CN108828493A - 消除温度和其它相电场对光学电压互感器精度影响的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种消除温度和其它相电场对光学电压互感器测量精度影响的方法，属于光学电压测量技术领域，包括：步骤1，所述光学电压互感器的电场传感器在测量被测电压U1的同时，测量另一组与被测电压频率不同的基准电压U2，通过对基准电压测量值的实时校准去除温度对被测电压测量值影响；步骤2，通过引入一组工频或准工频光学电压互感器测量数据，采用三相解耦的方法消除相邻相电压对本相光学电压互感器准确度的干扰。本发明消除了温度和干扰电场对光学电压互感器测量精度的影响，提高了光学电压互感器的测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种消除外界温度和其它相电场对光学电压互感器测量精度影响的方法，属于光学电压测量技术领域。
背景技术
随着我国电力系统容量的增加、运行电压等级的提高以及输电距离的增长，整个系统的监测、控制及保护必须满足更高的要求。传统的电磁式电压互感器绝缘要求高、铁磁谐振、频带窄，无法满足电力系统的全部需求。
电子技术以及光电技术的不断发展，使光学电压互感器逐渐表现出替代传统电压互感器的巨大潜力。光学电压互感器主要利用泡克尔斯效应，通过对光信号的调制测量计算待测电压。目前光学电压互感器的传感器部分主要分为体调制型光学电压传感器和集成光学电场传感器，存在动态范围大、灵敏度高、频带宽等方面的优势，成为未来发展的趋势。然而，光学电压互感器的测量精度受温度以及其它相电场的影响严重，使得采用集成光学电场传感器的光学电压互感器在长期运行的稳定性和测量精度上难以满足实用化的要求。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种消除外界温度和其它相电场对光学电压互感器测量精度影响的方法。
本发明基于一种采用集成光学电场传感器的光学电压互感器。首先，该光学电压互感器的电场传感器在测量被测电压的同时，测量另一组与被测电压频率不同的基准电压，由于温度对两组电压的测量精度影响一致，可以通过基准电压测量值实时校准，去除温度对被测电压测量值的影响；另外，采用一种三相解耦的方法得到其他两相电压对于本相测量值的影响因素，进而完成对其它相电场的修正；使光学电压互感器在长期运行的稳定性和测量准确性上能够满足实用化的要求。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种消除温度和其它相电场对光学电压互感器测量精度影响的方法，基于一种气体绝缘的实时自校准宽频高电压互感器，包括以下步骤：
步骤1，所述光学电压互感器的电场传感器在测量被测电压U1的同时，测量另一组与被测电压频率不同的基准电压U2，通过基准电压测量值对被测电压测量值实现自动实时校准；
步骤2，通过引入一组工频或准工频光学电压互感器测量数据，采用三相解耦的方法消除相邻相电压对本相光学电压互感器准确度的干扰。
进一步的，步骤1包括以下步骤：
步骤1-1，分别测得被测电压U1和基准电压U2：
被测电压U1在电场传感器处产生的竖直方向电场强度E1与被测电压U1存在线性关系，并表示为：E1＝k1U1，式中k1为相关系数；
基准电压U2在电场传感器处产生的竖直方向电场强度E2表示为：E2＝k2U2，式中k2为相关系数；
步骤1-2，电场传感器将检测到的同时含被测电压U1与基准电压U2的信号通过保偏光纤传送至光信号接收机，再由光信号接收机将接收到的信号发送至信号处理单元；
步骤1-3，光信号接收机发出的信号经过抗混叠滤波器后，输出至A/D转换模块，A/D转换模块将模拟信号转换为数字信号并将数字信号传输至数字信号处理系统，所述数字信号处理系统将A/D转换模块输出的同时含有被测电压分量与基准电压分量的信号进行数字滤波处理，分别得到被测电压的测量值U1＇与基准电压的测量值U2＇；
步骤1-4，所述数字信号处理系统进一步将基准电压的测量值U2＇与基准电压的实际值U2进行比较计算，得到光学电压互感器实时的刻度因数k，其中k＝U2/U2＇，最后利用光学电压互感器实时的刻度因数k完成对被测电压的测量值U1＇的校准，得到U″1＝kU1，其中U″1为消除外界温度对光学电压互感器测量精度影响后的输出电压。
进一步的，步骤2包括以下步骤：
步骤2-1，使用A相光学电压互感器、B相光学电压互感器、C相光学电压互感器分别测得电场波形为和
其中，分别为A、B、C三相的电压向量；kaa、kab、kac分别为A相电压、B相电压、C相电压对A相电场传感器的影响系数，kba、kbb、kbc分别为A相电压、B相电压、C相电压对B相电场传感器的影响系数，kca、kcb、kcc分别为A相电压、B相电压、C相电压对C相电场传感器的影响系数；
步骤2-2，引入一组工频或准工频光学电压互感器测量数据，首先将 作为已知量，通过试验测得kaa、kbb、kcc，且kaa、kbb、kcc保持不变；通过kaa计算出kab、kac，通过kbb计算出kba、kbc，通过kcc计算出kca、kcb；
步骤2-3，根据得到的影响系数，构造一个矩阵A，有以下关系式：
对所述矩阵A取逆，得到解耦矩阵B，B＝A-1；
步骤2-4，利用解耦矩阵B，以及A、B、C相光学电压互感器测得的电场波形求解A、B、C相电压
步骤2-5，得到解耦后的三相电压信号由该三相光学电压互感器独立的电压波形，经过解耦得到三相电压的实际波形，从而消除相邻相电压对本相光学电压互感器准确度的干扰。
进一步的，所述基准电压U2的频率在工频或工频附近。
进一步的，所述基准电压U2的频率为45Hz。
本发明的有益效果为：
本发明所述方法使用基准电压校准，消除了温度对光学电压互感器测量精度的影响，提高了光学电压互感器在长期运行中的稳定性。
本发明所述方法采用一种三相解耦的方法消除了另外两相对本相测量准确度的影响，提高了光学电压互感器的测量精度。
附图说明
图1为本发明所述光学电压互感器的结构示意图；
图2为本发明所述信号处理单元的结构示意图；
其中，1-高压接线端子、2-高压电极、3-圆筒屏蔽层、4-复合空心绝缘子、5-绝缘密封板、6-基准电压电极、7-集成光学电场传感器、8-绝缘套筒、9-接地电极、10-保偏光纤、11-稳压变频电源、12-SLD光源、13-光信号接收机和14-信号处理单元，141-抗混叠滤波器，142-A/D转换模块，143-数字信号处理系统，144-光电输出模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种消除外界温度和电场对光学电压互感器测量精度影响的方法，基于一种气体绝缘的实时自校准宽频高电压互感器，如图1所示，一种气体绝缘的实时自校准宽频高电压互感器，包括高压接线端子1、高压电极2、圆筒屏蔽层3、复合空心绝缘子4、绝缘密封板5、基准电压电极6、集成光学电场传感器7、绝缘套筒8、接地电极9、保偏光纤10、稳压变频电源11、SLD光源12、光信号接收机13和信号处理单元14。
高压电极2和绝缘密封板5分别固定在所述复合空心绝缘子4的两端，完成所述复合空心绝缘子4的密封；所述圆筒屏蔽层3沿所述复合空心绝缘子4内壁一圈设置；
所述高压电极2固定在所述复合空心绝缘子4的顶端，且所述高压电极2连接高压接线端子1，以获得被测电压；
所述绝缘密封板5固定在所述复合空心绝缘子4的底端，在所述绝缘密封板5的底部固定有基准电压电极6，所述基准电压电极6连接稳压变频电源11；在所述基准电压电极6的下方设有绝缘套筒8，且所述绝缘套筒8的上端与绝缘密封板5的下端连接，所述绝缘套筒8的下端连接有接地电极9；所述绝缘套筒8内部中轴线处固定有集成光学电场传感器7，所述集成光学电场传感器7通过保偏光纤10分别与SLD光源12、光信号接收机13连接，所述光信号接收机13的输出端连接信号处理单元14。
所述圆筒屏蔽层3为阻容性屏蔽材料套管，且所述圆筒屏蔽层3与所述复合空心绝缘子4同轴。
所述高压电极2、绝缘密封板5、基准电压电极6、绝缘套筒8和接地电极9均为与所述复合空心绝缘子4同轴心的圆柱体。
所述高压电极2、基准电压电极6、和接地电极9均为铜质电极。
如图2所示，所述信号处理单元14包括依次连接的抗混叠滤波器141、A/D转换模块142、数字信号处理系统143和光电输出模块144，其中所述抗混叠滤波器141的输入端连接光信号接收机13的输出端，所述抗混叠滤波器141的输出端连接A/D转换模块142的输入端，所述A/D转换模块142的输出端连接数字信号处理系统143的输入端，所述数字信号处理系统143的输出端连接光电输出模块144。
所述集成光学电场传感器7为基于共路干涉的集成光学电场传感器，以x切z传的LiNbO3晶片作为衬底，使用Ti扩散法制作光波导，并通过光刻的方法在光波导附近制作偶极子天线和电极。
所述集成光学电场传感器7根据光信号由Pockels效应产生的相位延迟计算所述集成光学电场传感器7处竖直方向的电场强度，进而得到被测电压；所述集成光学电场传感器7处竖直方向的电场强度表示为：
E＝E1+E2+E3
式中，E1表示高压电极2上的被测电压U1在集成光学电场传感器7处产生的竖直方向电场强度；E2表示基准电压电极6上的基准电压U2在集成光学电场传感器7处产生的竖直方向电场强度；E3表示干扰电场在集成光学电场传感器7处产生的竖直方向电场强度。
一种消除外界温度和电场对光学电压互感器测量精度影响的方法，包括以下步骤：
步骤1，所述光学电压互感器的电场传感器在测量被测电压U1的同时，测量另一组与被测电压频率不同的基准电压U2，通过基准电压测量值对被测电压测量值实现自动实时校准；具体的包括：
步骤1-1，分别测得被测电压U1和基准电压U2：
被测电压U1在电场传感器处产生的竖直方向电场强度E1与被测电压U1存在线性关系，并表示为：E1＝k1U1，式中k1为相关系数；
基准电压U2在电场传感器处产生的竖直方向电场强度E2表示为：E2＝k2U2，式中k2为相关系数；其中，所述基准电压U2的频率为工频或工频附近，可为45Hz。
步骤1-2，电场传感器将检测到的同时含被测电压U1与基准电压U2的信号通过保偏光纤传送至光信号接收机，再由光信号接收机将接收到的信号发送至信号处理单元；
步骤1-3，光信号接收机发出的信号经过抗混叠滤波器后，输出至A/D转换模块，A/D转换模块将模拟信号转换为数字信号并将数字信号传输至数字信号处理系统，所述数字信号处理系统将A/D转换模块输出的同时含有被测电压分量与基准电压分量的信号进行数字滤波处理，分别得到被测电压的测量值U1＇与基准电压的测量值U2＇；
步骤1-4，所述数字信号处理系统进一步将基准电压的测量值U2＇与基准电压的实际值U2进行比较计算，得到光学电压互感器实时的刻度因数k，其中k＝U2/U2＇，最后利用光学电压互感器实时的刻度因数k完成对被测电压的测量值U1＇的校准，得到U″1＝kU1，其中U″1为消除外界温度对光学电压互感器测量精度影响后的输出电压。
步骤2，通过引入一组工频或准工频光学电压互感器测量数据，采用三相解耦的方法消除相邻相电压对本相光学电压互感器准确度的干扰；具体的包括：
步骤2-1，使用A相光学电压互感器、B相光学电压互感器、C相光学电压互感器分别测得电场波形为和
其中，分别为A、B、C三相的电压向量；kaa、kab、kac分别为A相电压、B相电压、C相电压对A相电场传感器的影响系数，kba、kbb、kbc分别为A相电压、B相电压、C相电压对B相电场传感器的影响系数，kca、kcb、kcc分别为A相电压、B相电压、C相电压对C相电场传感器的影响系数；
步骤2-2，通过引入一组工频或准工频光学电压互感器测量数据，首先将作为已知量，通过试验测得kaa、kbb、kcc，且kaa、kbb、kcc保持不变；通过kaa计算出kab、kac，通过kbb计算出kba、kbc，通过kcc计算出kca、kcb；
步骤2-3，根据得到的影响系数，构造一个矩阵A，有以下关系式：
对所述矩阵A取逆，得到解耦矩阵B，B＝A-1；
步骤2-4，利用解耦矩阵B，以及A、B、C相光学电压互感器测得的电场波形求解A、B、C相电压
步骤2-5，得到解耦后的三相电压信号由该三相光学电压互感器独立的电压波形，经过解耦得到三相电压的实际波形，从而消除相邻相电压对本相光学电压互感器准确度的干扰。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种消除温度和其它相电场对光学电压互感器精度影响的方法，基于一种气体绝缘的实时自校准宽频高电压互感器，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，所述光学电压互感器的电场传感器在测量被测电压U1的同时，测量另一组与被测电压频率不同的基准电压U2，通过基准电压测量值对被测电压测量值实现自动实时校准；
步骤2，通过引入一组工频或准工频光学电压互感器测量数据，采用三相解耦的方法消除相邻相电压对本相光学电压互感器准确度的干扰。
2.根据权利要求1所述的一种消除温度和其它相电场对光学电压互感器精度影响的方法，步骤1包括以下步骤：
步骤1-1，分别测得被测电压U1和基准电压U2：
被测电压U1在电场传感器处产生的竖直方向电场强度E1与被测电压U1存在线性关系，并表示为：E1＝k1U1，式中k1为相关系数；
基准电压U2在电场传感器处产生的竖直方向电场强度E2表示为：E2＝k2U2，式中k2为相关系数；
步骤1-2，电场传感器将检测到的同时含被测电压U1与基准电压U2的信号通过保偏光纤传送至光信号接收机，再由光信号接收机将接收到的信号发送至信号处理单元；
步骤1-3，光信号接收机发出的信号经过抗混叠滤波器后，输出至A/D转换模块，A/D转换模块将模拟信号转换为数字信号并将数字信号传输至数字信号处理系统，所述数字信号处理系统将A/D转换模块输出的同时含有被测电压分量与基准电压分量的信号进行数字滤波处理，分别得到被测电压的测量值U1＇与基准电压的测量值U2＇；
步骤1-4，所述数字信号处理系统进一步将基准电压的测量值U2＇与基准电压的实际值U2进行比较计算，得到光学电压互感器实时的刻度因数k，其中k＝U2/U2＇，最后利用光学电压互感器实时的刻度因数k完成对被测电压的测量值U1＇的校准，得到U″1＝kU1，其中U″1为消除温度对光学电压互感器测量精度影响后的输出电压。
3.根据权利要求1所述的一种消除温度和其它相电场对光学电压互感器精度影响的方法，步骤2包括以下步骤：
步骤2-1，使用A相光学电压互感器、B相光学电压互感器、C相光学电压互感器分别测得电场波形为和
其中，分别为A、B、C三相的电压向量；kaa、kab、kac分别为A相电压、B相电压、C相电压对A相电场传感器的影响系数，kba、kbb、kbc分别为A相电压、B相电压、C相电压对B相电场传感器的影响系数，kca、kcb、kcc分别为A相电压、B相电压、C相电压对C相电场传感器的影响系数；
步骤2-2，引入一组工频或准工频光学电压互感器测量数据，首先将作为已知量，通过试验测得kaa、kbb、kcc，且kaa、kbb、kcc保持不变；通过kaa计算出kab、kac，通过kbb计算出kba、kbc，通过kcc计算出kca、kcb；
步骤2-3，根据得到的影响系数，构造一个矩阵A，有以下关系式：
对所述矩阵A取逆，得到解耦矩阵B，B＝A-1；
步骤2-4，利用解耦矩阵B，以及A、B、C相光学电压互感器测得的电场波形求解A、B、C相电压
步骤2-5，得到解耦后的三相电压信号由该三相光学电压互感器独立的电压波形，经过解耦得到三相电压的实际波形，从而消除相邻相电压对本相光学电压互感器准确度的干扰。
4.根据权利要求1所述的一种消除温度和其它相电场对光学电压互感器精度影响的方法，所述基准电压U2的频率在工频或工频附近。
5.根据权利要求4所述的一种消除温度和其它相电场对光学电压互感器精度影响的方法，所述基准电压U2的频率为45Hz。
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