CN112415462A - 一种用于监测光纤电流互感器标度因数的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于监测光纤电流互感器标度因数的系统及方法，属于光纤电流互感器技术领域。本发明方法，包括：驱动模块，所述驱动模块用于驱动光路模块运行；信号处理模块，所述信号处理模块输出电压调制信号，接收光路模块采集的光纤电流互感器的光源中心波长和光功率，根据光源中心波长和光功率确定电流互感器的标度因数；光路模块，所述光路模块运行后，接收电压调制信号，根据电压调制信号对光纤电流互感器进行在线监测，采集光纤电流互感器的光源中心波长和光功率。本发明实现了光纤电流互感器光源中心波长和输出光功率的在线监测功能，并消除了光源光功率衰减对光纤电流互感器测量的不稳定性影响，提高互感器长期运行可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及光纤电流互感器技术领域，并且更具体地，涉及一种用于监测光纤电流互感器标度因数的系统及方法。
背景技术
光纤电流互感器(Fiber Optical Current Transformer,FOCT)的基本原理是基于Faraday磁光效应，属于电子式电流互感器，其输出结果作为监视、评判电力系统运行状态的重要数据来源。依据电子式电流互感器国标规定，比值误差(比差)及相位误差(相差)是评价FOCT测量精准度的两项重要指标。而标度因数是FOCT输出与输入的比值，其稳定性更是表征互感器测量准确度的最主要指标。
在FOCT的长期运行过程中，由于半导体光源的固有属性，光源光功率会发生持续衰减，并在衰减过程中伴随着中心波长的漂移，而中心波长漂移是引起FOCT标度因数在长期运行过程中发生变化的主要原因。
现阶段FOCT中状态监测的主要对象是光路光功率，通常可在光源后级耦合器的监测端处增加一路光电探测器，或直接通过FOCT光路中返回到系统主探测器的光功率来进行判断，而对FOCT中光源中心波长的监测则没有现存方案。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种用于监测光纤电流互感器标度因数的系统，包括：
驱动模块，所述驱动模块用于驱动光路模块运行；
信号处理模块，所述信号处理模块输出电压调制信号，根据状态探测器的输出电压信号推算光纤电流互感器的光源中心波长和光功率，根据光源中心波长和光功率确定电流互感器的标度因数；
光路模块，所述光路模块运行后，接收电压调制信号，根据电压调制信号对光纤电流互感器进行在线监测。
可选的，系统还包括，电源模块，所述电源模块为所述系统提供电源。
可选的，系统还包括：上位机模块，所述上位机模块接收信号处理模块确定的光源中心波长和光功率，对所述光源中心波长和光功率进行在线监测。
可选的，光路模块，包括：
宽带光源、所述宽带光源生成并发出光信号；
耦合器、所述耦合器将宽带光源发出的光信号分为两路光信号进行输出；
起偏器、所述起偏器接收耦合器发出的一路光信号生成线偏光；
相位调制器，所述相位调制器接收线偏光并对线偏光进行调制；
延时环、所述延时环对调制后的线偏光延时传输，输出两束相互垂直的线偏振光；
波片、所述波片接收两束相互垂直的线偏振光，将两束相互垂直的线偏振光其中一束转换为左旋偏振光，将另一束转换成右旋偏振光；
光纤传感环、所述光纤传感器接接收左旋偏振光及右旋偏振光，将所述左旋偏振光及右旋偏振光在电流的作用下产生相反方向的干涉光信号返回主探测器；
波分复用器、所述波分复用器接收所述耦合器输出的一路光信号，对光信号进行分束，传输至状态探测器；
状态探测器，所述状态探测器接收所述波分复用器分束后的光信号，将其转换为电信号，被信号处理模块采集；
主探测器，所述主探测器接收光纤传感环的干涉光信号，将干涉光信号转换为电压信号，根据电压信号确定光功率。
可选的，状态探测器包括多个，所述状态探测器的个数与波分复用器对光信号分束数一致。
可选的，耦合器为2×2耦合器。
可选的，电压调制信号包括：方波和锯齿波电压调制信号。
本发明还提出了一种用于监测光纤电流互感器标度因数的方法，包括：
控制驱动模块驱动光路模块运行；
控制信号处理模块输出电压调制信号；
控制光路模块接收电压调制信号，根据电压调制信号对光纤电流互感器进行在线监测，采集光纤电流互感器的光源中心波长和光功率；
控制信号处理模块，采集状态探测器的输出电压信号，根据采集到的电压信号分布规律进行数据拟合，推算出光纤电流互感器的光源中心波长和光功率，根据光源中心波长和光功率确定电流互感器的标度因数；
可选的，电压调制信号包括：方波和锯齿波电压调制信号。
本发明实现了光纤电流互感器光源中心波长和输出光功率的在线监测功能，并消除了光源光功率衰减对光纤电流互感器测量的不稳定性影响，提高互感器长期运行可靠性。
附图说明
图1为本发明一种用于监测光纤电流互感器标度因数的系统的结构图；
图2为本发明一种用于监测光纤电流互感器标度因数的系统的光路模块结构图；
图3为本发明一种用于监测光纤电流互感器标度因数的系统的中心波长和光功率对比曲线图；
图4为本发明一种用于监测光纤电流互感器标度因数的方法流程图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
本发明提出了一种用于监测光纤电流互感器标度因数的系统，如图1所示，包括：
驱动模块，所述驱动模块用于驱动光路模块运行；
信号处理模块，所述信号处理模块输出电压调制信号，采集状态探测器的输出电压信号，根据采集到的电压信号分布规律进行数据拟合，推算出光纤电流互感器的光源中心波长和光功率，根据光源中心波长和光功率确定电流互感器的标度因数；
光路模块，所述光路模块运行后，接收电压调制信号，根据电压调制信号对光纤电流互感器进行在线监测。
电源模块，电源模块为所述系统提供电源。
上位机模块，所述上位机模块接收信号处理模块确定的光源中心波长和光功率，对所述光源中心波长和光功率进行在线监测。
光路模块，如图2所示，包括：
宽带光源、所述宽带光源生成并发出光信号；
耦合器、所述耦合器将宽带光源发出的光信号分为两路光信号进行输出；
起偏器、所述起偏器接收耦合器发出的一路光信号生成线偏光；
相位调制器，所述相位调制器接收线偏光并对线偏光进行调制；
延时环、所述延时环对调制后的线偏光延时传输，输出两束相互垂直的线偏振光；
波片、所述波片接收两束相互垂直的线偏振光，将两束相互垂直的线偏振光其中一束转换为左旋偏振光，将另一束转换成右旋偏振光；
光纤传感环、所述光纤传感器接接收左旋偏振光及右旋偏振光，将所述左旋偏振光及右旋偏振光在电流的作用下产生相反方向的干涉光信号返回主探测器；
波分复用器、所述波分复用器接收所述耦合器输出的一路光信号，对光信号进行分束，传输至状态探测器；
状态探测器，所述状态探测器接收所述波分复用器分束后的光信号，将其转换为电信号，被信号处理模块采集；
主探测器，所述主探测器接收光纤传感环的干涉光信号，将干涉光信号转换为电压信号，根据电压信号确定光功率。
具体如下：
如图2所示，在光路模块中，宽带光源发出的光经2×2耦合器后分成两路；
耦合器端口一输出的1/2光束经起偏器后形为线偏光，该线偏光经45°熔接正交分解为两束相互垂直的线偏光，分别注入保偏光纤的快轴和慢轴中进行传输，经相位调制器的调制作用与延时光纤的传输，使得两束相互垂直的线偏振光进入1/4波片，形成左旋偏振光和右旋偏振光进入传感光纤环，两束圆偏光在电流的作用下产生相反方向的相移返回主探测器，将光路中的电流引起的干涉光信号转变为模拟电信号，该模拟电信号经信号处理系统模块Ⅱ滤波和前置放大器后进行A/D转换实现数字信号的解调，实现电流信号的检测与输出，并通过对应的通信协议输出到上位机进行显示；
耦合器端口二输出的1/2光束，经波分复用器分束后得到的各光束进入状态探测器1、状态探测器2、……、状态探测器k，由于光纤电流互感器的光源器件通常采用宽谱光源，波分复用器将耦合器监测端的光功率分成k束，这k束光信号可看作是对宽谱光信号的频谱分割，因此这1～k束光信号的功率之和反映了耦合器监测端的光功率，1～k束光信号的功率分布则可体现耦合器端输出光信号的中心波长。
如图3所示，假定状态探测器探测到的光功率序列为P[k]，则∑P[k]可用于表征光源输出光功率的变化，P[k]中各功率相比于某个初始值的比值序列可用于估算中心波长。通过对全部状态探测器的光功率监测即可实现对光源光功率和中心波长的长期在线监测，并进一步利用监测结果做自诊断分析。
状态探测器1～k经起信号处理采集单元获取SLD光源光功率衰减幅值，并根据预先拟合函数求得光功率变化引起的标度因数变化幅值，并将变化系数作用在主探测器信号处理单元，对光纤电流互感器标度因数进行修正，修正后结果作为互感器的最终输出，实是在长期运行过程中标度因数的在线监测和修正。
状态探测器包括多个，所述状态探测器的个数与波分复用器对光信号分束数一致。
耦合器为2×2耦合器。
电压调制信号包括：方波和锯齿波电压调制信号。
本发明还提出了一种用于监测光纤电流互感器标度因数的方法，如图4所示，包括：
控制驱动模块驱动光路模块运行；
控制信号处理模块输出电压调制信号，
控制光路模块接收电压调制信号，根据电压调制信号对光纤电流互感器进行在线监测，采集光纤电流互感器的光源中心波长和光功率
控制信号处理模块，接收光路模块采集的光纤电流互感器的光源中心波长和光功率，根据光源中心波长和光功率确定电流互感器的标度因数；
电压调制信号包括：方波和锯齿波电压调制信号。
本发明实现了光纤电流互感器光源中心波长和输出光功率的在线监测和自我诊断，并根据自诊断测试结果，实现标度因数的在线监测与自修正，消除光源光功率衰减对光纤电流互感器测量的不稳定性影响，提高互感器长期运行可靠性。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种用于监测光纤电流互感器标度因数的系统，所述系统包括：
驱动模块，所述驱动模块用于驱动光路模块运行；
信号处理模块，所述信号处理模块输出电压调制信号，接收光路模块采集的光纤电流互感器的光源中心波长和光功率，根据光源中心波长和光功率确定电流互感器的标度因数；
光路模块，所述光路模块运行后，接收电压调制信号，根据电压调制信号对光纤电流互感器进行在线监测，采集光纤电流互感器的光源中心波长和光功率。
2.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括，电源模块，所述电源模块为所述系统提供电源。
3.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括：上位机模块，所述上位机模块接收信号处理模块确定的光源中心波长和光功率，对所述光源中心波长和光功率进行在线监测。
4.根据权利要求1所述的系统，所述光路模块，包括：
宽带光源、所述宽带光源生成并发出光信号；
耦合器、所述耦合器将宽带光源发出的光信号分为两路光信号进行输出；
起偏器、所述起偏器接收耦合器发出的一路光信号生成线偏光；
相位调制器，所述相位调制器接收线偏光并对线偏光进行调制；
延时环、所述延时环对调制后的线偏光延时传输，输出两束相互垂直的线偏振光；
波片、所述波片接收两束相互垂直的线偏振光，将两束相互垂直的线偏振光其中一束转换为左旋偏振光，将另一束转换成右旋偏振光；
光纤传感环、所述光纤传感器接接收左旋偏振光及右旋偏振光，将所述左旋偏振光及右旋偏振光在电流的作用下产生相反方向的干涉光信号返回主探测器；
波分复用器、所述波分复用器接收所述耦合器输出的一路光信号，对光信号进行分束，传输至状态探测器；
状态探测器，所述状态探测器接收所述波分复用器分束后的光信号，将其转换为电信号，被信号处理模块采集；
主探测器，所述主探测器接收光纤传感环的干涉光信号，将干涉光信号转换为电压信号，根据电压信号确定光功率。
5.根据权利要求4所述的系统，所述状态探测器包括多个，所述状态探测器的个数与波分复用器对光信号分束数一致。
6.根据权利要求4所述的系统，所述耦合器为2×2耦合器。
7.根据权利要求4所述的系统，所述电压调制信号包括：方波和锯齿波电压调制信号。
8.一种用于监测光纤电流互感器标度因数的方法，所述方法包括：
控制驱动模块驱动光路模块运行；
控制信号处理模块输出电压调制信号；
控制光路模块接收电压调制信号，根据电压调制信号对光纤电流互感器进行在线监测，采集状态探测器的输出电压信号，根据采集到的电压信号分布规律进行数据拟合，推算出光纤电流互感器的光源中心波长和光功率
控制信号处理模块，根据光源中心波长和光功率确定电流互感器的标度因数。
9.根据权利要求8所述的方法，所述电压调制信号包括：方波和锯齿波电压调制信号。
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