算处理，并在各开环运算处理的数据分别进行傅里叶变换计算基波幅值后，分别与闭环运算处理的数据经傅里叶变换计算的基波幅值比对，依次计算两者的幅值误差进而对各开环解调数据的幅值误差进行修正处理后输出用于高频测量的电流值。当然，也可以将一个调制解调周期划分为两个以上开环子周期和两个以上闭环子周期，其流程不再一一举例叙述。

以下说明本发明全光纤电流互感器的调制解调方法将一个调制解调周期划分为三个调制解调子周期的两个实施例，与图6和图8所述装置实施例的原理相同。本发明的全光纤电流互感器的调制解调方法可将一个调制解调周期划分为一个开环子周期和两个闭环子周期，在进行解调时将两个闭环子周期内接收的A/D转换器采集的信号分别进行闭环解调处理得到两路闭环解调数据后再分别进行闭环运算处理并将两路闭环解调数据分别进行方波和阶梯波叠加处理后作为两路闭环调制数据输入至D/A转换器，然后将开环运算处理和一个闭环子周期内闭环运算处理的数据分别进行傅里叶变换计算基波幅值，再计算两者的幅值误差并对开环解调数据的幅值误差进行修正处理后输出用于高频测量的电流值；在两路闭环运算处理后还输出两路用于电能计量或继电保护的电流值。本发明的全光纤电流互感器的调制解调方法还可将一个调制解调周期划分为两个开环子周期和一个闭环子周期，在进行解调时将两个开环子周期内接收的A/D转换器采集的信号分别进行开环解调处理得到两路开环解调数据后再分别进行开环运算处理，并在两路开环运算处理的数据分别进行傅里叶变换计算基波幅值后，分别与闭环运算处理的数据经傅里叶变换计算的基波幅值比对，依次计算两者的幅值误差进而对两路开环解调数据的幅值误差进行修正处理后输出两路用于高频测量的电流值。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (9)

1.一种新型全光纤电流互感器，包括数据处理单元、A/D转换器和D/A转换器，所述数据处理单元的输入端连接A/D转换器，一输出端连接D/A转换器，另一输出端输出电流值，其特征在于，所述数据处理单元包括周期划分及处理模块、开环解调模块、开环运算处理模块、闭环解调模块、闭环运算处理模块和幅值误差修正处理模块；所述周期划分及处理模块同时连接A/D转换器和D/A转换器，所述周期划分及处理模块将一个调制解调周期划分为若干个调制解调子周期，在周期划分及处理模块划分的各调制解调子周期内进行单独调制解调，所述若干个调制解调子周期包括至少一个开环子周期和至少一个闭环子周期，所述开环子周期内的开环调制数据和所述闭环子周期内的闭环调制数据按照调制解调周期的划分时序依次输入至D/A转换器；所述开环解调模块分别连接周期划分及处理模块和开环运算处理模块，所述开环解调模块将开环子周期内接收的A/D转换器采集的信号进行开环解调处理得到开环解调数据后输入至开环运算处理模块，所述闭环解调模块分别连接周期划分及处理模块和闭环运算处理模块，所述闭环解调模块将闭环子周期内接收的A/D转换器采集的信号进行闭环解调处理得到闭环解调数据后输入至闭环运算处理模块并将闭环解调数据发送至周期划分及处理模块，所述周期划分及处理模块还将接收的闭环解调数据进行方波和阶梯波叠加处理后作为闭环调制数据输入至D/A转换器；所述开环运算处理模块和闭环运算处理模块均与幅值误差修正处理模块相连，所述幅值误差修正处理模块将开环运算处理模块和闭环运算处理模块的数据分别进行傅里叶变换计算基波幅值，再计算两者的幅值误差并对开环解调数据的幅值误差进行修正处理后输出用于高频测量的电流值，所述闭环运算处理模块输出用于电能计量或继电保护的电流值。

2.根据权利要求1所述的新型全光纤电流互感器，其特征在于，所述周期划分及处理模块包括周期划分模块、偏置方波生成模块、阶梯波生成模块和叠加处理模块，所述周期划分模块同时连接A/D转换器、D/A转换器、开环解调模块和闭环解调模块并且所述周期划分模块将一个调制解调周期划分为若干个调制解调子周期，所述偏置方波生成模块生成偏置方波作为开环子周期内的开环调制数据输入至D/A转换器，所述阶梯波生成模块与闭环解调模块相连用于对接收的闭环解调数据进行处理生成阶梯波，所述阶梯波生成模块生成的阶梯波与偏置方波生成模块生成的方波均输入至叠加处理模块进行叠加处理后作为闭环子周期内的闭环调制数据输入至D/A转换器。

3.根据权利要求1或2所述的新型全光纤电流互感器，其特征在于，所述开环运算处理模块包括依次连接的开环温度修正处理模块、开环比例修正处理模块和非线性修正处理模块，所述闭环运算处理模块包括依次连接的闭环温度修正处理模块和闭环比例修正处理模块，所述开环温度修正处理模块与开环解调模块相连，所述闭环温度修正处理模块与闭环解调模块相连，所述非线性修正处理模块和闭环比例修正处理模块均与幅值误差修正处理模块相连。

4.根据权利要求1或2所述的新型全光纤电流互感器，其特征在于，周期划分及处理模块将一个调制解调周期划分为两个调制解调子周期，所述两个调制解调子周期包括一个开环子周期和一个闭环子周期；

或，所述周期划分及处理模块划分的若干个调制解调子周期包括一个开环子周期和两个以上闭环子周期，所述闭环解调模块包括与闭环子周期数量相同的闭环解调子模块，所述闭环运算处理模块包括与闭环子周期数量相同的闭环运算处理子模块，闭环解调子模块和闭环运算处理子模块一一对应相连，各闭环子周期内接收的A/D转换器采集的信号分别经相应的闭环解调子模块进行闭环解调处理得到各闭环解调数据后输入至相应的闭环运算处理子模块并将各闭环解调数据均发送至周期划分及处理模块，所述周期划分及处理模块将接收的各闭环解调数据分别进行方波和阶梯波叠加处理后作为各闭环调制数据输入至D/A转换器；其中一个闭环运算处理子模块与幅值误差修正处理模块相连以实现对开环解调数据的幅值误差修正处理，各闭环运算处理子模块均输出用于电能计量或继电保护的电流值；

或，所述周期划分及处理模块划分的若干个调制解调子周期包括两个以上开环子周期和一个闭环子周期，所述开环解调模块包括与开环子周期数量相同的开环解调子模块，所述开环运算处理模块包括与开环子周期数量相同的开环运算处理子模块，开环解调子模块和开环运算处理子模块一一对应相连，各开环子周期内接收的A/D转换器采集的信号分别经相应的开环解调子模块进行开环解调处理得到各开环解调数据后输入至相应的开环运算处理子模块，各开环运算处理子模块均与幅值误差修正处理模块相连以实现对各开环解调数据的幅值误差修正处理后输出用于高频测量的电流值。

5.根据权利要求1或2所述的新型全光纤电流互感器，其特征在于，所述周期划分及处理模块将一个调制解调周期划分为三个调制解调子周期，所述三个调制解调子周期包括一个开环子周期和两个闭环子周期；所述闭环解调模块包括第一闭环解调子模块和第二闭环解调子模块，所述闭环运算处理模块包括第一闭环运算处理子模块和第二闭环运算处理子模块，第一闭环解调子模块与第一闭环运算处理子模块相连，第二闭环解调子模块与第二闭环运算处理子模块相连，一个闭环子周期内接收的A/D转换器采集的信号依次输入第一闭环解调子模块和第一闭环运算处理子模块，另一个闭环子周期内接收的A/D转换器采集的信号依次输入第二闭环解调子模块和第二闭环运算处理子模块，第一闭环解调子模块和第二闭环解调子模块进行闭环解调处理得到的两路闭环解调数据均发送至周期划分及处理模块，所述周期划分及处理模块将接收的两路闭环解调数据分别进行方波和阶梯波叠加处理后作为两路闭环调制数据输入至D/A转换器；所述第一闭环运算处理子模块或第二闭环运算处理子模块与幅值误差修正处理模块相连，所述第一闭环运算处理子模块和第二闭环运算处理子模块均输出用于电能计量或继电保护的电流值；

或，所述周期划分及处理模块将一个调制解调周期划分为三个调制解调子周期，所述三个调制解调子周期包括两个开环子周期和一个闭环子周期，所述开环解调模块包括第一开环解调子模块和第二开环解调子模块，所述开环运算处理模块包括第一开环运算处理子模块和第二开环运算处理子模块，第一开环解调子模块与第一开环运算处理子模块相连，第二开环解调子模块与第二开环运算处理子模块相连，第一开环运算处理子模块和第二开环运算处理子模块均与幅值误差修正处理模块相连以实现对两路开环解调数据的幅值误差修正处理后输出两路用于高频测量的电流值。

6.一种全光纤电流互感器的调制解调方法，其特征在于，将一个调制解调周期划分为若干个调制解调子周期，在各调制解调子周期内进行单独调制解调，划分的若干个调制解调子周期包括至少一个开环子周期和至少一个闭环子周期；在进行调制时是将开环子周期内的开环调制数据和闭环子周期内的闭环调制数据按照调制解调周期的划分时序依次输入至D/A转换器分别进行开环调制和闭环调制；在进行解调时是将开环子周期内接收的A/D转换器采集的信号进行开环解调处理得到开环解调数据后再进行开环运算处理，以及将闭环子周期内接收的A/D转换器采集的信号进行闭环解调处理得到闭环解调数据后再进行闭环运算处理并将闭环解调数据进行方波和阶梯波叠加处理后作为闭环调制数据输入至D/A转换器，然后将开环运算处理和闭环运算处理的数据分别进行傅里叶变换计算基波幅值，再计算两者的幅值误差并对开环解调数据的幅值误差进行修正处理后输出用于高频测量的电流值；在闭环运算处理后还输出用于电能计量或继电保护的电流值。

7.根据权利要求6所述的全光纤电流互感器的调制解调方法，其特征在于，进行开环运算处理具体为依次进行开环温度修正处理、开环比例修正处理和非线性修正处理，进行闭环运算处理具体为依次进行闭环温度修正处理和闭环比例修正处理；再将开环运算处理中的非线性修正处理的数据和闭环运算处理中的闭环比例修正处理的数据分别进行傅里叶变换计算基波幅值。

8.根据权利要求6或7所述的全光纤电流互感器的调制解调方法，其特征在于，将一个调制解调周期划分为两个调制解调子周期，划分两个调制解调子周期包括一个开环子周期和一个闭环子周期；

或，将一个调制解调周期划分为一个开环子周期和两个以上闭环子周期，在进行解调时将各闭环子周期内接收的A/D转换器采集的信号分别进行闭环解调处理得到各闭环解调数据后再分别进行闭环运算处理并将各闭环解调数据分别进行方波和阶梯波叠加处理后作为各闭环调制数据输入至D/A转换器，然后将开环运算处理和一个闭环子周期内闭环运算处理的数据分别进行傅里叶变换计算基波幅值，再计算两者的幅值误差并对开环解调数据的幅值误差进行修正处理后输出用于高频测量的电流值；在各闭环运算处理后还输出用于电能计量或继电保护的电流值；

或，将一个调制解调周期划分为两个以上开环子周期和一个闭环子周期，在进行解调时将各开环子周期内接收的A/D转换器采集的信号分别进行开环解调处理得到各开环解调数据后再分别进行开环运算处理，并在各开环运算处理的数据分别进行傅里叶变换计算基波幅值后，分别与闭环运算处理的数据经傅里叶变换计算的基波幅值比对，依次计算两者的幅值误差进而对各开环解调数据的幅值误差进行修正处理后输出用于高频测量的电流值。

9.根据权利要求6或7所述的全光纤电流互感器的调制解调方法，其特征在于，将一个调制解调周期划分为一个开环子周期和两个闭环子周期，在进行解调时将两个闭环子周期内接收的A/D转换器采集的信号分别进行闭环解调处理得到两路闭环解调数据后再分别进行闭环运算处理并将两路闭环解调数据分别进行方波和阶梯波叠加处理后作为两路闭环调制数据输入至D/A转换器，然后将开环运算处理和一个闭环子周期内闭环运算处理的数据分别进行傅里叶变换计算基波幅值，再计算两者的幅值误差并对开环解调数据的幅值误差进行修正处理后输出用于高频测量的电流值；在两路闭环运算处理后还输出两路用于电能计量或继电保护的电流值；

或，将一个调制解调周期划分为两个开环子周期和一个闭环子周期，在进行解调时将两个开环子周期内接收的A/D转换器采集的信号分别进行开环解调处理得到两路开环解调数据后再分别进行开环运算处理，并在两路开环运算处理的数据分别进行傅里叶变换计算基波幅值后，分别与闭环运算处理的数据经傅里叶变换计算的基波幅值比对，依次计算两者的幅值误差进而对两路开环解调数据的幅值误差进行修正处理后输出两路用于高频测量的电流值。