CN110763894A - 用于测量的方法、装置和计算机存储介质 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例提供了用于电压/电流的测量的方法、装置和计算机可读介质。一种方法包括接收待测量的电信号；生成具有预定功率的光信号；基于待测量的电信号来调整光信号的功率；生成并输出与经调整的该光信号对应的第一电输出信号，以用于测量所述待测量的电信号的电压或者电流，所述第一电输出信号可以是低电压电信号。利用本公开的实施例，可以提高测量精度和/或降低测量的成本。

Description

用于测量的方法、装置和计算机存储介质

技术领域

本公开的实施例一般涉及能源工业和电力工业领域，并且具体地涉及可以用于测量电信号(例如高电压电信号)的电压或者电流的方法、装置和计算机存储介质。

背景技术

本节的介绍旨在促进对本公开的更好的理解。因此，本节的内容应以此为基础进行阅读，而不应被理解为对关于哪些属于现有技术中或哪些不属于现有技术的承认。

在能源工业、电力工业或者智能电网中，需要测量高电压信号的电压或者电流，以用于例如监测或者计费的目的。

目前，用于高电压(HV)环境中的电压或者电流测量的设备包括光学电流互感器(OCT)和块状(bulk)玻璃转换器。光学电流互感器和块状玻璃转换器通常基于法拉第效应，并且利用光学器件和块状玻璃作为传感元件。在利用这种测量设备时，由于在HV环境中使用了无源传感器元件，主电源系统可以完全被拆除。然而，由于来自周围环境的干扰(例如温度，振动，外部压力等)，基于法拉第效应的这类转换器的鲁棒性遇到了相当大的挑战。此外，材料老化也被证明会降低这类测量设备中的传感器的精度。另外，基于法拉第效应的这类转换器在测量时具有磁滞现象，这意味着测量结果对变化的响应不够及时。

尽管已经针对这些问题做出了巨大努力，然而目前的解决方案所需的成本远远超出了可接受的限度。

发明内容

本公开提出用于电信号(例如高电压电信号)的测量的方法、装置和计算机存储介质。

在本公开的第一方面，提供了一种用于测量的设备。该设备包括：第一单元，所述第一单元具有光输入端，光输出端和第一电输入端；第二单元，所述第二单元具有输出端；以及第三单元，所述第三单元具有输入端和输出端。其中，第一单元的第一电输入端被配置用于接收待测量的电信号；第二单元被配置为生成具有预定功率的光信号，并且述第二单元的输出端经由光纤耦合到所述第一单元的光输入端，以向所述第一单元提供所述光信号；第一单元被配置为基于待测量的电信号调整光信号的功率，并且第一单元的光输出端经由光纤耦合到第三单元的的输入端，以向第三单元提供经调整的所述光信号；第三单元被配置为生成与经调整的光信号对应的第一电输出信号，并且第三单元的输出端输出该第一电输出信号，以用于测量待测量的电信号的电压或者电流。其中该第一电输出信号可以是低电压电信号。在一些实施例中，该待测量的电信号可以包括高电压信号经低功率电流转换器(LPCT)转换后的输出信号。

在本公开的一个实施例中，该第一单元可以包括可变光衰减器(VOA)，并且/或者该第二单元可以包括第一激光二极管(LD)、并且/或者该第三单元可以包括第一光电检测器(PD)。在进一步的实施例中，该VOA可以处于高电压环境中，并且该第一LD和该第一PD可以处于低电压环境中。

在一些实施例中，该设备可以进一步包括第一确定单元。该第一确定单元可以耦合到第三单元的输出端以接收第一电输出信号，并且被配置为基于该第一电输出信号、该预定功率、该第一单元的响应函数和该第三单元的响应函数来确定待测量的电信号的所述电压或者电流。

在一些实施例中，该设备可以进一步包括第四单元、第五单元、第六单元、第七单元、第八单元和第九单元。其中第四单元具有第一输入端、第二输入端和输出端；第五单元、第六单元、第六单元、第八单元和第九单元分别具有各自的输入端和输出端；第七单元具有输入端、第一输出端和第二输出端。并且其中第四单元的第一输入端被配置为接收具有预定的电压的电信号，所述第四单元的第二输入端耦合到所述第三单元的输出端以接收所述第一电输出信号；第四单元被配置为生成所述具有预定的电压的电信号和所述第一电输出信号的差值信号，并且所述第四单元的输出端耦合到所述第五单元的输入端以向所述第五单元提供所述差值信号；第五单元被配置为对所述差值信号进行比例-积分-微分处理，并且所述第五单元的输出端耦合到所述第六单元的输入端以向所述第六单元提供经过比例-积分-微分处理的差值信号；第六单元被配置为以经过比例-积分-微分处理的所述差值信号作为驱动信号生成光反馈信号，并且所述第六单元的输出端经由光纤耦合到所述第七单元的输入端以向所述第七单元提供所述光反馈信号；第七单元被配置为将所述光反馈信号分成具有第一功率的第一光输出信号和具有第二功率的第二光输出信号，所述第一功率和所述第二功率具有预定的比率；并且所述第七单元的第一输出端和第二输出端分别耦合到所述第八单元和所述第九单元的输入端以分别提供所述第一光输出信号和所述第二光输出信号；第八单元被配置为将所述第一光输出信号转换为电反馈信号，并且所述第八单元的输出耦合到所述第一单元的第二电输入端以向所述第一单元提供所述电反馈信号；第九单元被配置为将所述第二光输出信号转换为第二电输出信号，并且所述第九单元的输出端输出所述第二电输出信号，以用于测量所述待测量的电信号的电压或者电流。并且，在该实施例中，第一单元被配置为基于所述待测量的电信号调整所述光信号的功率包括：第一单元被配置为基于来自其第一电输入端的待测量的电信号与来自所述第二电输入端的所述电反馈信号的差值来调整具有预定功率的所述光信号的功率，以生成经调整的所述光信号。

在一些实施例中，第四单元可以包括加法器；第五单元可以包括比例-积分-微分器PID；第六单元可以包括第二LD；第七单元可以包括耦合器；以及第八单元和第九单元可以分别包括第二PD和第三PD。在进一步的实施例中，第二PD和耦合器可以处于高电压环境中，第二LD、第三PD、加法器和PID可以处于低电压环境中。

在又一实施例中，该设备可以进一步包括第二确定单元。该第二确定单元可以耦合到第九单元的输出端以接收第二电输出信号，并且被配置为基于所述第二电输出信号、所述预定的比率、所述第一单元的响应函数、所述第八单元的响应函数和所述第九单元的响应函数来确定所述待测量的电信号的所述电压或者电流。

在本公开的第二方面，提供了一种用于测量的方法。该方法包括：接收待测量的电信号；生成具有预定功率的光信号；基于所述待测量的电信号调整所述光信号的功率；生成并输出与经调整的所述光信号对应的第一电输出信号，以用于测量所述待测量的电信号的电压或者电流，所述第一电输出信号是低电压电信号。

在一些实施例中，该方法可以借助根据本公开的第一方面所述的任一设备来实施。

在本公开的第三方面，提供了用于测量的装置。该装置包括至少一个处理器，和具有存储于其上的计算机程序代码的至少一个存储器。该存储器和计算机程序代码被配置为，与处理器一起，使该设备至少执行在本公开的第二方面中所述的方法。

在本公开的第四方面中，提供一种其上存储有计算机程序的计算机可读存储介质。该计算机程序在至少一个处理器上被执行时，促使根据本公开的第二方面的方法被执行。

附图说明

以下将参考附图描述本公开的一些示例实施例。附图中相同的附图标记表示相同或等同的元件。附图仅用于促进对本公开的实施例的更好理解，并且不一定按比例绘制，在附图中：

图1示意性地示出了利用本公开的实施例的设备执行测量的示意图；

图2示出根据本公开的实施例的示例设备的结构；

图3示出利用根据本公开的实施例的设备进行测量的示例；

图4示出图2中的示例可以进一步包括的结构；

图5示出了根据本公开的实施例的用于比例-积分-微分操作的设备的示例结构；

图6利用根据本公开的实施例的另一设备进行测量的示例；

图7示出根据本公开的实施例的用于测量的示例方法的操作；

图8示出图7的方法可以进一步包括的操作；以及

图9示出根据本公开的实施例的用于测量的设备的简化框图。

具体实施方式

应当理解，本公开中的所有实施例仅为使本领域技术人员更好地理解和进一步实施本公开而给出，而不是用于限制本公开的范围。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施例一起使用以产生又一个实施例。为了清楚起见，在本说明书中描述的实际实现的一些特征可以被省略。

说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是不必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语不一定指代相同的实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，认为结合其它实施例来实现这样的特征、结构或特性是在本领域技术人员的知识范围内的，而无论其是否被明确描述。

应当理解，尽管术语“第一”和“第二”等在本文中可以用于描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件进行区分。例如，在不脱离示例实施例的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。如本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关联的列出的条目的任意和所有组合。

本文所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并且不旨在限制示例实施例。如本文所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还将理解，当在本文中使用时，术语“包括”、“包含”、“具有”、指定该特征、元件和/组件等的存在，但不排除一个或多个其它特征、元件、组件和/或其组合的存在或添加。术语“可选”表示所描述的实施例或者实现并非强制性的，其在某些情况下可被省略。

如在本公开中所使用的，术语“电路”可以指以下中的一个或多个或全部：(a)仅硬件电路实现(例如仅用模拟和/或数字电路实现)、(b)硬件电路和软件的组合、以及(c)需要软件(例如，固件)进行操作的硬件电路和/或处理器(诸如微处理器或微处理器的一部分)，但是在软件对于该操作并不需要时，该软件可能不存在。其中，硬件电路和软件的组合可以包括诸如(如适用)：(i)模拟和/或具有软件/固件的数字硬件电路的组合，和(ii)带有软件的硬件处理器(包括数字信号处理器)的任何部分，软件和存储器，其一起工作以使诸如移动电话或服务器的装置执行各种功能。电路的该定义适用于本申请中的该术语的所有使用，包括任何权利要求。作为进一步的示例，如在本申请中所使用的，术语电路还涵盖仅仅硬件电路或处理器(或多个处理器)或硬件电路或处理器的一部分及其(或它们的)伴随软件和/或固件。术语电路还涵盖，例如以及如果适用于特定权利要求元素，用于移动设备的基带集成电路或处理器集成电路，或服务器、蜂窝网络设备或其他计算设备或网络设备中的类似集成电路。

在诸如能源工业、电力工业或者智能电网中，经常需要测量高电压信号的电压或者电流。目前，用于该测量的光学电流互感器(OCT)和块状玻璃转换器对来自周围环境的干扰(例如温度，振动，外部压力等)比较敏感，并且具有磁滞现象。另外，材料老化也被证明会降低这类测量设备中的传感器的精度。

作为用于高电压环境中的电压或者电流测量的另一候选，电光混合光学电流互感器(HOCT)也备受关注。与基于法拉第效应的测量设备相比，HOCT采用更实用的方法。例如，诸如罗戈夫斯基(Rogowski，或者称为罗氏)线圈、低功率电流互感器(LPCT)或电阻分流器的常规电流感测装置可以在HOCT中被用作主电流传感器。在模数或电压-频率转换之后，来自主电流传感器的电压信号通过光纤从HV环境被光学地传输到地。然而，HOCT中所使用的有源电子器件需要HV环境中的可靠主电源。这将不可避免地增加互感器的复杂度和成本。

关于HOCT的研究一直致力于简化其在HV环境中的结构，同时降低功耗。例如，已经有研究者提出，在HOCT中使用无源集成光学普克尔斯盒(IOPC)来对与来自罗氏线圈的信号所对应的光进行调制。然而，由于IOPC容易受到光的偏振状态的影响，传感器头的输入和输出分别需要偏振(PZ)光纤和保偏(PM)光纤。然而，这些光纤价格昂贵并且容易受到外部压力和振动的影响。

本公开的发明人意识到，适于HV环境中的测量设备需要满足以下要求：精确、可靠、鲁棒和高性能；是固有的好的绝缘体；低功耗；以及低成本。HV环境包括例如电力线附近的高于1000V的交流环境或者高于1500V的直流环境。目前的测量设备无法满足该要求。

为了解决以上问题中的至少一些问题，本公开中提出了用于电压和/或电流测量的新的解决方案。尽管本公开的一些实施例可以用于测量HV环境中的电压/电流，然而应该理解，实施例不限于这种应用环境，而是可以被更广泛的使用。

在图1中示意性地示出了利用本公开的实施例的设备执行测量的示意图。如图1所示，设备101以来自线路102的信号103作为输入，并且输出表征信号103的另一信号104。在一些实施例中，线路102为高电压线路，并且信号103为高电压信号，而信号104为低电压(LV)信号。也就是说，设备101能够生成LV信号，并且使得通过测量该LV信号104来确定HV信号103的电压或者电流。从而避免了在HV环境下测量的诸多问题。这也意味着本公开的实施例的设备对于高压环境更加鲁棒，与现有的产品相比能够在更广泛的应用场景中使用。例如，本公开的实施例的设备可以在更高电压(例如110kV,3000A或者更高)的环境以及更复杂的环境中应用。

在一些实施例中，提出了用于信号测量的设备。在图2中示出了示例设备200的结构。在该示例中,设备200包括第一单元210，第二单元220和第三单元230。该第一单元210具有光输入端211、光输出端212和第一电输入端213。该第二单元220具有输出端221。该第三单元230具有输入端231和输出端232。

如图2所示，第一单元210的第一电输入端213被配置用于接收待测量的电信号，在一些实施例中，该测量的电信号例如可以是高电压电信号(例如，1000V或者几千伏)，例如图1中的信号103。在该实施例中，该第一单元210处于HV环境中。该HV环境包括，例如，电力线附近的高于1000V的交流环境，或者高于1500V的直流环境。

第二单元220被配置为生成具有预定功率的光信号，并且该第二单元220的输出端221经由例如光纤201耦合到第一单元210的光输入端211，以向第一单元210提供该光信号。第二单元可以位于LV环境中。

第一单元210被配置为基于所接收的待测量的电信号来调整来自第二单元220的光信号的功率，以生成经调整的光信号。如图2所示，该第一单元210的光输出端212经由例如光纤202耦合到第三单元230的输入端231，以向第三单元230提供经调整的光信号。由于可以经由光纤与第一单元连接，在一些实施例中，该第三单元230也可以位于LV环境中。该LV环境包括地面，诸如可以在其中监测电压或者电流的房间。

第三单元230被配置为生成与经调整的光信号对应的第一电输出信号，并且第三单元230的输出端232输出该第一电输出信号，以用于测量待测量的电信号的电压或者电流。该第一电输出信号可以是例如图1中的输出信号104，该信号可以是低电压电信号(例如，几伏，或者几毫伏)。

在本公开的一些实施例中，可以使用可变光衰减器(VOA)作为图2中的设备200中的基本测量部件。通常，VOA被作为一种衍射器件，并且其最初被开发用于在光通信中调节光功率。即，VOA通常被用于在光信号上施加电流或电压信号，并根据施加的电压/电流来精确地衰减(或者改变)输入的光波的光功率，以获得具有期望光功率的光信号。

然而，本公开的实施例中对VOA的使用不同于其通常的用途，其被用于电压/电流的测量。具体而言，在本公开的一些实施例中，可以使用VOA作为图2中的设备200中的第一单元210。即，可以将待测量的电信号作为VOA的输入，施加于输入的光信号，并且基于对经调整的光信号所对应的电信号的测量来确定待测量的电信号的电压/电流。本公开的发明人发现，VOA的超低功耗和极化不敏感的特性使其适于在光学电流互感器(OCT)应用，例如用于图2中的第一单元210。

另外，可以使用来自LV环境中的激光二极管(LD)作为图2中的第二单元220以产生具有预定(或者恒定的)功率的光波，作为对VOA的输入光信号。

在一些实施例中，可以使用光电检测器(PD)作为图2中的设备200的第三单元230，以将经调整(改变)的光波转换为电信号。

在图3中示出了利用包括VOA 310、LD 320和PD 330的设备300进行测量的示例。在该示例中，VOA 310可以被置于HV环境中。例如，输入该VOA 310的待测量的电信号可以是高压信号经低功率电流互感器(LPCT)340或者罗氏线圈变换后的电信号。例如，该LPCT 340围绕一次(primary)电流350，以产生与该一次电流成比例的电压信号。该电压信号被施加在VOA 310的正输入端口311上。在一些实施例中，LPCT 340可以作为本公开的实施例的用于测量的设备的一部分。LPCT 340的电压变换比率取决于LPCT中的初级线圈和次级线圈的匝数。

如图3所示，LD 320产生具有预定功率的光波，经由光纤301传输到VOA 310的光输入端312。经VOA 310衰减的光波被经由光纤302传输到LV环境中的PD 330的输入端331，以通过PD330生成相应的电信号。该电信号从PD 330的输出端332示出，以用于测量待测量的电压/电流。

在一些实施例中，图2中的设备200和/或图3中的设备300可以进一步包括未示出的确定单元。该确定单元可以，例如，耦合到图2中的第三单元230的输出端231以接收第一电输出信号，并且被配置为基于该第一电输出信号、预定功率、第一单元210的响应函数和第三单元230的响应函数来确定待测量的电信号的电压或者电流。类似地，该确定单元也可以耦合到图3的PD 330的输出，以基于其输出电信号、LD输出的预定功率、VOA 310的响应函数和PD 330的的响应函数来确定待测量的电信号的电压或者电流。

替代地或者附加地，在本公开的一些实施例中，为了改进测量精度，图2或者图3的设备还可以进一步包括图4所示的第四单元440到第九单元490。其中，第四单元440具有第一输入端441、第二输入端442和输出端443。第五单元450、第六单元460、第八单元480和第九单元490分别具有各自的输入端(451、461、481、491)和输出端(452、462、482、492)。第七单元470具有输入端471、第一输出端472和第二输出端473。

在一些实施例中，该第四单元440可以是加法器、减法器或者差分电路。该第四单元440的第一输入端441被配置为接收具有预定电压(例如，常数A)的电信号，并且其第二输入端442耦合到图2中的第三单元230的输出端232或者图3中的PD 330的输出端332，以接收第一电输出信号。第四单元440被配置为生成具有预定电压A的电信号和第一电输出信号的差值信号。

第四单元440的输出端443耦合到第五单元450的输入端451以向所述第五单元450提供该差值信号。该第五单元450例如可以是比例-积分-微分器(PID)。该第五单元450被配置为对差值信号进行比例-积分-微分处理。

在图5中示出第五单元450的结构示例。如图5所示，该第五单元450可以包含比例电路510，积分电路520和微分电路530。比例电路510的输出连接到积分电路520的输入。积分电路520的输出连接到差分电路530的输入。然后差分电路的输出作为该第五单元450的输出。

现在返回图4。如图4所示，第五单元450的输出端452耦合到第六单元460的输入端461以向第六单元460提供经过比例-积分-微分处理的差值信号。该第六单元460可以是，例如(但不限于)LD(本文称为第二LD或者LD2)。第六单元460被配置为将经过比例-积分-微分处理的差值信号作为驱动信号生成光反馈信号。

述第六单元460的输出端462经由光纤401耦合到第七单元470的输入端471以向第七单元470提供所述光反馈信号。

该第七单元470可以是，例如(但不限于)耦合器。该第七单元被配置为将光反馈信号分成具有第一功率的第一光输出信号和具有第二功率的第二光输出信号，其中第一功率和第二功率具有预定的比率(例如80:20、60:40、50:50等)。第七单元470的第一输出端472和第二输出端473分别耦合到第八单元480和第九单元490的输入端(481、491)以分别提供第一光输出信号和第二光输出信号。其中，第七单元470和第九单元490的连接可以通过例如光纤402实现。

第八单元480可以是，例如(但不限于)PD(本文称为第二PD，或者PD2)。该第八单元480被配置为将第一光输出信号转换为电反馈信号，并且通过其输出端482传输到图2中的第一单元210的第二电输入端或者图3中的VOA 310的负输入端，以提供所述电反馈信号。在这种情况下，图2中的第一单元210或者图3中的VOA 310可以基于待测量的电信号与来自第八单元480的电反馈信号的差值来调整具有预定功率的光信号的功率，以生成经调整的所述光信号。

图4中，第九单元490被配置为将第二光输出信号转换为第二电输出信号，通过其输出端492输出该第二电输出信号，以用于测量所述待测量的电信号的电压或者电流。同样，该第二电输出信号位于LV环境中。

在图6中示出了利用本公开的示例设备600进行测量的示意图。该示例中，设备600包括VOA 610、LD 620(又称为LD1)、PD 630(又称为PD1)、加法器640、PID模块650、LD 660(又称为LD2)、耦合器670、PD 680(又称为PD2)和PD 690(又称为PD3)。

与图3类似的是，在该示例中，LD 620处于LV环境中，并且其输出光功率是恒定的。LD 620的输出通过光纤602连接到HV环境中的VOA 610的光输入。LPCT 601可以作为用于测量的设备的一部分，并且LPCT 601围绕一次电流以产生与该一次电流成比例的电压，其比率基于LPCT 601中的初级和次级线圈的匝数。LPCT 602的输出连接到VOA 610的正输入端口。VOA 610的光输出通过光纤603连接到PD 630。PD 630将其接收的光功率转换为电信号。

与图3不同的是，PD 630的输出进一步连接到加法器640的负输入。加法器的正输入被输入常数A。加法器的输出连接到PID模块650的输入。在该示例中，PID模块650与VOA610耦合，形成控制环路，以用于保证VOA 610的输出光信号可以与输入的待测量的电流或电压信号完全同步。

在该实施例中，加法器640将LV环境下的PD 630产生的(与VOA 610输出的光信号对应的)电信号与恒定电压(例如，常数A)进行比较。该比较后获得的差值被输入PID模块650，以使得PD 630接收的光输出信号与预设常数A完全同步。

PID模块650的输出可以用于驱动LD 660，以生成光反馈信号。该LD 660例如可以处于LV环境，其输出的光反馈信号可以通过光纤604连接到耦合器670，该耦合器进一步将光信号分成预定比率的两部分。例如，其中80％的功率被传输到HV环境中的PD 680，以产生施加在VOA 610的负输入端口613的电压，而其余的20％被经由光纤605传输到LV环境中的PD 690以生成监控电压。

由于进入PD 680的第一输出光信号和进入PD 690的第二输出光信号具有预定的比率(例如，80:20、60:40、50:50等)，PD 690的输出电压和PD 680的输出电压也具有预定的比率。从而根据PD 690的输出信号可以确定PD 680的输出电压。

另外，由于图6中的PID模块保证了PD 630的输出与常数A完全同步(即，具有固定的差值)。因此，在常数A恒定的情况下，PD 630的输出也是恒定的。这种情况下，VOA的输入必然是恒定的，即，待测量的电信号和PD 680的输出信号的差值是恒定的。因此，在PD 680的输出电压被确定的情况下，可以确定待测量的电信号的电压/电流。

作为示例，可以将PD 630的输出表示为：

V_pd1＝R_pd1·P_ld1·K(V_LPCT-0.8P_coupler·R_pd2) (1)

其中V_pd1表示PD 630的输出；R_pd1表示PD 630的响应；P_ld1表示LD 620的输出功率；K表示VOA的衰减函数(或者称为响应函数)；V_LPCT表示LPCT 601的输出电压，即待测量的电压；P_coupler表示耦合器670的总输出功率；并且R_pd2表示PD 680的响应。

由于V_pd1与常数A完全同步,V_pd1也是恒定的。这意味着V_LFCT-0.8P_coupler·R_pd2的差值是恒定的。因此，0.8P_coupler·R_pd2与V_LPCT同步。假定V_LFCT-0.8P_coupler·R_pd2＝d,其中d表示恒定的差值，则V_LPCT可以表示如下。

V_LPCT＝d+0.8P_coupler·R_pd2 (2)

而PD 690的输出可以被表示为：

V_pd3＝R_pd3·0.2P_coupler (3)

其中V_pd3表示PD 690的输出；R_pd3表示PD 690的响应。PD 690的输出和PD 680的输出具有预定的比率，因此PD 690的输出可以被用于监测PD 680的输出。同时由于V_LPCT和PD680的输出具有公式(2)所示的恒定的差值，PD 690的输出可以被用于监测待测量的V_LPCT。

在一些实施例中，图6中的设备600可以进一步包括未示出的第二确定单元。该第二确定单元可以耦合到PD 690的输出端以接收其电输出信号，并且基于该电输出信号的电压V_pd3、耦合器670的两个输出之间的所述预定的比率、VOA 610的响应函数K、PD 680的响应函数R_pd2和PD 690的响应函数R_pd3来确定待测量的电信号的所述电压V_LPCT或者电流。

通过本公开的上述一些实施例的解决方案，能够避免在HV环境下的测量。将测量转移到LV环境中，并且，保证了精确可靠的测量性能。

在一些实施例中，使用了低功耗的部件(例如VOA、LD、PD、PID、加法器)。例如，VOA的功耗可以仅为0.2mw。这使得测量的功耗大大降低。此外，VOA是光通信中的常用设备，因此该测量方案是低成本的。

一些实施例中PID模块的使用进一步使得测量更加精确可靠。在一些实施例中，可以使用光纤作为HV环境中的部件和LV环境中的部件的连接，这保证了良好的绝缘性能。基于以上原因，本公开的测量结构坚固耐用并具有良好性能。

此外，本公开的实施例的设备对于高压环境更加鲁棒，与现有的产品相比能够在更广泛的应用场景，例如，在更高电压(例如110kV,3000A或者更高)的环境以及更复杂的环境，中应用。

在本公开的一些实施例中，还提出了用于测量的方法。该方法可以，例如(但不限于,)利用参考图1-图6所述的设备来执行。在图7中示出用于测量的示例方法700所涉及的操作。为便于描述，以下参考图1的设备101来描述该方法，并且该设备101可以具有图2、3或者6所示的设备200、300或者600的结构。然而，应该理解方法700不限于利用设备101来执行。

如图1所示，在块710，设备101接收待测量的电信号。该电信号可以是例如来自HV线路102的高电压电信号。在一些实施例中，该电信号包括高电压信号经LPCT转换后的输出信号。

在块720，设备101生成具有预定功率的光信号。在一些实施例中，设备101可以利用LD(例如图3中的LD 320)来生成该光信号。例如，该光信号可以在LV环境下生成。

在块730，设备101基于所接收的待测量的电信号调整生成的光信号的功率。作为示例而非限制，设备101可以利用图3所示的VOA 310来获得经调整的光信号。例如，设备101可以将生成的具有预定功率的光信号通过光纤输入到VOA，并且将待测量的电信号被作为用于调整该光信号的功率的输入。在一些实施例中，该VOA处于HV环境中。

在块740，设备101生成并输出与经调整的光信号对应的第一电输出信号。在一些实施例中，设备101可以利用例如PD(例如图3中的PD 330或者图6中的PD 630)来生成该第一电输出信号。由于经调整的光信号是利用待测量的电信号调整的，其反映出待测量的电信号的特性(例如，电压)，因此，与经调整的光信号对应的该第一电输出信号可以用于测量所述待测量的电信号的电压或者电流。该PD可以处于LV环境中。这意味着方法700可以将HV电信号的测量转化为LV环境下的电信号测量，并且，该方法可以利用低功耗和低成本的部件和设备来执行。

在一些实施例中，方法700还可以包括未示出的确定操作，其中，设备101基于该第一电输出信号、生成的光信号的预定功率、VOA的响应函数和PD的响应函数来确定该待测量的电信号的电压或者电流。

替代地或者附加地，在一些实施例中，为了改进测量的精度，方法700的一些示例实施还可以另外地包括图8所示的操作800。

如图8所示，在块810，设备101获得在块740输出的第一电输出信号和具有预定电压(例如常数电压A)的电信号的差值信号。例如，设备101可以利用图6中的加法器640来获得该差值信号。然而应该注意，本公开的实施例不限于此，该差值信号也可以利用例如减法器、差分器等来获得。

在块820，设备101对该差值信号进行比例-积分-微分处理。例如，该处理可以通过例如但不限于图6中的PID 650来执行。

在块830，设备101(例如但不限于通过LD)以经处理的差值作为驱动，生成光反馈信号。

在块840，设备101通过，例如但不限于，耦合器(例如图6中的耦合器670)将光反馈信号分成具有第一功率的第一光输出信号和具有第二功率的第二光输出信号，其中第一功率和第二功率具有预定的比率(例如80:20，50:50，60:40等)。

在块850，设备101将第一光输出信号转换为电反馈信号。作为示例，设备101可以利用如图6中所示的PD 680来执行该转换。在该实施例中，该电反馈信号和待测量的电信号的差值被设备101用来在块730中调整具有预定功率的光信号的功率。即块850的输出被用作图7的块730的一个输入。例如，在块730中，设备101可以将待测量的电信号与电反馈信号分别作为图6中的VOA 610的正输入和负输入，来生成并输出经调整的光信号。

类似地，在块860，设备101将第二光输出信号转换为第二电输出信号。该转换例如可以通过图6中所示的PD 690来实施。在块870，设备101输出该第二电输出信号，以用于测量待测量的电信号的电压或者电流。

在一些实施例中，利用图8的额外操作，方法700的一些示例实施可以构建控制环路，改善测量的精度。例如，方法700可以在块820利用PID操作保证块810中生成的差值恒定，即，保证块740中的输出与常数A完全同步，即块740中的输出也是恒定的。这意味着块730中的输入也是恒定的，即，待测量的电信号和PD 680的输出信号的差值恒定。从而，在PD680的电压被确定的情况下，可以精确地确定待测量的电信号的电压/电流。

如附图6所示的，测量中使用的PD 680和耦合器670可以处于HV环境中，而LD 660、PD 690、加法器640和PID 650可以处于低电压环境中。

在一些实施例中，方法700还可以包括另外的确定操作，其中设备101基于块870示出的第二电输出信号、耦合器的两个输出之间的预定的比率、VOA 610的响应函数、PD 680和PD690的响应函数来确定待测量的电信号的电压或者电流。例如，该确定可以基于公式(1)-(3)所示的关系来执行。

图9示出了根据本公开的另一实施例的用于测量的设备900的简化框图。该设备900可以被实现于/为，例如但不限于，图1到图6中的任一设备。

设备900可以包括一个或多个处理器910(诸如数据处理器、处理电路等)和耦合到处理器910的一个或多个存储器920。设备900还可以包括耦合到处理器910的一个或多个发射器/接收器940。存储器920可以是非暂时性机器可读存储介质，并且其可以存储数据、代码、程序或计算机程序产品930。计算机程序(产品)930可以包括，用于使设备900能够根据本公开的实施例进行操作(例如执行方法700)的指令、数据(例如响应函数、统计数据表、参数设置等)。一个或多个处理器910和一个或多个存储器920的组合可以形成适于实现本公开的各种实施例的处理部件950。

本公开的各种实施例可以由硬件或者处理器910可执行的软件、固件、或其组合来实现。

存储器920可以是适合于本地技术环境的任何类型，并且可以使用任何合适的数据存储技术来实现，诸如作为非限制性示例的基于半导体的存储器终端设备、磁存储器终端设备和系统、光学存储器终端设备和系统、固定存储器和可移动存储器。

处理器910可以是适合于本地技术环境的任何类型，并且可以包括作为非限制性示例的处理电路(例如加法器，PID等)、一个或多个通用计算机、专用计算机、微处理器、数字信号处理器(DSP)和基于多核处理器架构的处理器。

以上参照方法和装置的框图和流程图说明了本文的示例实施例。应当理解，框图和流程图图示的每个框以及框图和流程图图示中的框的组合分别可以通过包括硬件、软件、固件及其组合的各种手段来实现。硬件包括，例如硬件电路和/或处理器。

例如，在一些示例实施例中，框图和流程图图示的各个框以及框图和流程图图示中的框的组合可以以电路实现。因此，本公开的一方面提供一种装置，该装置包括被配置为执行根据本公开的实施例的方法步骤、功能、或者操作的电路。作为示例，该装置可以包括分别被配置为执行图7的块710-740的电路，以及/或者包括分别被配置为执行图8的块810-870的电路。

在另一些示例实施例中，框图和流程图图示的各个框以及框图和流程图图示中的框的组合可以由包括计算机程序指令的计算机程序或计算机程序产品来实现。这些计算机程序指令可以被加载到通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置上以产生机器，使得在计算机或其他可编程数据处理装置上执行的指令创建用于实现在一个或多个流程图框中指定的功能的部件。

在本公开的上下文中，计算机程序代码或者相关数据可以由任意适当载体承载，以使得设备、装置或者处理器能够执行上文描述的各种操作。载体的示例包括机器可读传输介质、机器可读存储介质等。

本公开的另一方面还提供机器可读存储介质，诸如具有存储于其上的数据、参数配置、计算机程序或计算机程序产品的存储器。机器可读存储介质可以包括计算机可读存储介质，例如但不限于，磁盘，磁带，光盘，相变存储器或电子存储器终端设备，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存设备、CD-ROM、DVD、蓝光光盘等。

此外，虽然操作以特定顺序进行描绘，但是这不应被理解为要求此类操作以所示的特定顺序执行或按顺序执行，或者执行所有所示的操作以获得期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。同样地，尽管在上述讨论中包含若干具体的实现细节，但是这些不应被解释为对本文所描述的主题的范围的限制，而是对特定实施例特有的特征的描述。在本说明书中在分开的实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中被组合实现。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以分开地或以任何合适的子组合在多个实施例中实现。此外，尽管上述特征可以被描述为以某些组合的形式工作，并且甚至如此最初如此要求保护，但要求保护的组合的一个或多个特征在某些情况下可以从组合中被去除，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变体。

还应当理解，尽管一些实施例结合HV信号的测量进行了描述，但是这不应被解释为限制本公开的精神和范围。本公开的原理和概念可以更普遍地应用于存在类似问题的任何场景。

本领域技术人员可以理解，随着技术的进步，本发明的概念可以以各种方式实现。给出上述实施例是为了描述而不是限制本公开，并且应当理解，在不脱离本领域技术人员容易理解的本公开的精神和范围的情况下，可以进行修改和变型。这些修改和变型被认为在本公开和所附权利要求的范围内。本公开的保护范围由所附权利要求限定。

Claims (21)

1.一种用于测量的设备，包括：

第一单元，所述第一单元具有光输入端、光输出端和第一电输入端；

第二单元，所述第二单元具有输出端；以及

第三单元，所述第三单元具有输入端和输出端；

其中，

所述第一单元的所述第一电输入端被配置用于接收待测量的电信号；

所述第二单元被配置为生成具有预定功率的光信号，并且所述第二单元的输出端经由光纤耦合到所述第一单元的光输入端，以向所述第一单元提供所述光信号；

所述第一单元被配置为基于所述待测量的电信号调整所述光信号的功率，并且所述第一单元的所述光输出端经由光纤耦合到所述第三单元的的输入端，以向所述第三单元提供经调整的所述光信号；并且

所述第三单元被配置为生成与经调整的所述光信号对应的第一电输出信号，并且所述第三单元的输出端输出所述第一电输出信号，以用于测量所述待测量的电信号的电压或者电流，所述第一电输出信号是低电压电信号。

2.根据权利要求1所述的设备，其中：

所示第一单元包括可变光衰减器VOA；

所述第二单元包括第一激光二极管LD；以及

所述第三单元包括第一光电检测器PD。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述VOA处于高电压环境中，并且所述第一LD和所述第一PD处于低电压环境中。

4.根据权利要求1所述的设备，进一步包括：

第一确定单元，所述第一确定单元耦合到所述第三单元的输出端以接收所述第一电输出信号，并且被配置为基于所述第一电输出信号、所述预定功率、所述第一单元的响应函数和所述第三单元的响应函数来确定所述待测量的电信号的所述电压或者电流。

5.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的设备，进一步包括第四单元、第五单元、第六单元、第七单元、第八单元和第九单元；

其中：

所述第四单元具有第一输入端、第二输入端和输出端；

所述第五单元、第六单元、第八单元和第九单元分别具有各自的输入端和输出端；

所述第七单元具有输入端、第一输出端和第二输出端；以及其中：

所述第四单元的第一输入端被配置为接收具有预定的电压的电信号，所述第四单元的第二输入端耦合到所述第三单元的输出端以接收所述第一电输出信号；

所述第四单元被配置为生成所述具有预定的电压的电信号和所述第一电输出信号的差值信号，并且所述第四单元的输出端耦合到所述第五单元的输入端以向所述第五单元提供所述差值信号；

所述第五单元被配置为对所述差值信号进行比例-积分-微分处理，并且所述第五单元的输出端耦合到所述第六单元的输入端以向所述第六单元提供经过比例-积分-微分处理的差值信号；

所述第六单元被配置为通过使用比例-积分-微分处理的所述差值信号作为驱动信号来生成光反馈信号，并且所述第六单元的输出端经由光纤耦合到所述第七单元的输入端以向所述第七单元提供所述光反馈信号；

所述第七单元被配置为将所述光反馈信号分成具有第一功率的第一光输出信号和具有第二功率的第二光输出信号，所述第一功率和所述第二功率具有预定的比率；并且所述第七单元的第一输出端和第二输出端分别耦合到所述第八单元和所述第九单元的输入端以分别提供所述第一光输出信号和所述第二光输出信号；

所述第八单元被配置为将所述第一光输出信号转换为电反馈信号，并且所述第八单元的输出耦合到所述第一单元的第二电输入端以向所述第一单元提供所述电反馈信号；

所述第九单元被配置为将所述第二光输出信号转换为第二电输出信号，并且所述第九单元的输出端输出所述第二电输出信号，以用于测量所述待测量的电信号的电压或者电流；并且

其中所述第一单元被配置为基于所述待测量的电信号调整所述光信号的功率包括：所述第一单元被配置为基于来自其第一电输入端的待测量的电信号与来自所述第二电输入端的所述电反馈信号的差值来调整具有预定功率的所述光信号的功率，以生成经调整的所述光信号。

6.根据权利要求5所述的设备，其中：

所述第四单元包括加法器；

所述第五单元包括比例-积分-微分器PID；

所述第六单元包括第二激光二极管LD；

所述第七单元包括耦合器；以及

所述第八单元和所述第九单元分别包括第二PD和第三PD。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述第二PD和所述耦合器处于高电压环境中，并且所述第二LD、所述第三PD、所述加法器和所述PID处于低电压环境中。

8.根据权利要求5所述的设备，进一步包括：

第二确定单元，所述第二确定单元耦合到所述第九单元的输出端以接收所述第二电输出信号，并且被配置为基于所述第二电输出信号、所述预定的比率、所述第一单元的响应函数、所述第八单元的响应函数和所述第九单元的响应函数来确定所述待测量的电信号的所述电压或者电流。

9.根据权利要求1所述的设备，其中所述待测量的电信号包括从低功率电流转换器LPCT输出的经转换的高电压信号。

10.一种用于测量的方法，包括：

接收待测量的电信号；

生成具有预定功率的光信号；

基于所述待测量的电信号调整所述光信号的功率；以及

生成并输出与经调整的所述光信号对应的第一电输出信号，以用于测量所述待测量的电信号的电压或者电流，所述第一电输出信号是低电压电信号。

11.根据权利要求10所述的方法，

其中生成具有预定功率的光信号包括通过第一激光二极管LD来生成所述光信号；

其中基于所述待测量的电信号调整所述光信号的功率包括：通过将所述待测量的电信号和所述光信号输入到可变光衰减器VOA来获得经调整的所述光信号；以及

其中生成与经调整的所述光信号对应的第一电输出信号包括：通过第一光电检测器PD来生成与经调整的所述光信号对应的第一电输出信号。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述VOA处于高电压环境中，并且所述第一LD和所述第一PD处于低电压环境中。

13.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：

基于所述第一电输出信号、所述预定功率、所述第一单元的响应函数和所述第三单元的响应函数来确定所述待测量的电信号的所述电压或者电流。

14.根据权利要求10到13中任一权利要求所述的方法，进一步：

获得所述第一电输出信号和具有预定电压的电信号的差值信号；

对所述差值信号进行比例-积分-微分处理；

使用经处理的差值作为驱动信号来生成光反馈信号；

将所述光反馈信号分成具有第一功率的第一光输出信号和具有第二功率的第二光输出信号，其中所述第一功率和所述第二功率具有预定的比率；

将所述第一光输出信号转换为电反馈信号；

将所述第二光输出信号转换为第二电输出信号，

输出所述第二电输出信号，以用于测量所述待测量的电信号的所述电压或者电流；并且

其中基于所述待测量的电信号调整所述光信号的功率包括：基于所述待测量的电信号与所述电反馈信号的差值来调整具有预定功率的所述光信号的所述功率。

15.根据权利要求14所述的方法，

其中获得所述第一电输出信号和具有预定电压的电信号的差值信号包括：通过加法器来获得所述差值信号；

其中对所述差值信号进行比例-积分-微分处理包括：通过比例-积分-微分器PID来执行所述比例-积分-微分处理；

其中生成光反馈信号包括：通过第二激光二极管LD来生成所述光反馈信号；

其中将所述光反馈信号分成具有第一功率的第一光输出信号和具有第二功率的第二光输出信号包括：通过耦合器将所述光反馈信号分成所述第一光输出信号和所述第二光输出信号；

其中将所述第一光输出信号转换为电反馈信号包括：通过第二PD来将所述第一光输出信号转换为所述电反馈信号；

其中将所述第二光输出信号转换为第二电输出信号包括：通过第三PD来将所述第二光输出信号转换为所述第二电输出信号；并且

其中基于所述待测量的电信号与所述电反馈信号的差值来调整具有预定功率的所述光信号的所述功率包括：使用所述待测量的电信号与所述电反馈信号分别作为可变光衰减器VOA的正输入和负输入来获得经调整的光信号。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第二PD和所述耦合器处于高电压环境中，并且所述第二LD、所述第三PD、所述加法器和所述PID处于低电压环境中。

17.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：

基于所述第二电输出信号、所述预定的比率、所述VOA的响应函数、所述第二PD的响应函数和所述第三PD的响应函数来确定所述待测量的电信号的所述电压或者电流。

18.根据权利要求10所述的方法，其中所述待测量的电信号包括从低功率电流转换器LPCT输出的转换后的高电压信号。

19.根据权利要求10所述的方法，其中所述方法通过权利要求1到9中任一权利要求所述的设备来实施。

20.一种用于测量的设备，包括:

至少一个处理器，和

具有存储于其上的计算机程序代码的至少一个存储器，

所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置为，与所述至少一个处理器一起，使所述设备至少：

接收待测量的电信号；

生成具有预定功率的光信号；

基于所述待测量的电信号调整所述光信号的功率；

生成并输出与经调整的所述光信号对应的第一电输出信号，以用于测量所述待测量的电信号的电压或者电流。

21.一种具有实施于其上的计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序在至少一个处理器上被执行时促使根据权利要求10至19中任一项所述的方法被执行。

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