CN107656122A - 一种瞬态电流测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种瞬态电流测量装置，包括：现场测量装置、远程监控装置和送能光纤；所述现场测量装置与远程监控装置通过送能光纤连接；所述现场测量装置包括：电流传感器和光电转换器；所述远程监控装置包括：电光转换器和配电柜；所述电光转换器输出端通过所述送能光纤与所述光电转换器输入端相连。本发明提供的技术方案采用了激光送能系统，实现了高电位电源隔离，提高了供电的可靠性；通过光纤通信系统进行远程在线实时测量，保证了测量人员的安全性；采用屏蔽箱和保护小室减小电磁干扰，提高了测量的准确性；电光材料特性的电流传感器具有尺寸小、重量轻、绝缘性好、频带宽、动态范围大、不受电磁干扰和安全性好等优点。

Description

一种瞬态电流测量装置
技术领域
本发明属于电力电子直流输电领域，具体涉及一种瞬态电流测量装置。
背景技术
柔性直流输电作为一种新兴直流输电技术，具有无需交流侧电压支撑，控制灵活，电能质量高，占地面积小等特点，广泛应用于电网互联、可再生能源并网、孤岛供电和城市电网供电等市场领域。作为柔性直流输电的核心设备—柔性直流换流阀，目前常采用的是MMC架构。MMC柔性直流换流阀正常工作时，子模块的IGBT不停地开通和关断及电容器充、放电产生的瞬态电流，对子模块内部器件和阀控设备的安全运行构成威胁，严重时会损坏子模块，造成换流阀闭锁停运。同时瞬态电流以辐射形式影响周围设备的正常运行。因此测量监控瞬态电流为多电平模块化换流阀或其他设备的安全稳定运行控制奠定了基础，但现有的测量装置多采用蓄电池供电，不能全天候无间断实时供电，使得不能长时间进行电流测量。
因此，需要提供一种瞬态电流测量装置来解决现有技术无法长时间测量MMC柔性直流换流阀子模块的瞬态电流的不足。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种瞬态电流测量装置。
一种瞬态电流测量装置，包括：现场测量装置、远程监控装置和送能光纤；
所述现场测量装置与远程监控装置通过送能光纤连接；
所述现场测量装置包括：电流传感器和光电转换器；所述光电转换器的输出端与电流传感器的供电端相连；
所述远程监控装置包括：电光转换器和配电柜；所述配电柜与电光转换器的供电端相连；
所述电光转换器输出端通过所述送能光纤与所述光电转换器输入端相连。
进一步的，还包括：通信光纤；
所述现场测量装还包括第一光纤通信单元，所述光电转换器的输出端还与所述第一光纤通信单元的供电端相连；
所述远程监控装置还包括第二光纤通信单元，所述配电柜还与所述第二光纤通信单元的供电端相连；
所述第一光纤通信单元输出端通过通信光纤与第二光纤通信单元输入端相连；所述第二光纤通信单元输出端与数据处理存储显示单元输入端相连。
进一步的，所述现场测量装置还包括屏蔽箱；所述电流传感器、第一光纤通信单元和光电转换器放置于所述屏蔽箱内；
所述屏蔽箱外部设置有现场通信接口和现场送能接口，所述通信光纤的一端通过所述现场通信接口与第一光纤通信单元相连，所述送能光纤的一端通过所述现场送能接口与光电转换器相连。
进一步的，所述屏蔽箱与多电平柔性直流换流阀被测子模块低压端单点共地连接。
进一步的，所述远程监控装置还包括：数据处理存储显示单元；所述数据处理存储显示单元包括处理器、存储器、显示器和输入设备；
所述数据处理存储显示单元分别与第二光纤通信单元和配电柜相连。
进一步的，所述远程监控装置还包括保护小室；所述电光转换器、第二光纤通信单元、数据处理存储显示单元和配电柜放置于保护小室内；
所述保护小室外部设置有远程通信接口和远程送能接口，所述通信光纤的另一端通过所述远程通信接口与第二光纤通信单元相连，所述送能光纤的另一端通过所述远程送能接口与电光转换器相连。
进一步的，所述电流传感器包括：耦合线圈、金属平行板、电光材料和单模激光器；
所述耦合线圈缠绕在被测物体输出的导线上，所述耦合线圈的一端通过金属导线与金属平行板的正极板相接，另一端通过金属导线与金属平行板的负极板相接；所述金属平行板正负极板间填充电光材料；
所述单模激光器发出激光垂直入射电光材料，并在其内部发生折射后输出。
进一步的，所述电流传感器还包括光检测器和与所述光检测器的输出端连接的信号处理器，
所述光检测器检测激光在电光材料中的折射角；
所述信号处理器根据所述折射角计算电流。
与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供的技术方案中采用了激光送能系统，实现了全天候无间断实时供电，实现了高电位电源隔离，提高了供电的可靠性。
本发明提供的技术方案通过光纤通信系统进行远程在线实时测量，保证了测量人员的安全性。
本发明提供的技术方案中数据处理存储显示单元位于保护小室内，便于对其进行调试、改造及软硬件升级。
本发明提供的技术方案中的瞬态电流在线测量装置，可通过测量程序实现自动测量及数据自动存储，降低了测量人员数量和工作量。
本发明提供的技术方案考虑了测量装置的电磁屏蔽，采用屏蔽箱和保护小室减小电磁干扰对测量装置的影响，提高了测量的准确性。
本发明提供的技术方案中采用了基于电光材料特性的电流传感器，具有尺寸小、重量轻、绝缘性好、频带宽、动态范围大、不受电磁干扰和安全性好等优点。
本发明提供的技术方案为今后模块化多电平柔性直流换流阀子模块的瞬态电流在线测量提供测量装置。
附图说明
图1为模块化多电平柔性直流换流阀子模块瞬态电流的现场测量装置的示意图；
图2为电流传感器的工作原理示意图；
其中，111-现场多电平柔性直流换流阀，112-多电平柔性直流换流阀子模块，113-电流传感器，114-近端光纤通信单元，115-通信光纤，116-远端光纤通信单元，117-配电柜，118-数据处理存储显示单元，119-电光转换器，120-送能光纤，121-光电转换器，122-屏蔽箱，123-金属连接线，124-保护小室，125-阀台，126-绝缘支柱，127-耦合线圈，128-金属导线，129-金属平行板，130-电光材料，131-单模激光器，132-激光，133-光检测器，134-信号处理器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种瞬态电流测量装置(如图1所示)，其特征是所述装置包括：电流传感器，用于在线测量多电平柔性直流换流阀子模块SM的瞬态电流；激光送能系统包括电光转换器、送能光纤和光电转换器，为电流传感器和近端光纤通信单元提供电源，实现全天候无间断实时供电，其中，电光转换器将电能转换成激光能，送能光纤为激光提供输送通道，光电转换器将激光能转换成电能；数据通信处理系统包括光纤通信系统和数据处理存储显示单元，光纤通信系统包括近端光纤通信单元、远端光纤通信单元和通信光钎，其中，光纤通信单元，建立电流传感器与数据处理存储显示单元之间的通信，通信光钎为光信号提供传输通道，数据处理存储显示单元包含处理器、存储器、显示器和输入设备，对电流传感器输出信号进行分析处理、存储、显示和控制；屏蔽箱，减少空间电磁对内部器件的干扰；金属连接线，将屏蔽箱与被测子模块低压端单点连接共地。
一种电流传感器(如图2所示)，其特征是所述装置包括：耦合线圈，将被测子模块SMn的瞬态电流在其两端感应出瞬态电压；金属导线，将线圈感应出的瞬态电压连接至金属平板；金属平板，将瞬态电压转换成平板之间的瞬态电场；单模激光器，产生单模激光信号；电光材料，在外加电场作用下材料的折射率发生变化，使得激光通过时折射角发生变化，采用电光材料，使得电流传感器具有尺寸小、重量轻和频带宽等优点；光检测器，检测光发生折射的角度；信号处理器，基于瞬态电流与激光折射角之间的函数关系经过处理得到电流数字信号。
所述一种瞬态电流测量装置，其接线方式为：电流传感器输入端接入被测MMC换流阀某个子模块回路，输出端连接近端光纤通信单元；近端光纤通信单元通过通信光纤与远端光纤通信单元相连；远端光纤通信单元与数据处理存储显示单元相连；配电柜分别与数据处理存储显示单元、光纤通信单元和电光转换器的供电端相连，为其提供电源；电光转换器输出端通过送能光纤与光电转换器输入端相连；光电转换器输出端与电流传感器和近端光纤通信单元的供电端相连；电流传感器、近端光纤通信单元和光电转换器放置于屏蔽箱内；金属连接线连接屏蔽箱和被测子模块低压端，实现了单点共地；远端光纤通信单元、数据处理存储显示单元和电光转换器放入保护小室内；采用屏蔽箱和保护小室减小电磁干扰对测量装置的影响，提高了测量的准确性。
所述一种瞬态电流测量装置，其工作原理为：通过电流传感器测量被测MMC换流阀某个子模块回路的瞬态电流，其输出的电流数字信号经过光纤通信系统输入至数据处理存储显示单元进行瞬态电流信号的处理、存储、显示和控制，保护小室内的设备由配电柜提供供电电源，屏蔽箱内的设备则由激光送能系统进行供电，保证了全天候无间断实时在线测量。测量人员在保护小室通过数据处理存储显示单元对整个测量过程进行设置、控制和监视，保证了人员的安全性，也可通过测量程序实现自动测量及数据自动存储。
所述电流传感器，其接线方式为：耦合线圈接入被测MMC换流阀某个子模块回路，耦合线圈两端通过金属导线与金属平行板两端相接；金属平行板内部填充电光材料；单模激光器发出激光垂直入射电光材料；光检测器检测激光在电光材料中的折射角，其输出端与信号处理器输入端相连。
所述电流传感器，其工作原理为：被测MMC换流阀某个子模块回路流过瞬态电流，耦合线圈两端则感应出瞬态电压，瞬态电压通过金属导线施加在金属平行板两端，保证了测量的准确性，使得金属平行板两板之间产生变化的电场，而两板之间的电光材料(采用电光材料使得电流传感器尺寸小，重量轻)，在外加电场作用下材料的折射率会发生变化，使得单模激光器发出的激光垂直入射电光材料在其内部发生折射，频带宽、动态范围大，基于激光折射角与子模块回路的瞬态电流之间的函数关系，从而可以测量子模块回路的瞬态电流。
电流传感器工作时，耦合线圈127选用带有积分器的金属线圈；电光材料130选用磷酸二氢钾，其非线性系数为0.44pm/V。当子模块112中流入电流I为3.1kA时，光检测器133检测出激光132的折射角为27.6°，经信号处理器134处理后得到测量电流值为3.18kA，测量误差为2.58％。
如图1所示，MMC换流阀111的子模块112回路接入电流传感器113输入端，电流传感器113输出端与近端光纤通信单元114输入端相连，近端光纤通信单元114输出端通过通信光纤115与远端光纤通信单元116输入端相连，配电柜117分别与远端光纤通信单元116、数据处理存储显示单元118和电光转换器119的供电端相连，远端光纤通信单元116输出端与数据处理存储显示单元118输入端相连，电光转换器119输出端通过送能光纤120与光电转换器121输入端相连，光电转换器121输出端分别与电流传感器113和近端光纤通信单元114的供电端相连，金属连接线123连接屏蔽箱122和被测子模块112低压端。
如图1所示，电流传感器113、近端光纤通信单元114和光电转换器121放置于屏蔽箱122内，远端光纤通信单元116、配电柜117、数据处理存储显示单元118和电光转换器119放入保护小室124内，多电平柔性直流(MMC)换流阀111放置在阀台125上，绝缘支柱126支撑阀台125。
如图1所示，测量时，测量人员在保护小室124通过数据处理存储显示单元118，处理、存储、控制和监视电流波形和数据，也可通过测量程序实现自动测量及数据自动存储，从而完成对子模块112瞬态电流在线测量。
如图2所示，耦合线圈127套入子模块112回路，耦合线圈127两端经金属导线128与金属平行板129两端相连，金属平行板129内部填充电光材料130，单模激光器131输出端发出激光132垂直入射电光材料130，光检测器133输出端与信号处理器134输入端相连。
如图2所示，激光132在电光材料130中的折射角与子模块112回路的瞬态电流之间存在函数关系，可由折射角进而推导出子模块112回路的瞬态电流。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种瞬态电流测量装置，其特征在于，包括：现场测量装置、远程监控装置和送能光纤；
所述现场测量装置与远程监控装置通过送能光纤连接；
所述现场测量装置包括：电流传感器和光电转换器；所述光电转换器的输出端与电流传感器的供电端相连；
所述远程监控装置包括：电光转换器和配电柜；所述配电柜与电光转换器的供电端相连；
所述电光转换器输出端通过所述送能光纤与所述光电转换器输入端相连。
2.如权利要求1所述的一种瞬态电流测量装置，其特征在于，还包括：通信光纤；
所述现场测量装还包括第一光纤通信单元，所述光电转换器的输出端还与所述第一光纤通信单元的供电端相连；
所述远程监控装置还包括第二光纤通信单元，所述配电柜还与所述第二光纤通信单元的供电端相连；
所述第一光纤通信单元输出端通过通信光纤与第二光纤通信单元输入端相连；所述第二光纤通信单元输出端与数据处理存储显示单元输入端相连。
3.如权利要求1或2所述的一种瞬态电流测量装置，其特征在于，所述现场测量装置还包括屏蔽箱；所述电流传感器、第一光纤通信单元和光电转换器放置于所述屏蔽箱内；
所述屏蔽箱外部设置有现场通信接口和现场送能接口，所述通信光纤的一端通过所述现场通信接口与第一光纤通信单元相连，所述送能光纤的一端通过所述现场送能接口与光电转换器相连。
4.如权利要求3所述的一种瞬态电流测量装置，其特征在于，所述屏蔽箱与多电平柔性直流换流阀被测子模块低压端单点共地连接。
5.如权利要求1或2所述的一种瞬态电流测量装置，其特征在于，所述远程监控装置还包括：数据处理存储显示单元；所述数据处理存储显示单元包括处理器、存储器、显示器和输入设备；
所述数据处理存储显示单元分别与第二光纤通信单元和配电柜相连。
6.如权利要求5所述的一种瞬态电流测量装置，其特征在于，所述远程监控装置还包括保护小室；所述电光转换器、第二光纤通信单元、数据处理存储显示单元和配电柜放置于保护小室内；
所述保护小室外部设置有远程通信接口和远程送能接口，所述通信光纤的另一端通过所述远程通信接口与第二光纤通信单元相连，所述送能光纤的另一端通过所述远程送能接口与电光转换器相连。
7.如权利要求1所述的一种瞬态电流测量装置，其特征在于，所述电流传感器包括：耦合线圈、金属平行板、电光材料和单模激光器；
所述耦合线圈缠绕在被测物体输出的导线上，所述耦合线圈的一端通过金属导线与金属平行板的正极板相接，另一端通过金属导线与金属平行板的负极板相接；所述金属平行板正负极板间填充电光材料；
所述单模激光器发出激光垂直入射电光材料，并在其内部发生折射后输出。
8.如权利要求7所述的一种瞬态电流测量装置，其特征在于，所述电流传感器还包括光检测器和与所述光检测器的输出端连接的信号处理器，
所述光检测器检测激光在电光材料中的折射角；
所述信号处理器根据所述折射角计算电流。
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