利用模间干涉原理的电压互感器仿真

为了满足电力工业发展对高压电压互感器的要求,设计一种新型的光纤电压互感器成为国内外的研究热点,故在理论分析光纤内光模场分布特点后用MATLAB仿真研究了光纤的模间干涉现象,给出了理想情况下LP01模和LPe1v1en模之间干涉光强的分布与光纤轴向长度变化之间的关系;在分析了石英晶体的压电特性基础上,提出了一种采用石英晶体逆压电效应和椭圆芯保偏光纤模间干涉原理的电压互感器设计方案,给出了相应的数学模型;通过仿真研究,得到了该方案的线性测量范围及调节方法。该设计方案光路结构简单,抗干扰能力强,是光学电压互感器设计的一种新思路。     

基于逆压电效应和模间干涉的电压互感器设计

随着现代高压电力输送系统的发展,传统的电磁式和电容分压式互感器已暴露出越来越多的缺点。光学电压互感器具有体积小、重量轻、频带宽、动态范围大、抗电磁干扰以及良好的绝缘性等优点,已经得到人们的广泛重视。通过数值仿真,对椭圆芯保偏光纤模间干涉强度分布与模间相位差之间的关系进行计算分析并给出三维图,在此基础上设计了一种基于石英晶体逆压电效应和椭圆芯保偏光纤模间干涉原理实现的电压互感器。用有限元法对互感器传感头中的电场分布进行仿真计算,分析了金属电极的形状、尺寸等参数对传感头内电场分布的影响,对传感头进行了优化设计。通过试验对设计的电压互感器进行了可行性研究,表明基于该原理的电压互感器具有较好的精度和线性度。     

光学高压电压互感器的设计

为了满足电力工业对高压电压互感器的需求,采用了基于模间干涉原理和石英晶体的逆压电效应的方法,介绍了一种新型的光学高压电压互感器的基本结构和工作原理。该互感器是在圆柱形石英晶体上施加交流电压使其产生压电形变,使缠绕在圆柱表面的椭圆芯双模光纤中的两个传导模LP01模和LP11模的相位差发生变化,最后得到被测电压。通过实验对该互感器的设计进行了可行性研究,表明该互感器具有较好的精度和线性度,为光学电压互感器的研究提供了理论基础。该互感器信号的感应和传输都在光纤中进行,因而不需要耦合器、起偏器、电光晶体等光学元件,加工工艺简化,该系统是具有结构简单、准确度高、安全可靠、造价低等优点的互感器系统。     

光学高压电压互感器传感头结构的研究

在光学高压电压互感器的设计中,互感器传感头结构参数的合理设计是光学电压互感器测量准确度和工作可靠性的保证.本文设计了基于石英晶体逆压电效应和保偏光纤模间干涉原理的高压电压互感器,并从传感头晶体材料的选择、电极形状、电极尺寸、电极间距等方面进行了研究,通过有限元仿真研究,得出不同情况下的电场分布,确定了较合理的传感头设计方法,为光学高压电压互感器的设计提供了理论依据.最后,通过实验对基于该原理的高压电压互感器进行了原理性验证.     

干涉式电压互感器的有限元分析

设计一种新型的光纤电压互感器以满足电力工业发展对高压电压互感器的要求,成为国内外的研究热点,为此基于石英晶体的逆压电效应,研制了一种双模干涉式的电子电压互感器并给出其基本原理即利用两个低阶模的干涉原理改善电压互感器的性能,为消除外界干扰、提高系统的测量精度提供理论根据。利用有限元软件对该互感器传感头进行电场强度分析和研究的结果显示:在峰值电压作用下,互感器传感头无击穿现象,满足了工程的需要,为光学电压互感器的电压测量的稳定性提供了理论依据。该互感器信号的感应和传输都在光纤中进行,光路结构简单,抗干扰能力强,准确度高,安全可靠,是光学电压互感器设计的一种新思路。     

新型光电式电压互感器研究

本文提出一种应用于500KV的光电式电压互感器。该互感器基于石英晶体的逆压电效应。高压经圆筒电容器分压后加到圆柱状的石英晶体上,晶体的压电形变被缠绕在晶体圆柱表面上的椭圆芯双模光纤传感,由低相干干涉仪对光纤中传播的两个空间模(LP01模和偶数LP11模)的微分光波相位的调制进行检测。该互感器除电容分压、石英晶体外,是一个全光纤的解决方案,没有准直仪、偏振片和波片等块状光学元件;进而降低了成本、提高了精度、便于规模化生产。本文给出了电压互感器的系统结构及绝缘设计,研究了互感器的性能,为高压电压互感器的应用提供了理论依据。     

全光纤型电子式电压互感器设计与应用

为解决传统电磁式电压互感器在高电压等级设计的技术瓶颈,提出一种基于全光纤技术的电子式电压互感器。对该装置从一次侧和二次侧分别进行结构设计。将一次侧从屏蔽装置、传感模块、保偏光纤3部分进行功能介绍;将二次侧分解为光路系统和电路系统,光路系统由光源、光电探测器、环形器、Y波导调制器和保偏耦合器组成,电路系统由光电探测器、模/数转换器、数字信号处理器、可编程门阵列、数/模转换器、驱动电路组成,并分别给出原理结构图。对软件系统采用代码编写器平台编辑,从干涉光检测、模/数转换、数字信号处理、输出二次电压值、数/模转换、调制器驱动、干涉光转换等方面对电路系统给出软件流程图。通过与传统220 kV电磁式电压互感器进行误差比对试验和测量重复性试验,证明该互感器性能可靠。     

光学电压互感器偏光干涉测量模式 （二）基于会聚偏光干涉原理的光学电压互感器

光学电压互感器采用偏光干涉测量模式,通过对光强的检测实现电压测量,存在测量范围小及受温漂、晶体附加双折射影响大等问题。为此,文中提出了一种基于会聚偏光干涉原理的光学电压互感器,将晶体电光相位变化转换为光斑图像的旋转角,通过测量光斑旋转角获得相位延迟。新型互感器测量模式与光强无关,可测量相位延迟为0~180°,电压测量范围不受晶体半波电压限制。文中在理论上分析推导了会聚偏光干涉图旋转角与晶体电光相位延迟角的线性关系,给出了光斑图像旋转角的读取方法,并通过实验验证了新型互感器能够测量的相位延迟角达到320°,线性度良好。     

一种新型光纤电压互感器的设计

介绍了一种新型110 kV光纤电压互感器的基本原理和初步设计方案.该电压互感器基于石英晶体的逆压电效应,电压通过金属电极加在石英晶体的两端,电场方向和石英晶体纵向传感轴平行.利用2段椭圆芯双模光纤,第1段作为传感光纤缠绕在石英晶体上以感知交变电场导致的压电形变,第2段作为接收光纤跟踪Lp 01模式和LPeven 11模式之间相位差的变化.该方法源于白光干涉技术,包括2个级联的干涉仪,分别为传感干涉仪和接收干涉仪.采用780 nm,5 mW低相干多模激光二极管作为光源.讨论了互感器的参数设计,包括机械设计、双模光纤参数的研究以及传感光纤匝数的估算.最后介绍了互感器的工作条件和性能指标要求.     

一种线性测量的光纤电压传感器

本文提出了一种基于马赫-曾德尔干涉原理的光纤电压传感器,可以将电光相位延迟直接转化为干涉条纹的位移,通过定位条纹的位移量得到待测电压。本文实验验证了这一方法的有效性。该光纤电压传感器具有直接线性测量、测量方式与光强无关、测量范围不受晶体半波电压限制、原理简单、容易实现等优点,满足0.5级准确度的要求。     

光学电压互感器偏光干涉测量模式:(一)常见偏光干涉测量模式局限性分析

现有的光学电压互感器(OVT)大多基于电光晶体的Pockels效应,即电光晶体在外加电场的作用下其折射率发生变化,使得沿某一方向射入晶体的线偏振光产生电光相位延迟,延迟量与外加电场成正比。由于无法实现对晶体电光相位延迟的直接测量,通常采用偏光干涉测量模式,将相位延迟转变为光强调制,通过对光强的检测实现电压测量。这种测量模式反映了光功率的大小,但仅能近似线性地测量有限的电光相位延迟,其稳定性与可靠性受到温漂、晶体附加相位延迟、半波电压等问题的限制,无法满足电力系统的实用要求。文中分析了偏光干涉测量模式的局限性,并对双光路补偿法进行了讨论。     

光纤F-P电压传感器

设计了一种新型的光纤电压传感器。将Fabry-Perot腔(简称F-P腔)粘在石英晶体上,根据石英晶体的逆压电效应,在高压作用下晶体会发生形变,使粘于其上的F-P腔腔长发生改变,相应在F-P腔中的干涉波长也发生变化。通过可调F-P腔对其输出光谱进行扫描,以实现光谱恢复,得到中心波长的变化,根据中心波长与干涉腔长的关系,实现对电压的实时测量。实验结果表明,该电压传感系统可靠性好,精度高。     

基于IGBT器件串联的MMC随机零序分量注入PWM方法

随着模块化多电平换流器的发展,提高模块化多电平换流器(MMC)的容量及电压等级成为研究热点。通过建立绝缘栅双极型晶体管(IGBT)串联模块化下的MMC换流器模型,考察载波移相调制策略下换流器的输出电压畸变情况,以及在开关频率处的电磁噪声幅值。提出一种随机零序分量注入脉宽调制(PWM)方式,并基于随机过程原理,对比不同随机PWM下开关函数的功率谱密度,并从理论和仿真两个方面研究随机PWM对MMC换流器的降噪效果。仿真结果表明,提出的随机PWM方式简单有效,能明显降低大容量高电压的MMC换流器的噪声。     

兼具开路故障诊断能力的MMC电容电压测量方法

模块化多电平换流器在高电压等级、大输送容量场合的应用中,各桥臂大量子模块的电压需要实时采集并维持在允许范围内,但电压传感器配置数量的增加影响了系统的经济性与可靠性。为解决以上问题,提出了一种基于电容电压预估和组电压测量的子模块电容电压测量方法。该方法对桥臂子模块进行了分组,每组仅配备一个电压传感器,从而使传感器数量得以减少。在该测量方法基础上提出了一种子模块开路故障诊断策略,通过比较电压实测值与预估值完成开路故障的快速诊断,并且对传感器设置了故障冗余,在传感器发生故障的情况下系统仍能保持稳定运行。基于PSCAD/EMTDC搭建了21电平基于模块化多电平换流器的高压直流仿真系统。仿真结果表明,所述方法具有与传统方法近似的测量精度,同时能在较短时间内诊断子模块开路故障与传感器故障。     

QMEMS晶振的MEMS器件真空度测量方法研究

QMEMS晶振是一种采用MEMS(micro-electro-mechanical system)加工技术充分发挥石英(Quartz)晶体材质特性制造出的高性能、高集成度的新型石英晶振。利用QMEMS晶振体积小、性能稳定的特点,提出将QMEMS晶振作为传感器内置于MEMS器件管壳内部,对MEMS器件腔体内部真空度进行实时监测的方法。在对石英晶振测量真空原理进行分析的基础上,研究了QMEMS晶振的结构和管壳开口方法,设计了一套基于QMEMS晶振气压传感器的真空度测量系统,实现了对真空度的测量,并对系统进行了标定。试验表明,该真空计可实现1~30kPa压强范围的测量,测量精度约为5%,能满足MEMS器件实时真空度测量要求。     

基于脉冲响应的高强度聚焦超声换能器电阻抗测量方法

高强度聚焦超声(HIFU)换能器是HIFU治疗系统的关键部件,其电阻抗特性是决定各系统参数和换能器工作特性的重要参数。目前采用的阻抗分析仪和频域测量方法成本较高,且难以实现在线测量。为此,对基于脉冲响应的超声换能器电阻抗时域测量方法进行了研究,对测量原理进行了理论分析和仿真验证,并组建了脉冲响应测量实验平台,通过实际测量,比较了脉冲响应法和阻抗分析仪的测量结果,分析了影响测量结果的因素。研究结果表明:在通过电流取样电阻校正和小波去噪后,基于脉冲响应的电阻抗测量方法能取得较高的测量准确度,且测量成本低,可集成于设备实现超声换能器电阻抗的在线测量,为进一步研究高强度聚焦超声换能器的电阻抗特性提供了有力的手段。