考虑温度特性的全光纤电流互感器实时动态仿真模型

利用电力系统实时数字仿真系统(real-time digital simulator,RTDS),研究并建立了全光纤电流互感器(fiber optical current transformer,FOCT)的实时动态仿真模型。通过对FOCT检测系统中偏差与反馈2部分的合理简化,建立了等效的数字闭环控制系统模型;根据不同温度下,光纤Verdet常数和l/4波片相位延迟的变化规律,以及探测器接收光强关于l/4波片参数的数学模型,将可变的温度参数引入到了模型中。通过仿真试验,找到了能够补偿温度误差的l/4波片初始相位延迟角的范围,证明了所建FOCT实时动态仿真模型是合理的,能够有效模拟FOCT的稳态温度特性,且暂态特性良好,可用于对FOCT性能的深入研究及智能变电站相关设备的测试。     

全光纤电流互感器PID控制算法研究

全光纤电流互感器（FOCT）克服了传统电磁式电流互感器在暂态响应方面的弱点,优化动态特性有助于提高全光纤电流互感器保护动作的快速性。全光纤电流互感器的检测电路的带宽限制了系统的闭环带宽。对于采用数字闭环方案的全光纤电流互感器,其带宽限制主要由闭环数字控制算法决定。通过理论分析、仿真及实验验证,表明在闭环控制算法中引入PID控制算法,有效提高了闭环带宽,为全光纤电流互感器在智能电网保护中的推广应用具有重要的意义。     

全光纤电流互感器动态特性实验研究

全光纤电流互感器(FOCT)克服了电磁式电流互感器在暂态响应方面的弱点,满足现代电力系统对电流值实时精确测量的需求。为保证挂网使用时系统动态特性稳定符合使用要求,对光纤电流互感器的动态特性进行实验研究。根据光纤电流互感器原理建立动态模型并推导出传递函数,评估FOCT的动态特性;进一步分析该动态模型中几个重要参数与闭环带宽的关系,通过实验验证了系统闭环带宽与延迟光缆长度成反比,与前向通道增益成正比。并且与影响前向通道增益的主要参数:增益调节系数、干涉光强、和采样点数同样成正比。为了光纤电流互感器在设计和实际使用中保证一定的动态性能,在延迟光缆长度的选取、对影响系统前向通道增益各参数的选择等方面,提供了理论基础和参考依据。     

全光纤电流互感器测量性能的优化分析与实验研究

建立了线性双折射对全光纤电流互感器(FOCT)测量性能影响的数学模型。该模型充分考虑光纤的固有线性双折射、弯致线性双折射和温致线性双折射,揭示了温度变化量、光纤弯曲半径及缠绕匝数是影响FOCT测量性能(包括准确度和灵敏度)的3个主要因素。具体表现为:温度变化量越大,FOCT的准确度和灵敏度越低;当光纤弯曲半径增大时,FOCT的准确度和灵敏度先减小后增大;光纤缠绕匝数越多,FOCT准确度越低,而灵敏度越高。基于上述理论分析,综合考虑FOCT的准确度和灵敏度,提出了具体的优化方法,并通过仿真对FOCT进行优化分析和计算。最后设计并搭建了FOCT实验平台,进行线性度、温度循环、准确度和灵敏度测试,并根据测试结果选取光纤最优弯曲半径和缠绕匝数,使其在温度波动时满足准确度和灵敏度要求。仿真与实验结果验证了理论分析的正确性。     

闭环全光纤电流互感器阶跃响应上升时间研究

应用于柔性直流输电工程的闭环全光纤电流互感器(FOCT)为满足工程应用,需使用长距离保偏光缆实现偏振光信号的远距离传输,对其阶跃响应上升时间的影响尚未论证。此处从工作原理及输出特性两个方面分析了闭环FOCT采用M阶滑动平均滤波器特性、阶跃响应上升时间,并进行了仿真及试验验证,结果表明:影响阶跃响应上升时间的关键因素为光路渡越时间和滑动平均滤波器阶数,滤波器积分时间与闭环FOCT阶跃响应上升时间正相关;增加300 m保偏光缆后闭环FOCT阶跃响应上升时间显著增加,通过控制滑动平均滤波器的积分时间可使闭环FOCT阶跃响应上升时间及测量性能与不增加长距离保偏光缆保持一致,解决了闭环FOCT增加保偏光缆引起阶跃响应上升时间增加的问题,满足柔性直流输电工程对其快速响应及特性稳定的需求。     

基于Allan方差理论的光纤电流互感器运行状态诊断

光纤电流互感器(FOCT)克服了传统电磁式电流互感器在暂态响应、绝缘等方面的弱点,满足现代电力工业对电流值实时精确测量的需求。为了确保电流互感器在准确测量电流参量的同时,具有低故障、高可靠性的特点,急需开展光纤电流互感器状态诊断技术研究。通过分析光纤电流互感器测量数据的时域及频域特征,建立关键部件物理特性与互感器数据特征之间的对应关系,构建基于Allan方差的光纤电流互感器状态诊断分析模型,根据Allan方差计算结果诊断互感器状态,并实现自身故障定位。仿真结果表明:基于Allan方差的状态诊断方法准确有效,可在无附加硬件设备、互感器不停电的条件下,实现光纤电流互感器的在线监测和状态诊断。     

全光纤电流互感器谐波传变特性研究

全光纤电流互感器(FOCT)理论上具有优异的谐波测量性能,但闭环控制系统以及数据处理方法限制了其测量带宽。分析了FOCT传递函数的组成,给出了系统幅频特性与相频特性的表达公式。结合电力谐波测量的要求,设计了FOCT系统主要参数并进行仿真。提出快速闭环、带宽稳定等关键技术,研制了高频测量FOCT样机。实验结果表明,在50 Hz~2 500 Hz谐波电流下,样机测量误差小于3.28%,满足电力系统电能品质测量的需求。研究结果为FOCT在电力领域宽频测量、谐波测量等应用提供参考意见。     

柔性直流光纤电流互感器阶跃响应特性研究

传统直流光纤电流互感器无法满足柔性直流输电工程的高速响应需求,因此需要研究直流光纤电流互感器的阶跃响应特性及其动态性能改善方法。文中结合直流光纤电流互感器的离散数学模型,对其动态特性进行了全面的仿真、计算和实验研究,结果表明：影响直流光纤电流互感器阶跃响应特性的关键参数是渡越时间、前向通道增益、滤波器阶数和通讯延迟。搭建了直流光纤电流互感器阶跃响应测试平台,经参数优化后的直流光纤电流互感器的阶跃响应上升时间小于50μs,满足相关应用要求。     

全光纤电流互感器的温度特性

全光纤电流互感器(FOCT)比差随温度漂移会引起FOCT准确度下降。为解决这一问题,首先阐述了温度波动对全光纤电流互感器影响的机理,并依据该机理分别建立了温度对线性双折射影响的数学模型和线性双折射对全光纤电流互感器影响的数学模型。进而推导出温度对全光纤电流互感器影响的数学模型,通过该数学模型量化研究了FOCT比差随温度漂移问题。得到了FOCT温度特性为:在试验温度范围即10~60℃内,比差与线性双折射相位差和温度都近似呈线性关系。进一步试验验证了FOCT比差与温度的近似线性关系,且基于该关系对互感器进行温度补偿,可使其精度满足0.2级的要求。     

全光纤电流互感器温度误差研究

温度是影响全光纤电流互感器(FOCT)输出稳定性和长期稳定运行的主要因素之一。针对FOCT的温度误差问题,根据光纤中的相位延迟,结合FOCT的反射式Sagnac光路结构的互易性,提出了FOCT的温度误差数学模型,指出FOCT的温度误差不仅与温度偏移量相关,还与温度在某温度下的变化率相关。通过试验和仿真对该FOCT温度误差数学模型进行验证:在试验温度范围中,温度的偏移量绝对值与比差绝对值近似线性相关,并且温度变化率较大时,比差绝对值也相对较大。最后,通过温度拟合曲线补偿,使FOCT温度误差满足0.2级准确度的要求。     

基于Matlab/Simulink的光纤电流互感器建模与闭环反馈控制仿真

基于干涉式光学传感原理与闭环反馈控制策略,建立光纤电流互感器的Matlab/Simulink模型,以及反馈相位以阶梯波累加至2π复位的方式施加到相位调制器上的闭环控制方法。在控制算法中引入相位超前校正网络,有效地改善了系统的动态跟踪能力。对测量结果的多点累加取平均输出的方法进行建模,分析其谐波电流采集能力。仿真结果表明,该模型及其辅助网络能准确反映光纤电流互感器的系统特性,对实际的产品开发与优化设计可起到积极作用。     

光学电流互感器的关键技术

通过对光学电流互感器(OCT)的2种主要类型磁光电流互感器(MOCT)和光纤电流互感器(FOCT)的原理介绍和详细分析,指出MOCT的光学传感头加工、测量受光功率波动的影响,分析了FOCT光纤器件的非理想偏振特性,以及光纤材料的Verdet常数的补偿等关键技术和存在问题.MOCT、FOCT共同存在小电流测量时信噪比较低的问题.     

全光纤电流互感器温度误差分析与温度误差补偿

全光纤电流互感器(FOCT)温度误差的主要来源是λ/4波片引起的温度误差和传感光纤维尔德常数引起的温度误差。通过综合分析环境温度对λ/4波片和维尔德常数的影响,推导出了总的温度误差与λ/4波片引起的温度误差和维尔德常数引起的温度误差之间的关系,利用曲线拟合的方法得到了λ/4波片相位延迟角初始值的合理取值为86°,搭建了FOCT温度误差测试系统对理论分析结果进行了试验验证。理论分析结果和试验测试结果都表明当λ/4波片的初始相位延迟角为86°时,在绝大部分温度变化范围内电流测量值的相对误差都小于0.2%的误差极限,实现了FOCT的温度误差补偿。     

光纤电流互感器的噪声分析与信噪比优化设计

光纤电流互感器(FOCT)易受到各类噪声的影响而导致其测量准确度下降,尤其是在一次电流较小时,因此提高其信噪比是FOCT的关键技术之一。通过全面分析FOCT的光信号噪声、信号检测噪声及外界环境引入的噪声源,给出了FOCT信噪比的计算方法,仿真了不同噪声对信噪比的影响,并在此基础上研制了样机。结果表明:通过提高探测器接收光功率、增加传感头敏感光纤圈数以及选择合适的闭环反馈相位调制偏置工作点等方法,可有效提高信噪比;以此为基础设计的FOCT样机,在额定电流为600 A时,可满足0.2S级要求,1%额定电流下信噪比高达30.2 d B,比差0.61%,相差12.39′。提出的信噪比优化设计方法,具有较大的实用价值,对FOCT的设计具有指导意义。     

全光纤电流互感器现场运行误差特性研究

为分析全光纤电流互感器(FOCT)的误差特性,建立了FOCT在线测试系统,采集FOCT现场运行数据,并与标准电流互感器所测数据进行对比,分析FOCT比差、角差随一次侧电流变化的误差特性。结果表明FOCT角差能够达到0.2S级测量精度,而比差却远不能满足精度要求。     

全光纤电流互感器传感机理建模分析

该文针对全光纤电流互感器测量精度受各种内外部因素影响的问题,建立全光纤电流互感器微元传感单元的分布参数模型,从本质上解释传感单元中线性双折射的产生机理,即极化率张量对角元不相等的作用结果;并结合光电转化的数学模型得到全光纤电流互感器的开环机理,提出提高全光纤电流互感器(fiber-optical current transformer,FOCT)测量精度的方法:采用新型传感材料或新型传感头结构及引入反馈信号构建闭环结构。采用COMSOL有限元数值分析方法,实现光场和磁场的耦合。分析双折射、被测电流、纤芯折射率、光纤的弯曲半径对测量结果的影响。研究表明,线性双折射是由传感材料的折射率变化引起,会降低测量灵敏度;同一双折射,在不同的外界条件(如被测电流)下,对测量结果的影响不同;对于不同的纤芯折射率,折射率越小,传输相同距离后,旋转角越大;微元传感单元中由弯曲半径引起的线性双折射较小,通常可采用分段补偿法,得到理想的Faraday旋转角;最后通过仿真分析与现有经典公式的比较,验证分布参数模型的有效性,为后续FOCT传感单元中的光场、磁场、温度场、应力场等复杂的多物理场耦合提供模型基础。     

全光纤电流互感器在直流输电工程中的运行维护

详细介绍FOCT(全光纤电流互感器)的工作原理,分析LED驱动电流、光源温度、最大输入光强等参数与不同故障之间的关系,结合多起故障实例验证各参数对FOCT测量结果的影响,并对换流站现场运行维护工作提出建议,为提高直流输电工程中FOCT安全可靠运行提供参考。     

基于正弦波调制的光纤电流互感器传感环误差分析

传感环由λ/4波片、传感光纤和反射镜组成,它是光纤电流互感器(fiber optical current transformer,FOCT)中最重要的传感部分,因此也是FOCT最主要的误差源之一。针对正弦波调制系统中的传感环做误差分析,引入比例因子来衡量误差对系统的影响。指出:λ/4波片的45°熔接误差和相位误差对比例因子的影响是余弦关系。对传感光纤引入的误差分析显示:传感光纤的圆双折射越大、线性双折射越小,对比例因子的影响越小。相关实验也与理论分析基本吻合。     

直流光纤电流互感器宽频测量特性

针对高压直流输电系统直流电流测量装置宽频测量的实际需求,结合国家标准要求,研究了直流光纤电流互感器的频率响应和阶跃响应特性及性能改善方法。考虑反馈延时、调制器驱动电路二阶频响特性及滑动平均输出滤波器的影响,建立了直流光纤电流互感器高阶离散域数学模型,分析了互感器的频率响应和阶跃响应特性,确定了闭环信号检测系统的前向增益和输出滤波器的阶数是影响互感器宽频测量性能的关键因素。通过仿真计算,优化配置前向增益和滤波器阶数,可在抑制超调的同时,提高互感器的宽频电流测量准确度及带宽。搭建了直流光纤电流互感器频率响应测试平台,提出了阶跃响应等效测试方法。实验结果表明样机的宽频测量性能可满足GB/T26216.1—2010的要求。     

全光纤电流互感器性能干扰因素分析及解决方案综述

在现代智能电网建设的发展背景下,全光纤电流互感器（FOCT）具有绝缘性能好、动态范围大、宽频响、数字化输出等优势,已经逐渐成为电力测量领域的关键设备。文中首先简单介绍FOCT的基本工作原理和反射式FOCT光路结构,紧接着阐述环境温度改变、外界振动干扰、光源功率波动等因素对FOCT系统运行精度、输出比差漂移等性能的影响。随后呈现一些现有的具体解决途径,包括采用螺旋高双折射光纤、玻片温度误差自补偿、额外线圈抵消振动干扰、直流分量提取补偿光源功率下降等措施。最后文中对FOCT技术发展给出总结和展望,希望对今后FOCT的实用化、智能化研究带来一定的指导意义。