CN108732405B - 一种无源光学强度调制型电流互感器及母线电流检测方法 - Google Patents
一种无源光学强度调制型电流互感器及母线电流检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108732405B CN108732405B CN201810631460.2A CN201810631460A CN108732405B CN 108732405 B CN108732405 B CN 108732405B CN 201810631460 A CN201810631460 A CN 201810631460A CN 108732405 B CN108732405 B CN 108732405B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical
- port
- signal
- module
- output
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 422
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 57
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 4
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005350 ferromagnetic resonance Effects 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
- G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
- G01R15/24—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices
- G01R15/241—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices using electro-optical modulators, e.g. electro-absorption
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
本发明公开了一种无源光学强度调制型电流互感器及母线电流检测方法，避免了电子式互感器一次端供电带来的问题，且实现电流信息的传递，解决了传统光学电流互感器可靠性低的难题。电流互感器设备包括反馈光信号模块、控制光信号模块、一次电流传感器、反射型光调制器、无源频压模块、第二光探测器、第二耦合器、反射镜、处理器、第一光纤和第二光纤；一次电流传感器、反射型光调制器、无源频压模块、第二光探测器、第二耦合器依次连接，第二耦合器的第三光端口和反射镜连接，第二耦合器的第一光端口和控制光信号模块连接；反射型光调制器的双向光端口和反馈光信号模块的双向光端口连接；反馈光信号模块和控制光信号模块分别与处理器连接。
Description
技术领域
本发明属于电力系统保护和计量领域，特别涉及一种无源光学强度调制型电流互感器及母线电流检测方法。
背景技术
在电力生产、电力传输及电力设备的运行中，需要对其中各种物理量进行监测，其中最重要的物理量是电流和电压。获取电流和电压信息的传感器设备是互感器。互感器将高电压侧的大电流或高电压转换为低压侧的小电流或低电压。准确、可靠、高性能的互感器是保证电网安全、可靠、高效运行的重要保证之一。
传统互感器以电磁式互感器为主，但是长期运行中暴露出其所固有的磁饱和、铁磁谐振、动态范围小、频带范围窄、易燃、易爆等缺点。同时，随着电网的运行电压等级越来越高，传统互感器的绝缘设计将变得非常复杂，体积、重量以及造价也急剧增加。
近几十年来，电子式电流互感器(ECT)和光学电流互感器(OCT)逐步兴起，逐渐取代了传统的电磁式互感器。电子式互感器采用一次电流传感器将母线中的电流转为电压信号，并通过A/D采集后，通过光纤将信号送到低压端。该技术具有绝缘性能优良、体积小、造价低、电磁兼容性好、保密性强等优点；并且由于不含铁芯，消除了无磁饱和、铁磁谐振等问题。但是，在高压一次端的有源电子器件需要额外进行供电。这在一定程度上提高了系统的复杂性，降低了系统的可靠性。
光学电流互感器(OCT)是基于法拉第效应(Farady Effect)实现对母线电流的传感。该技术在一次端无需电源，因此简化了一次端的结构。但是，由于光信号的偏振态易受周围环境，诸如温度、振动的影响，因此OCT技术复杂，成本较高，且可靠性偏低，这影响了该技术在电力系统中的应用。
发明内容
技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种无源光学强度调制型电流互感器，电流互感设备在一次端无有源器件，避免了电子式传感器一次端供电带来的问题，且采用通过调制光波的强度，实现电流信息的传递，解决了传统OCT可靠性低的难题；另外，还提供一种母线电流检测方法，该方法测量精度高。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一方面，本发明实施例提供一种无源光学强度调制型电流互感器，该电流互感器设备包括：反馈光信号模块、控制光信号模块、一次电流传感器、反射型光调制器、无源频压模块、第二光探测器、第二耦合器、反射镜、处理器、第一光纤和第二光纤；其中，所述一次电流传感器的输出电端口和反射型光调制器的第一输入电端口连接，反射型光调制器的第二输入电端口和无源频压模块的输出电端口连接，无源频压模块的输入电端口和第二光探测器的输出电端口连接，第二光探测器的输入光端口和第二耦合器的输出光端口连接，第二耦合器的第三光端口和反射镜连接，第二耦合器的第一光端口通过第二光纤和控制光信号模块连接；反射型光调制器的双向光端口通过第一光纤和反馈光信号模块的双向光端口连接；反馈光信号模块和控制光信号模块分别与处理器连接。
作为优选例，所述的反馈光信号模块包括光源、光环形器和第一光探测器，光环形器的第一光端口与光源的输出光端口连接，光环形器的第二光端口与第一光纤的光端口连接，光环形器的第三光端口与第一光探测器的输入光端口连接，第一光探测器的输出电端口与处理器的第一端口连接。
作为优选例，所述的控制光信号模块包括激光器、第一耦合器和第三光探测器，第一耦合器的第一光端口和激光器的输出光端口连接，激光器的输入电端口和处理器的第二端口连接，第一耦合器的第二光端口和第二光纤的光端口连接，第一耦合器的第三光端口和第三光探测器的输入光端口连接，第三光探测的输出电端口与处理器的第三端口连接。
作为优选例，所述的无源频压模块包括无源线性高通滤波器、整流电路和滤波电路，其中，无源线性高通滤波器的输入端口和第二光探测器的输出电端口连接，无源线性高通滤波器的输出端口和整流电路的输入端口连接，整流电路的输出端口和滤波电路的输入端口连接，滤波电路的输出端口和反射型光调制器的第二输入电端口连接。
另一方面，本发明实施例提供一种母线电流检测方法，该检测方法包括以下过程：
步骤10)利用反馈光信号模块发出直流光信号，并将所述直流光信号送入反射型光调制器中；根据反射型光调制器的第一输入电端口和第二输入电端口的电压差，反射型光调制器对入射光进行调制，获得调制后光信号；利用反馈光信号模块接收所述调制后光信号，并将所述调制后光信号送入处理器中；
步骤20)处理器的输出端口发出频率和强度可调的方波信号，并送入控制光信号模块中；控制光信号模块根据所述方波信号发射脉冲光信息，将所述光信号通过第二光纤和第二耦合器后，送入第二光探测器中；所述光信号在第二光纤传输过程中，消除光波功率波动；所述第二光探测器将接收的所述光信号变为方波电信号，并将所述方波电信号送入无源频压模块中；无源频压模块产生一个与输入的所述方波电信号频率成正比的第二模拟电压信号，并将所述第二模拟电压信号送入反射型光调制的第二输入电端口中；
步骤30)一次电流传感器检测母线电流，并输出一个与母线电流成正比的第一模拟电压信号，并将所述第一模拟电压信号送入反射型调制器的第一输入电端口中；
步骤40)处理器实时监控反馈光信号模块输出的第三模拟电压信号，并通过处理器的输出端口输出的方波信号的频率，实时调控反射型光调制器的第二输入电端口的第二模拟电压信号的电压，使得反射型光调制器的第一输入电端口和第二输入电端口的电压差保持恒定，从而反馈光信号模块输出的第三模拟电压信号保持恒定；通过反射型光调制器的第二输入电端口的第二模拟电压信号获得反射型光调制器的第一输入电端口的第一模拟电压信号的大小，从而获取母线电流大小。
作为优选例，所述步骤10)中，利用反馈光信号模块发出直流光信号，并将所述直流光信号送入反射型光调制器中，包括：将光源发出的直流光信号依次经光环形器的第一光端口和第二光端口，送入第一光纤中，再由第一光纤送入反射型光调制器中。
作为优选例，所述步骤10)中，利用反馈光信号模块接收所述调制后光信号，并将所述调制后光信号送入处理器中，包括：将所述调制后光信号经第一光纤和光环形器的第二光端口送入光环形器中，并从光环形器的第三光端口送入第一光探测器中；所述调制后光信号在第一光探测器中变为第三模拟电压信号，将第三模拟电压信号送入处理器。
作为优选例，所述步骤20)中，控制光信号模块根据所述方波信号发射脉冲光信息，包括：处理器通过输出电端口将方波信号送入激光器的输入电端口中，激光器输出的脉冲光信号依次经过第一耦合器的第一端口和第二端口，送入第二光纤中。
作为优选例，所述激光器输出的脉冲光信号的频率和强度与接收的所述方波信号成正比。
作为优选例，所述步骤20)中，光信号在第二光纤传输过程中，消除光波功率波动，包括：送入第二光纤的光信号经过第二耦合器的第一光端口后，分为两个部分，分别经过第二耦合器的第二光端口和第三光端口输出，从第三光端口输出的光经过反射镜反射后，再次经第二耦合器的第三光端口和第一光端口送入第二光纤中，反射光经过第一耦合器的第二光端口和第三光端口后，送入第三光探测器中，反射光信号在第三光探测器中转为第四模拟电压信号，并经过第二输入电端口送入处理器；处理器通过实时检测第二输入电端口输入的第四模拟电压信号的强度，动态调整从输出电端口输出的电信号的强度，保证第二输入电端口输入的第四模拟电压信号恒定。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)提高了电流互感器的可靠性、降低了成本。本发明实施例将电流传感技术与无源光强度调制技术融合，有效规避了现有无源光学电流传感器技术存在的成本昂贵、技术复杂、精度和可靠性低的问题，也解决了现有电子式互感器一次端需要供电的问题。首先，在高压一次端没有任何有源器件，都是诸如电阻、电容、电感之类的无源器件，无源器件可靠性极高。其次，由于全是无源器件，所以一次端无需供能模块，系统更为简单。因此系统更为可靠。而目前的电子式互感器，由于高压一次端包含有源器件，需要额外考虑有源器件的供能问题，所以系统更复杂，也更为脆弱。
(2)控制光信号模块中输出光功率的抖动，光纤本身损耗的漂移都会导致无源频压模块的输出电压发生改变，从而降低了系统的电流检测精度。为了解决接收光功率发生漂移的问题，提高系统测量精度，本发明设置了一个光电功率闭环跟踪模块，降低第二光探测器的接收端光功率变化对精度的影响。控制光信号模块输出的光波信号经过第二光纤后，在第二耦合器的中一分为二，一部分经反射镜反射后，原路返回，经过第一耦合器送入第三光探测器中。处理器实时读取第三光探测器的输出的电压信号，从而获知到达第二耦合器的光信号功率。通过调整驱动激光器的电压信号强度，保证从第二光探测器输入光信号的恒定，最终保证电流检测的精度。
(3)采用光功率闭环检测方法，提高电流检测的精度。本发明采用通过反馈光信号模块，将反射型光调制器反射回的光强度信号转为电压信号，并通过处理器实时检测。处理器设计闭环控制算法，根据该电压信号强度变化，实时控制控制光信号模块中的激光器输出光波的频率，使得反馈光信号模块接收的光信号功率保持恒定。
附图说明
图1为本发明实施例的电流互感器的结构示意图；
图2为本发明实施例中无源频压模块的结构示意图；
图3为本发明实施例的电流互感器电流检测闭环算法示意图；
图4(a)为本发明实施例中反射型光调制器的第一输入电端口4a的信号示意图；
图4(b)为本发明实施例中反射型光调制器的第二输入电端口4b的信号示意图；
图4(c)为本发明实施例中反射型光调制器的两输入电端口信号差示意图。
图中包含：光源1、光环形器2、第一光探测器3、反射型光调制器4、一次电流传感器5、激光器6、第一耦合器7、第三光探测器8、第二耦合器9、反射镜10、第二光探测器11、无源频压模块12、处理器13、无源线性高通滤波器14、整流电路15、滤波电路16、第一光纤17和第二光纤18。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明创造作进一步的说明。
如图1所示，本发明实施例的一种无源光学强度调制型电流互感器，包括：反馈光信号模块、控制光信号模块、一次电流传感器5、反射型光调制器4、无源频压模块12、第二光探测器11、第二耦合器9、反射镜10、处理器13、第一光纤17和第二光纤18。一次电流传感器5的输出电端口和反射型光调制器4的第一输入电端口4a连接，反射型光调制器4的第二输入电端口4b和无源频压模块12的输出电端口连接，无源频压模块12的输入电端口和第二光探测器11的输出电端口11b连接，第二光探测器11的输入光端口11a和第二耦合器9的第二光端口9b连接，第二耦合器9的第三光端口9c和反射镜10连接，第二耦合器9的第一光端口9a通过第二光纤18和控制光信号模块连接；反射型光调制器4的双向光端口通过第一光纤17和反馈光信号模块的双向光端口连接；反馈光信号模块和控制光信号模块分别与处理器13连接。
上述实施例的电流互感器，基于频率可调光脉冲的模拟光电信号发生器作为控制单元，并实现了光学强度闭环反馈控制方案。该互感器基于反射型光调制器4和反馈光信号模块作为信号的反馈单元，实现对母线电流大小的实时跟踪，从而精确检测母线电流。控制光信号模块、第二耦合器9、第二光探测器11和无源频压模块12组成一个模拟的光电信号发生器，主要的作用是产生一个精确的模拟电压信号并送入反射型光调制器4的第二输入电端口4b。反馈光信号模块主要用于检测输入反射型光调制器4的第一输入电端口4a和第二输入电端口4b两个端口的模拟电压信号是否同步(即第一输入电端口4a和第二输入电端口4b的输入电压信号是否相等或其差值是否是一个恒定值)。如果信号同步，则反馈光信号模块输出到处理器13的第一端口13a的模拟电压信号是恒定的。反射镜10、第二耦合器9和控制光信号模块组合，实现对控制光信号模块输入第二光探测11的光信号强度的监控。如果由于光器件损耗变化等原因造成输入第二光探测11的光强度信号的变化，将会引起无源频压模块输出的模拟电压信号强度的变化，引起误差。
作为优选例，如图1所示，反馈光信号模块包括光源1、光环形器2和第一光探测器3，光环形器2的第一光端口2a与光源1的输出光端口连接，光环形器2的第二光端口2b与第一光纤17的光端口连接，光环形器2的第三光端口2c与第一光探测器3的输入光端口连接，第一光探测器3的输出电端口与处理器13的第一端口13a连接。
作为优选例，如图1所示，控制光信号模块包括激光器6、第一耦合器7和第三光探测器8，第一耦合器7的第一光端口7a和激光器6的输出光端口连接，激光器6的输入电端口和处理器13的第二端口13b连接，第一耦合器7的第二光端口7b和第二光纤18的光端口连接，第一耦合器7的第三光端口7c和第三光探测器8的输入光端口8a连接，第三光探测8的输出电端口8b与处理器13的第三端口13c连接。
作为优选例，如图2所示，无源频压模块12包括无源线性高通滤波器14、整流电路15和滤波电路16。无源线性高通滤波器14的输入端口和第二光探测器11的输出电端口11b连接，无源线性高通滤波器14的输出端口和整流电路15的输入端口连接，整流电路15的输出端口和滤波电路16的输入端口连接，滤波电路16的输出端口和反射型光调制器4的第二输入电端口4b连接。
利用上述实施例的电流互感器进行母线电流检测的方法，包括以下过程：
步骤10)利用反馈光信号模块发出直流光信号，并将所述直流光信号送入反射型光调制器4中；根据反射型光调制器4的第一输入电端口4a和第二输入电端口4b的电压差，反射型光调制器4对入射光进行调制，获得调制后光信号。调制后输出的光信号功率为：P＝A4·(V4a-V4b)·P0，其中，P0是输入反射型光调制器4的光信号功率，V4a表示反射型光调制器第一输入电端口4a的电压信号，V4b表示反射型光调制器第二输入电端口4b的电压信号，A4表示反射型光调制器4的调制系数。利用反馈光信号模块接收所述调制后光信号，并将所述调制后光信号送入处理器13中。
步骤10)中，利用反馈光信号模块发出直流光信号，并将所述直流光信号送入反射型光调制器4中，包括：将光源1发出的直流光信号依次经光环形器2的第一光端口2a和第二光端口2b，送入第一光纤17中，再由第一光纤17送入反射型光调制器4中。
利用反馈光信号模块接收所述调制后光信号，并将所述调制后光信号送入处理器13中，包括：将所述调制后光信号经第一光纤17和光环形器2的第二光端口2b送入光环形器2中，并从光环形器2的第三光端口2c送入第一光探测器3中；所述调制后光信号在第一光探测器3中变为第三模拟电压信号，将第三模拟电压信号送入处理器13。
步骤20)处理器13的输出端口13b发出频率和强度可调的方波信号，并送入控制光信号模块中；控制光信号模块根据所述方波信号发射脉冲光信息，将所述光信号通过第二光纤18和第二耦合器9后，送入第二光探测器11中；所述光信号在第二光纤18传输过程中，消除光波功率波动；所述第二光探测器11将接收的所述光信号变为方波电信号，并将所述方波电信号送入无源频压模块12中；无源频压模块12产生一个与输入的所述方波电信号频率成正比的第二模拟电压信号，并将所述第二模拟电压信号送入反射型光调制4的第二输入电端口4b中。该电压信号可以表示为：V4b(f)＝B(f)·A2·e-αL，其中，B(f)是无源频压模块12的传递函数，A2表示控制光信号模块输入光信号的强度，f表示控制光信号模块输入光信号的频率，α表示第二光纤18的损耗，L表示第二光纤18的长度。
步骤20)中，控制光信号模块根据所述方波信号发射脉冲光信息，包括：处理器13通过输出电端口13b将方波信号送入激光器6的输入电端口中，激光器6输出的脉冲光信号依次经过第一耦合器7的第一端口7a和第二端口7b，送入第二光纤18中。优选的，激光器6输出的脉冲光信号的频率和强度与接收的所述方波信号成正比。
光信号在第二光纤18传输过程中，消除光波功率波动，包括：送入第二光纤18的光信号经过第二耦合器9的第一光端口9a后，分为两个部分，分别经过第二耦合器9的第二光端口9b和第三光端口9c输出，从第三光端口9c输出的光经过反射镜10反射后，再次经第二耦合器9的第三光端口9c和第一光端口9a送入第二光纤18中，反射光经过第一耦合器7的第二光端口7b和第三光端口7c后，送入第三光探测器8中，反射光信号在第三光探测器8中转为第四模拟电压信号，并经过第二输入电端口13c送入处理器13；处理器13通过实时检测第二输入电端口13c输入的第四模拟电压信号的强度，动态调整从输出电端口13b输出的电信号的强度，保证第二输入电端口13c输入的第四模拟电压信号恒定。
步骤30)一次电流传感器5检测母线电流，并输出一个与母线电流成正比的第一模拟电压信号，并将所述第一模拟电压信号送入反射型调制器4的第一输入电端口4a中。该电压信号可以表示为V4a＝A1·I(t)，其中，I(t)表示母线的电流，A1表示一次电流传感器5的电流电压转换系数。
步骤40)处理器13实时监控反馈光信号模块输出的第三模拟电压信号V，V＝R·P，其中，R表示第一光探测器3的光电转换系数。通过控制算法实时控制处理器13的输出端口13b输出的方波信号的频率，实时调控反射型光调制器4的第二输入电端口4b的第二模拟电压信号的电压V4b，使得反射型光调制器4的第一输入电端口4a和第二输入电端口4b的电压差保持恒定，从而反馈光信号模块输出的第三模拟电压信号V保持恒定；通过反射型光调制器4的第二输入电端口4b的第二模拟电压信号获得反射型光调制器4的第一输入电端口4a的第一模拟电压信号的大小，从而获取母线电流大小。
在上述母线电流检测方法中，所述的消除输入第二耦合器9第一光端口9a光功率抖动的过程：送入第二光纤18的光信号经过第二耦合器9的第一光端口9a后一分为二，分别经过第二耦合器9的第二光端口9b和第三光端口9c输出，从第三光端口9c输出的光经过反射镜10反射后，再次经第二耦合器9的第三光端口9c和第一光端口9a送入第二光纤18中，反射光经过第一耦合器7的第二光端口7b和第三光端口7c后送入第三光探测器8中。光信号在第三光探测器8中转为模拟电压信号，并经过第二输入电端口13c被处理器13接收。处理器13通过实时检测第二输入电端口13c输入的第四模拟电压的强度，动态调整从输出电端口13b口输出的电信号的强度，从而保证第二输入电端口13c输入信号的恒定。
图3是电流互感器的闭环反馈控制框图。控制目标是反馈光信号模块的输出到处理器13的模拟电压信号恒定。处理器13根据目标值与反馈光信号模块输出的反馈值的差，通过控制算法，控制控制光信号模块中激光器6输出的光信号的频率。最终在高压一次端，产生一个模拟的电压信号V4b。该信号与一次电流传感器输出的电压信号V4a共同作用于反射型光调制器4中，实现对反馈光信号模块输出的光信号的调制。
图4(a)—图4(c)为模拟示意数据。图4(a)为本发明实施例中反射型光调制器的第一输入电端口4a的信号示意图。其中，横坐标表示时间，单位：毫秒；纵坐标表示电压，单位：伏。
图4(b)为本发明实施例中反射型光调制器的第二输入电端口4b的信号示意图。其中，横坐标表示时间，单位：毫秒；纵坐标表示电压，单位：伏。
图4(c)为本发明实施例中反射型光调制器的两输入电端口信号差示意图。其中，横坐标表示时间，单位：毫秒；纵坐标表示电压差，单位：伏。
如图4(a)—图4(c)所示，通过反射型光调制器4的第二输入电端口4b的信号和两输入电端口信号差，即可推知反射型光调制器4的第一输入电端口4a的模拟电压信号的大小。根据第一输入电端口4a的模拟电压信号的大小，即可推知母线电流的大小。
针对现有电流传感技术存在的问题，本发明实施例的互感器在一次端，采用成熟、廉价的一次传感技术，同时与先进的无源光学调制技术结合，将母线的电流信息通过光纤传递到低压端。该技术在一次端无需任何的有源器件，因此规避了电子式传感器一次端供电带来的问题。同时，采用通过调制光波的强度实现电流信息的传递，解决了传统OCT可靠性低的难题。在电力系统中拥有广阔的应用前景。
以上显示和描述了本发明创造的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本设计不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本设计的原理，在不脱离本设计精神和范围的前提下，本发明创造还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本设计范围内。本发明创造要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种无源光学强度调制型电流互感器，其特征在于，该电流互感器设备包括：反馈光信号模块、控制光信号模块、一次电流传感器(5)、反射型光调制器(4)、无源频压模块(12)、第二光探测器(11)、第二耦合器(9)、反射镜(10)、处理器(13)、第一光纤(17)和第二光纤(18)；其中，
所述一次电流传感器(5)的输出电端口和反射型光调制器(4)的第一输入电端口(4a)连接，反射型光调制器(4)的第二输入电端口(4b)和无源频压模块(12)的输出电端口连接，无源频压模块(12)的输入电端口和第二光探测器(11)的输出电端口(11b)连接，第二光探测器(11)的输入光端口(11a)和第二耦合器(9)的第二光端口(9b)连接，第二耦合器(9)的第三光端口(9c)和反射镜(10)连接，第二耦合器(9)的第一光端口(9a)通过第二光纤(18)和控制光信号模块连接；反射型光调制器(4)的双向光端口通过第一光纤(17)和反馈光信号模块的双向光端口连接；反馈光信号模块和控制光信号模块分别与处理器(13)连接；
所述的反馈光信号模块包括光源(1)、光环形器(2)和第一光探测器(3)，光环形器(2)的第一光端口(2a)与光源(1)的输出光端口连接，光环形器(2)的第二光端口(2b)与第一光纤(17)的光端口连接，光环形器(2)的第三光端口(2c)与第一光探测器(3)的输入光端口连接，第一光探测器(3)的输出电端口与处理器(13)的第一端口(13a)连接；
所述的控制光信号模块包括激光器(6)、第一耦合器(7)和第三光探测器(8)，第一耦合器(7)的第一光端口(7a)和激光器(6)的输出光端口连接，激光器(6)的输入电端口和处理器(13)的第二端口(13b)连接，第一耦合器(7)的第二光端口(7b)和第二光纤(18)的光端口连接，第一耦合器(7)的第三光端口(7c)和第三光探测器(8)的输入光端口(8a)连接，第三光探测(8)的输出电端口(8b)与处理器(13)的第三端口(13c)连接；
所述的无源频压模块(12)包括无源线性高通滤波器(14)、整流电路(15)和滤波电路(16)，其中，无源线性高通滤波器(14)的输入端口和第二光探测器(11)的输出电端口(11b)连接，无源线性高通滤波器(14)的输出端口和整流电路(15)的输入端口连接，整流电路(15)的输出端口和滤波电路(16)的输入端口连接，滤波电路(16)的输出端口和反射型光调制器(4)的第二输入电端口(4b)连接。
2.一种利用权利要求1所述的电流互感器的母线电流检测方法，其特征在于，该检测方法包括以下过程：
步骤10)利用反馈光信号模块发出直流光信号，并将所述直流光信号送入反射型光调制器(4)中；
根据反射型光调制器(4)的第一输入电端口(4a)和第二输入电端口(4b)的电压差，反射型光调制器(4)对入射光进行调制，获得调制后光信号；
利用反馈光信号模块接收所述调制后光信号，并将所述调制后光信号送入处理器(13)中；
步骤20)处理器(13)的输出端口(13b)发出频率和强度可调的方波信号，并送入控制光信号模块中；
控制光信号模块根据所述方波信号发射脉冲光信号，将所述脉冲光信号通过第二光纤(18)和第二耦合器(9)后，送入第二光探测器(11)中；所述脉冲光信号在第二光纤(18)传输过程中，消除光波功率波动；所述第二光探测器(11)将接收的所述脉冲光信号变为方波电信号，并将所述方波电信号送入无源频压模块(12)中；无源频压模块(12)产生一个与输入的所述方波电信号频率成正比的第二模拟电压信号，并将所述第二模拟电压信号送入反射型光调制(4)的第二输入电端口(4b)中；
步骤30)一次电流传感器(5)检测母线电流，并输出一个与母线电流成正比的第一模拟电压信号，并将所述第一模拟电压信号送入反射型调制器(4)的第一输入电端口(4a)中；
步骤40)处理器(13)实时监控反馈光信号模块输出的第三模拟电压信号，并通过处理器(13)的输出端口(13b)输出的方波信号的频率，实时调控反射型光调制器(4)的第二输入电端口(4b)的第二模拟电压信号的电压，使得反射型光调制器(4)的第一输入电端口(4a)和第二输入电端口(4b)的电压差保持恒定，从而反馈光信号模块输出的第三模拟电压信号保持恒定；通过反射型光调制器(4)的第二输入电端口(4b)的第二模拟电压信号获得反射型光调制器(4)的第一输入电端口(4a)的第一模拟电压信号的大小，从而获取母线电流大小。
3.按照权利要求2所述的母线电流检测方法，其特征在于，所述步骤10)中，利用反馈光信号模块发出直流光信号，并将所述直流光信号送入反射型光调制器(4)中，包括：将光源(1)发出的直流光信号依次经光环形器(2)的第一光端口(2a)和第二光端口(2b)，送入第一光纤(17)中，再由第一光纤(17)送入反射型光调制器(4)中。
4.按照权利要求2所述的母线电流检测方法，其特征在于，所述步骤10)中，利用反馈光信号模块接收所述调制后光信号，并将所述调制后光信号送入处理器(13)中，包括：
将所述调制后光信号经第一光纤(17)和光环形器(2)的第二光端口2b送入光环形器(2)中，并从光环形器(2)的第三光端口(2c)送入第一光探测器(3)中；所述调制后光信号在第一光探测器(3)中变为第三模拟电压信号，将第三模拟电压信号送入处理器(13)。
5.按照权利要求2所述的母线电流检测方法，其特征在于，所述步骤20)中，控制光信号模块根据所述方波信号发射脉冲光信号 ，包括：处理器(13)通过输出电端口(13b)将方波信号送入激光器(6)的输入电端口中，激光器(6)输出的脉冲光信号依次经过第一耦合器(7)的第一端口(7a)和第二端口(7b)，送入第二光纤(18)中。
6.按照权利要求5所述的母线电流检测方法，其特征在于，所述激光器(6)输出的脉冲光信号的频率和强度与接收的所述方波信号成正比。
7.按照权利要求4所述的母线电流检测方法，其特征在于，所述步骤20)中，光信号在第二光纤(18)传输过程中，消除光波功率波动，包括：送入第二光纤(18)的光信号经过第二耦合器(9)的第一光端口(9a)后，分为两个部分，分别经过第二耦合器(9)的第二光端口(9b)和第三光端口(9c)输出，从第三光端口(9c)输出的光经过反射镜(10)反射后，再次经第二耦合器(9)的第三光端口(9c)和第一光端口(9a)送入第二光纤(18)中，反射光经过第一耦合器(7)的第二光端口(7b)和第三光端口(7c)后，送入第三光探测器(8)中，反射光信号在第三光探测器(8)中转为第四模拟电压信号，并经过第二输入电端口(13c)送入处理器(13)；处理器(13)通过实时检测第二输入电端口(13c)输入的第四模拟电压信号的强度，动态调整从输出电端口(13b)输出的电信号的强度，保证第二输入电端口(13c)输入的第四模拟电压信号恒定。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810631460.2A CN108732405B (zh) | 2018-06-19 | 2018-06-19 | 一种无源光学强度调制型电流互感器及母线电流检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810631460.2A CN108732405B (zh) | 2018-06-19 | 2018-06-19 | 一种无源光学强度调制型电流互感器及母线电流检测方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108732405A CN108732405A (zh) | 2018-11-02 |
| CN108732405B true CN108732405B (zh) | 2020-05-05 |
Family
ID=63930112
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810631460.2A Active CN108732405B (zh) | 2018-06-19 | 2018-06-19 | 一种无源光学强度调制型电流互感器及母线电流检测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108732405B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110763894B (zh) * | 2018-07-27 | 2022-03-08 | 上海诺基亚贝尔股份有限公司 | 用于测量的方法、装置和计算机存储介质 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0826971A3 (en) * | 1996-08-30 | 1999-03-31 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Optical current transformer |
| CN101957399A (zh) * | 2010-09-21 | 2011-01-26 | 中国电力科学研究院 | 一种数字闭环型光纤电流传感器 |
| CN102628884A (zh) * | 2012-03-29 | 2012-08-08 | 扬州永阳光电科贸有限公司 | 闭环光纤电流互感器 |
| CN102914679A (zh) * | 2011-09-26 | 2013-02-06 | 北京航天时代光电科技有限公司 | 基于电光效应的无源光学电压互感器 |
| CN103399193A (zh) * | 2013-08-05 | 2013-11-20 | 东南大学 | 基于可调光衰减器的母线电流检测方法及电流互感器设备 |
| CN103698571A (zh) * | 2014-01-03 | 2014-04-02 | 东南大学 | 具有自供能低功耗的电流互感器设备及母线电流检测方法 |
| CN104198084A (zh) * | 2014-08-26 | 2014-12-10 | 河海大学 | 闭环反馈式无源波导微型温度传感器 |
| CN106053914A (zh) * | 2015-04-01 | 2016-10-26 | 通用电气公司 | 具有偏移消除和电流线性化的光学电流换能器 |
| CN207396586U (zh) * | 2017-11-07 | 2018-05-22 | 许继集团有限公司 | 一种光纤电流互感器 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6479979B1 (en) * | 1999-07-09 | 2002-11-12 | Srico, Inc. | Opto-electric device for measuring the root-mean-square value of an alternating current voltage |
-
2018
- 2018-06-19 CN CN201810631460.2A patent/CN108732405B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0826971A3 (en) * | 1996-08-30 | 1999-03-31 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Optical current transformer |
| CN101957399A (zh) * | 2010-09-21 | 2011-01-26 | 中国电力科学研究院 | 一种数字闭环型光纤电流传感器 |
| CN102914679A (zh) * | 2011-09-26 | 2013-02-06 | 北京航天时代光电科技有限公司 | 基于电光效应的无源光学电压互感器 |
| CN102628884A (zh) * | 2012-03-29 | 2012-08-08 | 扬州永阳光电科贸有限公司 | 闭环光纤电流互感器 |
| CN103399193A (zh) * | 2013-08-05 | 2013-11-20 | 东南大学 | 基于可调光衰减器的母线电流检测方法及电流互感器设备 |
| CN103698571A (zh) * | 2014-01-03 | 2014-04-02 | 东南大学 | 具有自供能低功耗的电流互感器设备及母线电流检测方法 |
| CN104198084A (zh) * | 2014-08-26 | 2014-12-10 | 河海大学 | 闭环反馈式无源波导微型温度传感器 |
| CN106053914A (zh) * | 2015-04-01 | 2016-10-26 | 通用电气公司 | 具有偏移消除和电流线性化的光学电流换能器 |
| CN207396586U (zh) * | 2017-11-07 | 2018-05-22 | 许继集团有限公司 | 一种光纤电流互感器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 光学电流/温度传感系统关键技术研究;程澄;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20160815;I140-223 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108732405A (zh) | 2018-11-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102426279B (zh) | 一种全光学高压电压互感器 | |
| CN102608557B (zh) | 一种具有在线校验功能的光电电流互感器 | |
| CN105576478A (zh) | 快速扫频的傅里叶域锁模光电振荡器 | |
| CN113945744B (zh) | 一种全光纤直流电流互感器温度补偿系统及方法 | |
| CN103698571B (zh) | 具有自供能低功耗的电流互感器设备及母线电流检测方法 | |
| CN106324323B (zh) | 一种全光纤电流互感器及其电流测量方法 | |
| CN101968507B (zh) | 光纤电压传感器及其调节方法 | |
| CN106443126B (zh) | 一种测量电光晶体半波电压的方法与装置 | |
| CN108732405B (zh) | 一种无源光学强度调制型电流互感器及母线电流检测方法 | |
| CN109752580A (zh) | 一种闭环反馈控制的电流互感器 | |
| CN205594118U (zh) | 一种输电线路接地闪络故障定位系统 | |
| CN106940395B (zh) | 一种光学电流互感器 | |
| CN210090656U (zh) | 基于量子精密测量的电流标准装置 | |
| CN114460350A (zh) | 一种光路状态自诊断的全光纤电流互感器及自诊断方法 | |
| CN111404030B (zh) | 一种新型的法拉第反常色散Rb原子滤光器及方法 | |
| CN102279477A (zh) | 具有自动调整谐振频率功能的电光相位调制器 | |
| WO2019160437A1 (ru) | Трансформатор тока и напряжения комбинированный | |
| CN210665892U (zh) | 一种便携式特快速暂态高频电场测量系统 | |
| CN110174628B (zh) | 一种便携式特快速暂态高频磁场测量系统 | |
| CN109936906B (zh) | 光阴极电子枪射频同步慢飘抑制装置 | |
| CN108445289B (zh) | 一种高压直流光学谐波测量装置 | |
| Gu et al. | Design and applicability analysis of independent double acquisition circuit of all-fiber optical current transformer | |
| CN112798848A (zh) | 一种基于逆压电效应的电压测量系统 | |
| JP2708003B2 (ja) | 直流定電流電源装置 | |
| Wei et al. | A hybrid electro-optic current transducer using a photodiode-based primary supply |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |