CN115963443B - 一种全光纤电流互感器异常处理方法及系统 - Google Patents

一种全光纤电流互感器异常处理方法及系统 Download PDF

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CN115963443B CN202310234308.1A CN202310234308A CN115963443B CN 115963443 B CN115963443 B CN 115963443B CN 202310234308 A CN202310234308 A CN 202310234308A CN 115963443 B CN115963443 B CN 115963443B
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    • Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics

Abstract

本发明公开一种全光纤电流互感器异常处理方法及系统，方法包括：获取一次谐波、二次谐波、四次谐波；根据二次谐波与四次谐波的比值计算得到调制深度值；根据预设补偿值对所述调制深度值进行动态补偿，并计算动态补偿后的二次谐波与四次谐波的比值，以及动态补偿后的一次谐波与二次谐波的比值；在所述调制深度动态补偿的小范围变化区间内，拟合二次谐波与四次谐波的比值与一次谐波与二次谐波的比值的函数关系；在未触发报警且二次谐波与四次谐波的比值的变化率不小于预设变化阈值时，根据所述函数关系计算一次谐波与二次谐波的比值，并计算输出电流。有效解决了调制回路调制电压突变造成全光纤电流互感器在未触发报警输出电流异常问题。

Description

一种全光纤电流互感器异常处理方法及系统
技术领域
本发明属于电流互感器检测技术领域，尤其涉及一种全光纤电流互感器异常处理方法及系统。
背景技术
全光纤电流互感器因其测量灵敏度高、不存在绝缘问题，在我国得到广泛应用。然而，由于环境和人工因素，其光纤传感环和相位调制器中的电子器件会出现老化和焊点虚焊等问题，从而导致全光纤电流互感器调制电压突变引起调制深度发生变化，还未触发报警时造成异常电流输出，使得直流保护误动。目前全光纤电流互感器70%来源于进口。现有关于全光纤电流互感器的研究主要集中在全光纤电流互感器异常表现形式，对告警机制缺乏研究。
现有技术中，当相位调制器两端的补偿电容虚焊等故障时，会导致实际调制电压幅值降低并伴随有明显的暂态过程，调制深度偏移后导致解算后的电流误差过大，造成直流差动保护误动作，因此，研究全光纤电流互感器的故障机理及提出应对策略迫在眉睫。
发明内容
本发明提供一种全光纤电流互感器异常处理方法，用于解决调制深度偏移后导致解算后的电流误差过大，造成直流差动保护误动作的技术问题。
第一方面，本发明提供一种全光纤电流互感器异常处理方法，包括：对上电初始化后的全光纤电流互感器进行信号解调，得到一次谐波
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第二方面，本发明提供一种全光纤电流互感器异常处理系统，包括：解调模块，配置为对上电初始化后的全光纤电流互感器进行信号解调，得到一次谐波
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第三方面，提供一种电子设备，其包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例的全光纤电流互感器异常处理方法的步骤。
第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序指令被处理器执行时，使所述处理器执行本发明任一实施例的全光纤电流互感器异常处理方法的步骤。
本申请的一种全光纤电流互感器异常处理方法，在全光纤电流互感器调制深度波动时通过干涉光强信息的二次谐波与四次谐波的比值快速跟踪干涉光强信息的一次谐波与二次谐波的比值，从而能够更精确的计算暂态过程中的直流电流，有效解决了调制回路调制电压突变造成全光纤电流互感器在未触发报警输出电流异常问题，避免了直流控制保护误动。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的一种全光纤电流互感器异常处理方法的流程图；
图2为本发明一实施例提供的一种全光纤电流互感器异常处理系统的结构框图；
图3是本发明一实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明中，全光纤电流互感器属于无源电子式电流互感器，基于Faraday磁旋光效应，通过探测器实时测量偏振光在磁场中的相位变化，经过信号处理系统对光信号的调制与解调获取与非互易相位差成比例关系的被测电流信息。
全光纤电流互感器中光电探测器的干涉光强公式为：
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，（1）
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为传感光纤的Verdet常数，I为输出电流。由式（1）可知，输出光强不能反映Faraday相移的符号以及余弦函数在零相位处一阶导数为零的特点，使得电流输出信号不具有区分电流方向且检测灵敏度低的两个缺点。所以，需要通过相位调制器对两束线偏振光进行相位调制将系统工作点偏移到其它位置，从而实现双向全范围的精确测量。我们假设在这里采用正弦波调制方式。一般情况下，光的相位与所施加的调制电压成线性关系，因此在正弦波调制的电压作用下，相位与调制电压的关系如式（2）所示：
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，（2）
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为调制系数。此时光电探测器的干涉光强表达式为：
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，（3）
对于同一束偏振光而言偏振光束在保偏光纤延迟线和传感头中传输，经过延迟时间
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后返回相位调制器时，则该束偏振光前后受到相位调制的综合效果即调制深度函数为
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正弦波调制时，式（2）中的调制电压U可表示为
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，（4）
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、/>
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分别为调制电压的幅度和调制电压的角频率，反应在相位调制可得：
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，（5）
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、延迟时间/>
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皆是设计参数为固定值，故可设调制回路的调制深度/>
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，调制深度与调制电压依旧成线性关系，正常运行时调制深度为固定值。将式（5）代入式（3）可得光电探测器的干涉光强公式：
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，（6）
据式（6）可知光电探测器的干涉光强由光源光强、调制深度以及输出电流三个因数的影响，为了消除光源光强以及调制深度对输出电流解算过程的影响对式（6）进行贝塞尔展开，可以获得光电探测器的干涉光强的各次谐波公式，其中，一次谐波
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、二次谐波
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、四次谐波/>
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的表达式分别为：
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，（7）
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所对应的四阶贝塞尔函数。由于法拉第相位移一般很小所以其余弦值远大于正弦值，为了提高解算的灵敏度同时消除光源光强以及调制深度的影响，取/>
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，（11）
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为二次谐波
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与四次谐波/>
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的比值；
为了加快计算速度、解算方便，在小角度时采用角度近似公式4NVI ≈ tan(4NVI)。同时据式（11）可知光电探测器的干涉光强的二次谐波与四次谐波的比值即为二阶贝塞尔函数与四阶贝塞尔函数的比值
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，电子单元通过监视/>
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值闭环调节调制电压值控制调制深度/>
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=1，从而获得最终电流解算公式：
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，（12）
即全光纤电流互感器正常运行时，通过解调后的一次谐波
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、二次谐波/>
Figure SMS_159
计算直流电流的大小。
在触发全光纤电流互感器报警后，会发出报警信号，将电流输出置为无效，输出值为0。
但是，在具体应用场景中，全光纤电流互感器输出异常电流的主要原因是调制电压变化导致调制深度变化，导致
Figure SMS_160
不等于1，采用式（12）计算的直流电流不准确。为了解决调制回路异常导致FOCT输出异常电流的问题，本发明提出一一种基于调制深度实时动态补偿的全光纤电流互感器异常处理方法，在调制电压发生变化的暂态过程中，通过快速等效计算/>
Figure SMS_161
，更为精确的计算直流电流值。
请参阅图1，其示出了本申请的一种全光纤电流互感器异常处理方法的流程图。
如图1所示，全光纤电流互感器异常处理方法具体包括以下步骤：
步骤S101，对上电初始化后的全光纤电流互感器进行信号解调，得到一次谐波
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、二次谐波/>
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、四次谐波/>
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。
步骤S102，根据二次谐波
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在本实施例中，计算所述调制深度值
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为调制深度值，i为从0到无穷大。
步骤S103，根据预设补偿值对所述调制深度值
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进行动态补偿，并计算动态补偿后的二次谐波/>
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在本实施例中，对所述调制深度值
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，
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，
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，
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后的二次谐波/>
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后所对应的四阶贝塞尔函数；
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，
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后所对应的一阶贝塞尔函数。
步骤S104，在所述调制深度值
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的比值求解所述函数关系中的参数。
在本实施例中，所述函数关系的表达式为：
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，
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。
步骤S105，判断所述全光纤电流互感器是否触发报警，且判断二次谐波
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在本实施例中，二次谐波
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与四次谐波/>
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具体地，若触发报警，则将所述全光纤电流互感器的输出电流置为无效，输出电流I为0。
若未触发报警且二次谐波
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，
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步骤S106，若未触发报警且二次谐波
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进一步地，在触发报警或者延时T毫秒后退出异常处理逻辑，按照步骤S105计算输出电流I。
综上，本申请的方法，在全光纤电流互感器调制深度波动时通过
Figure SMS_318
快速跟踪/>
Figure SMS_319
，从而能够更精确的计算暂态过程中的直流电流，有效解决了调制回路调制电压突变造成全光纤电流互感器在未触发报警输出电流异常问题，避免了直流控制保护误动。
请参阅图2，其示出了本申请的一种全光纤电流互感器异常处理系统的结构框图。
如图2所示，全光纤电流互感器异常处理系统200，包括解调模块210、第一计算模块220、补偿模块230、拟合模块240、判断模块250以及第二计算模块260。
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应当理解，图2中记载的诸模块与参考图1中描述的方法中的各个步骤相对应。由此，上文针对方法描述的操作和特征以及相应的技术效果同样适用于图2中的诸模块，在此不再赘述。
在另一些实施例中，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序指令被处理器执行时，使所述处理器执行上述任意方法实施例中的全光纤电流互感器异常处理方法；
作为一种实施方式，本发明的计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令设置为：
对上电初始化后的全光纤电流互感器进行信号解调，得到一次谐波
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计算输出电流I。
计算机可读存储介质可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据全光纤电流互感器异常处理系统的使用所创建的数据等。此外，计算机可读存储介质可以包括高速随机存取存储器，还可以包括存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，计算机可读存储介质可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至全光纤电流互感器异常处理系统。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
图3是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图，如图3所示，该设备包括：一个处理器310以及存储器320。电子设备还可以包括：输入装置330和输出装置340。处理器310、存储器320、输入装置330和输出装置340可以通过总线或者其他方式连接，图3中以通过总线连接为例。存储器320为上述的计算机可读存储介质。处理器310通过运行存储在存储器320中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例全光纤电流互感器异常处理方法。输入装置330可接收输入的数字或字符信息，以及产生与全光纤电流互感器异常处理系统的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置340可包括显示屏等显示设备。
上述电子设备可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。
作为一种实施方式，上述电子设备应用于全光纤电流互感器异常处理系统中，用于客户端，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够：
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通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种全光纤电流互感器异常处理方法，其特征在于，包括：
对上电初始化后的全光纤电流互感器进行信号解调，得到一次谐波
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3.根据权利要求1所述的一种全光纤电流互感器异常处理方法，其特征在于，其中，求解得到的所述函数关系中参数
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4.根据权利要求1所述的一种全光纤电流互感器异常处理方法，其特征在于，其中，基于一次谐波
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5.根据权利要求1所述的一种全光纤电流互感器异常处理方法，其特征在于，在判断所述全光纤电流互感器是否触发报警，且判断二次谐波
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的变化率是否小于预设变化阈值之后，所述方法还包括：
若触发报警，则将所述全光纤电流互感器的输出电流置为无效，输出电流I为0。
6.根据权利要求1所述的一种全光纤电流互感器异常处理方法，其特征在于，在判断所述全光纤电流互感器是否触发报警，且判断二次谐波
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为传感光纤的Verdet常数。
7.一种全光纤电流互感器异常处理系统，其特征在于，包括：
解调模块，配置为对上电初始化后的全光纤电流互感器进行信号解调，得到一次谐波
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8.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至6任一项所述的方法。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现权利要求1至6任一项所述的方法。
CN202310234308.1A 2023-03-13 2023-03-13 一种全光纤电流互感器异常处理方法及系统 Active CN115963443B (zh)

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