比较式光学电流互感器的信号解调

长期稳定性是光学电流互感器(OCT)实用化的关键问题之一.比较式OCT在传统OCT的基础上,引入永磁体产生的恒定磁场作为参考磁场,通过将被测电流磁场与参考磁场相比较得到最终的电流测量结果,实现了对光学传感头的Verdet常数和线性双折射的同时补偿,使OCT的实用成为可能.针对新的传感头结构,设计了全新的双光源双输出信号解调方式以及基于此原理的信号解调系统.初步的线性度试验结果验证了该解调方式的正确性,同时也表明所设计的比较式OCT满足IEC标准规定的0.2级电子式电流互感器的精度要求.     

磁光式电流互感器模型与测量性能分析

对应用于智能变电站电能质量电流数据测量的磁光式电流互感器进行研究。实际情况下,工作波长波动、起偏器与检偏器透光轴交角误差对磁光式电流互感器测量造成影响,详细地论述了磁光式电流互感器数学模型构建的过程,建立了磁光式电流互感器传感头的琼斯矩阵,基于改进型双光路检测法建立了实际情况和理想条件下的磁光式电流互感器的整体模型。基于理想条件和实际情况,讨论了互感器对谐波电流扰动信号的测量性能。     

高压直流传变系统中一次电流传感器的实现

介绍了一种基于"分流器+光纤传输"技术的高压直流电流传变系统。与利用铁芯线圈电磁效应的传统直流测量系统原理不同,该系统利用分流器测量直流电流,在高压侧把测量信号转换为光信号,利用光纤将信号从高压侧传输到低压侧,既克服了传统测量暂态性、抗饱和能力较差的缺点,又很好地解决了高低压侧之间的信号隔离问题。由分流器、导电连接等元件组成的一次电流传感器是该系统的关键组件,由于分流器输出为极易受干扰的毫伏级电压信号,在分析了温升、集肤效应、膨胀应力和结构设计等因素对测量精度所造成的影响后,提出了一次电流传感器的实现方案。最后,通过建模仿真和试验验证了该方案设计合理,精度、温升等主要指标满足我国高压直流传变系统的需求。     

新型高压直流输电系统接入三相不平衡电网分析

新型高压直流输电系统接入三相电压不平衡电网时会遇到直流电容电压出现2倍工频纹波的问题,从而导致换流器性能下降,影响整个系统的正常运行。若只考虑基波电动势,使用对称分量法可以将不平衡电压分解成对称的正序和负序2部分,而这2部分平衡且相互独立。换流器d、q轴分量是直流正序分量与2次交流谐波的负序分量之和,参考在电压平衡情况下的数学模型,可以得到三相电压不平衡情况下电压源型换流器在两相同步旋转坐标系下的数学模型,这个数学模型包含正序和负序2个部分。由三相输入的复功率可知,有功功率包含2次余弦和正弦部分,通过正序电流和负序电流分别独立控制的双电流闭环控制方法使其为零,从理论上就可以消除直流电容电压的2次纹波。利用电力系统仿真软件Matlab/Simulink对系统进行仿真,结果表明,双电流闭环的控制方法可消除直流电压的纹波,保证了新型高压直流输电系统在电压不平衡的情况下仍然具有良好的性能。     

比较式光学电流互感器的分析设计与试验研究

缺乏长期稳定性是光学电流互感器走向实用化、实现大面积推广的主要阻碍,针对这一问题,提出一种新补偿方案--比较式光学电流互感器。它将光学测量法与比较测量法相结合,巧妙地实现了对线性双折射和Verdet常数这两个稳定性影响因子的同时补偿。设计了双输入双输出的解调方法及相应的传感头结构和信号处理单元。这种解调方法可以更好地克服光路及电路的不一致对测量结果的影响,提升互感器的整体性能。试验结果表明：比较式光学电流互感器的线性度可达到IEC 0.2级要求;在光学电流互感器适用的220 kV以上电压等级应用场合,比较式光学电流互感器具有较好的抗干扰性能;在50 ℃温度变化范围内,普通光学电流互感器的误差变化量高达16%,而比较式光学电流互感器的误差变化仅有1%,证实了基于比较法的补偿方案的有效性。     

基于Zigbee的新型直流泄漏电流测量终端的设计

针对现有变电站直流系统直流泄漏电流测量传感器需要现场布线,灵活性差等问题,研制了基于CC2530 IEEE 802.15.4/ZigBee片上资源的新型直流泄漏电流测量终端,并进行了测量精度和通信可靠性测试。其中电流传感模块基于霍尔磁平衡的穿芯式小电流传感器实现,主控单元模块基于CC2530实现测量信号的数字化、传输以及电源管理等功能。测试结果表明,研制的测量终端量程为0~20 m A,能有效分辨50μA的电流,室内环境有效通信距离可达50 m。     

光纤直流电流传感器中的V/F转换电路

为了提高供能激光器的寿命和可靠性,降低高压侧信号调制电路的功耗。在介绍用于高压直流输电线路中测量直流电流的光供电式光纤电流传感器的基本原理后,利用CMOS器件的超宽工作电压范围、超低工作电流和窄脉冲的特性,采用集成电路和分立元件(改进型电荷平衡式V/F转换器)设计了含温度补偿电路的低成本超低功耗V/F转换电路,该电路经测试,该电路的功耗<0.7mW,线性度约为0.05%。该V/F转换电路已成功应用在光供电式光纤电流传感器的高压侧调制电路中。     

多电平直流链电力电子变压器控制策略研究

多电平直流链电力电子变压器(PET)中间级子模块拓扑包括半桥和双有源桥两部分。直流链两端电路不同的结构和控制策略会造成直流链电压的波动和不稳定。传统控制策略需要大量电流传感器,并且控制链路上的低通滤波器影响了系统的动态响应。文中提出了一种多电平直流链PET的控制策略,由串并联功率模块中的半桥电路稳定直流链总输出电压,由双有源桥电路实现直流链不同模块之间的均压。同时,所提控制策略只需要中压直流端口连接电感处的一个电流传感器,所有功率模块均不使用电流传感器,节省了系统的成本。仿真结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

混合光学直流测量系统的应用

采用串行技术实现一次设备采集是近年电站建设领域的一项新技术,从天广直流工程的实践出发,介绍了西门子的混合光学直流测量系统的构造和特点,西门子的混合光学直流测量系统由传感头,就地变换器Optodyn,光信号接受装置Symadyn D/I03模块构成,就地变换器与光信号接收装置之间采用混合光缆连接,完全解决了一次设备与二次设备之间的电气绝缘问题。     

直线型、螺线管嵌套型及多光路反射式光纤电流传感器结构设计与仿真

小信号测量领域特别是局部放电检测中,全光纤电流传感器在灵敏度方面存在较大问题,针对该问题进行了研究。首先给出了光纤模型中Faraday旋光效应的经典理论解释,并对折射率表达式进行了修正,在此基础上设计了传统直线型、螺线管嵌套型和多光路反射式等3种光纤电流传感器结构。然后使用COMSOL多模场耦合仿真软件对所设计的3种光纤传感系统的传输场进行了计算仿真和对比分析,结果表明螺线管嵌套型全光纤电流传感器和多光路反射式光纤电流传感器的灵敏度分别比传统直线型光纤电流传感器高1 000倍和600倍以上。最后对所设计的2种新型传感器性能关系进行了分析,结果表明螺线管嵌套型光纤电流传感器加工精度要求不高,传感光纤的安装位置对测试结果影响不大;多光路反射式光纤电流传感器加工精度要求很高,传感头的安装位置对测试结果影响不大。综上所述2种新型传感器均使灵敏度得到极大改善,且在实验测试中即使传感头位置变化对测试结果也影响不大。未来将依据所设计的系统对传感器的潜在应用进行进一步的实验研究。     

电力系统中光电电流互感器研究

电力系统中光电电流测量技术是国内外研究的热点和难点,光电电流互感器是未来电力工业电流测量发展的趋势。文中基于传统的电流互感器,利用数字调制和光功率推动技术,对有源光电电流互感器进行了研究;基于法拉第效应,利用相位补偿和传感头组装技术,研制了块状玻璃式无源光电电流互感器,同时还讨论了几种光电电流互感器的发展状况。     

Comparison of signal processing schemes used in optical current transformers

The fundamental functions of the signal processing circuits used in optical current sensing systems are: measuring the quantities of the Faraday rotation, compensating the fluctuations of optical intensity caused by the optical sources, band-pass filtering the signals to enhance the signal-to-noise ratio of the system outputs, and amplifying the signals to the assigned voltages. The properties of three conventional signal processing schemes utilized in optical current sensing systems are compared and the experimental results are given, which may provide a basis for the choice of signal processing circuit of the optical current sensing systems.     

光路结构参数对光学电流互感器运行稳定性的影响

基于法拉第磁光效应原理的光学电流互感器存在运行稳定性差的问题,其主要表现为直流工作光强的逐步衰竭。文章分析了闭合光路与直通光路光学电流传感头的结构特点,从光路耦合效率的角度讨论了光学电流传感头光程长度引起的光路耦合损耗对直流工作光强的影响,从理论上论证了直通光路结构具有更好的温度稳定性。文章最后介绍了直流光路结构的应用,提出采用直通光路的螺线管聚磁光路结构具有测量灵敏度高、抗外界电磁干扰能力强、结构简单稳定等优点,具有很好的实用化前景。     

双波段、双通道对接系统测距误差补偿方法研究

为了完成空间航天对接任务,针对复杂光照条件下的对接孔位置测量问题,设计了一种双波段、双通道测距系统,并对其测距误差补偿方法进行了研究。在介绍了系统测距及误差补偿原理后,根据可见、近红外和双目的测距特点及误差分析结果,利用神经网络对双波段数据进行融合补偿处理,实现弱光照、强光照及无光照条件下的对接孔位置测量。通过实验测试,结果表明在0～10 m的测量范围内,正常光照条件下系统的相对测量误差基本在1%以内,弱光条件下相对测量误差基本在2%以内,相较于单目测距和双目测距分别提升了8%～9%和4%～5%。较好地实现了在不同光照条件下进行较高精度测距的功能。     

输电线路光差动保护初探

全光纤电流互感器是通过Faraday磁光效应测量载流导体中电流,不存在磁饱和、测量范围广、线性度好。由于载流导体中电流磁场效应可以叠加,可将输电线路差动电流测量转换为利用光学器件在光路层面直接进行Faraday磁光效应偏转角的运算,不需要繁复的对时就可直接获得线路两端电流差值,在此基础上构成光差动保护。在PSCAD中搭建光差动保护模型,仿真结果表明光差动保护测量差流能够反映实际差流变化情况,采用固定门槛值的光差动保护对区内故障具有较高的灵敏度,在区外故障时具有一定的可靠性。     

Phase drift compensation for electric current sensor employing atwisted fiber or a spun highly birefringent fiber

We propose a simple, passive signal-processing scheme to compensate for arbitrary phase shift in a Faraday-effect current sensor employing a twisted fiber or a spun highly birefringent fiber. The scheme is based on processing the AC and DC components of the received signals with four detectors in a complementary manner to derive a stable signal that depends only on the Faraday rotation. The effectiveness of the scheme has been demonstrated with an experimental sensor for both twisted and spun highly birefringent fibers     

表面等离子共振传感系统控制电路的设计

根据Kretschmann型表面等离子共振传感系统的需要进行设计,实现基于C51单片机,包括上位机、4×4键盘和1602液晶功能等多种用户交互方式的硬件控制系统。使用C语言编写单片机控制程序,实现键盘和液晶显示操作控制功能,并操作步进电机进而控制传感器入射光角度,还通过串口转RS485控制泵和阀进而精确控制样品的注入。上位机上编写了与单片机通信的Labview串口通信程序,单片机接收处理指令,实现了上位机上的传感器入射光角度控制。提供了全面易用的表面等离子共振传感器系统功能。     

一种混合式光学电流互感器的设计

介绍了一种混合式光学电流互感器,它包含两个传感输出通道:传统采样电流传感通道和块状光学玻璃传感通道。利用采样电流传感器的高精度稳态输出对光学玻璃传感头进行跟踪系数校正,有效地提高了整个混合式光学电流互感器的稳态精度和暂态精度。本设计使得光学电流互感器的频带宽、无磁饱和等一系列优点得到充分发挥,同时具有的双输出通道也是对电力系统保护的一种冗余设计,为目前光学电流互感器的实用化提供了一种全新的思路。     

Linearization of chromatic change in a polychromatic current transformer

A novel electric current measurement device is described. The device uses the magnetooptic Faraday effect although it differs from existing devices in its use of chromatic modulation. The modulation method involves measurement of the variation of chromaticity produced in a Faraday sensor illuminated by a beam of polychromatic light in the direction of the applied magnetic field; the novel technique of wavelength encoding has been used as a method to extend and linearize the range of the sensor. A sensitivity of 0.26 A//spl radic/(Hz) is obtained for a line current of 3.75 kA rms. It is demonstrated that analyzer angle relative to the polarizer may be used to vary sensitivity and dynamic range. A full analysis of the effects of encoder length and analyzer angle is presented and the optimal length of encoder and analyzer angle are predicted. The effect of employing multiple reflections on sensitivity is calculated. Test data from the sensor are compared with experimental and theoretical results.