Sagnac型光纤电流互感器变比温度误差分析与补偿

为提高互感器的测量准确度,基于光路系统的琼斯矩阵模型,推导出了互感器归一化变比的数学表达式,并对其中的温度敏感参数进行了分析,结果表明:圆双折射不产生变比误差,足够大的圆双折射可以抑制线性双折射随温度变化造成的变比误差;相位延迟和温度系数满足一定条件的1/4波片,可以减小Verdet常数随温度变化造成的变比误差.通过螺旋缠绕传感光纤引入圆双折射来抑制线性双折射的影响,并对互感器的变比按敏感头的温度进行分段线性差值补偿,减小了变比误差.实验结果表明:在-30 ～ 70℃范围内,补偿前后互感器的变比误差由0.84％减小到0.22％,验证了补偿方法的适用性和有效性.     

一种新型全数字闭环光纤电流互感器方案

介绍了一种新型的基于全数字闭环检测的在线Sagnac型光纤电流互感器方案。该检测方案以数字信号处理器（DSP）为核心,采用方波调制方案,并通过数字阶梯波反馈实现闭环检测。文中对闭环互感器的变比计算进行了分析。实验结果表明系统的百分电流误差在-40 ℃～60 ℃温度范围内可以达到0.5％的准确度,且相差小于30′,基本满足了实际应用的要求。     

全光纤电流互感器研究

介绍了全光纤电流互感器工作原理,分析了光电探测器输出信号的特点,提出了在正弦调制下的数字相关检测方法,消除了光强、调制深度变化的影响,并阐述了测量原理、处理方法以及相关处理电路和软件的设计思路,将数据处理引入的延时缩短到小于300us的范围,提高了响应速度。实验结果表明,最大比差为0．04998％,线性度达到0．9999824,达到了0．2级准确度的要求。     

全光纤电流互感器偏振误差分析

借助琼斯矩阵方法分析并对比了两套具有不同反射镜结构的全光纤电流互感器(AFOCT)系统,计算讨论了系统各传感部件主要参量对零漂、测量准确度的影响。最后,验证了通过对传感光纤引入圆双折射以改善系统输出的方法,并定量给出了为满足IEC60044-标准中0.2S级测量互感器极限误差而加载的圆双折射具体值。     

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。     

反射式Sagnac型光纤电流互感器的关键技术

给出了反射式Sagnac型光纤电流互感器（RS-FOCT）检测相位差与传感光纤Verdet常数及线性双折射、1/4波片相位延迟、相位调制器尾纤偏振串音和延迟光纤偏振串音等参数的定量关系,确定了它们的温度相关性是造成户外型RS-FOCT变比误差的主要原因,并采用传感光纤螺旋绕制、变比误差自补偿、降低相位调制器和延迟光纤偏振耦合等方法加以抑制。分析了RS-FOCT偏振非互易误差的产生机理,提出了偏振器尾纤快轴通光消除非互易波列相干性的误差抑制方法。实验结果表明:在-40～60℃范围内,敏感环路温度变化时变比误差不超过±0.2%;相位调制器、延迟光纤温度变化造成的变比变化量分别由1.828%和5.96%减小到0.283%和0.0531%;偏振器输入尾纤温度变化引起的互感器输出准周期振荡被抑制。     

基于CEEMDAN-ZCR的光纤电流互感器非线性误差识别

针对光纤电流互感器(FOCT)漂移、变比波动等非线性误差问题,提出了一种基于自适应噪声完备集合经验模态分解(CEEMDAN)-过零率(ZCR)的光纤电流互感器误差识别算法。首先,利用CEEMDAN算法对光纤电流互感器输出电流信号进行分解,得到包含非线性误差特征的固有模态分量(IMF),构成原始误差向量数据集。然后,对比不同误差下的分量数量,利用ZCR算法计算不同误差下各个IMF分量的过零率指标,用于将IMF分类。最后,根据ZCR指标呈现出的特点,将IMF分量信号分为三类,并叠加重组为三个分量,构建出分解结果数量稳定的IMF分量信号,根据不同分量的特征实现误差识别。结果表明：基于CEEMDAN-ZCR的误差识别算法能够有效的识别两种误差,其中漂移误差特征主要集中在IMF中第三层,变比误差主要集中在IMF中第二层,验证了本方法的有效性。     

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。     

Sagnac式光纤电流互感器的光波偏振特性建模及误差特性分析

Sagnac式光纤电流互感器要求光波具有特定的偏振特性。起偏器、波片、保偏光纤主轴熔接等因素均会引起光波偏振误差,非理想的偏振光波导致互感器干涉信号串扰。围绕Sagnac式光纤电流互感器偏振误差特性,采用琼斯矩阵建立光纤电流互感器光波偏振模型,分析光纤电流互感器中线偏振态及圆偏振态演变过程;以光纤电流互感器光波偏振模型为基础,研究光波偏振器消光比、保偏光纤主轴熔接角以及波片相位延迟角对光纤电流互感器光波偏振及性能的影响。     

调制器调制系数对光纤电流互感器测量精度的影响

叙述了采用集成光学调制器的光纤电流互感器的工作原理。在此基础上分析了集成光学调制器调制系数随温度变化对光纤电流互感器测量精度的影响,对其产生的测量误差进行了仿真。在四态波调制的基础上,提出了对调制系数引起的调制通道增益变化进行补偿的反馈控制方法,有效降低了调制系数变化引起的测量误差。试验结果与理论分析一致,表明该方法有效。该方法同时还可以有效减小调制器调制系数随时间长期变化对光纤电流互感器测量精度的影响。     

全光纤电流互感器受导体偏心影响的机理

针对全光纤电流互感器受导体偏心影响的问题,在光学电流互感器传感部分的分布参数模型的基础上,建立了与之对应的全光纤电流互感器传感环分布参数模型。基于传感环的分布参数模型提出了全光纤电流互感器受导体偏心影响的产生机理,该机理揭示了全光纤电流互感器受到导体偏心影响的原因,即为传感光纤中的线性双折射和传感环上不均匀磁场的共同作用。同时,分析了被测导体偏心对测量准确度的影响,得出偏心只会影响全光纤电流互感器比差的大小而不会影响线性度的结论。实验结果与理论分析一致,表明所提出的理论和结论的正确性。     

基于保偏光纤温度传感器的全光纤电流互感器

基于保偏光纤(PMF)的温度双折射效应,提出一种高精度、低成本、传输距离不受限制的反射式PMF温度传感器(TS)。通过与全光纤电流互感器(FOCT)共享光源、传输光缆及信号采集单元实现系统集成,可实现FOCT的远距离无源温度补偿,降低系统成本。完成了样机研制及测试,结果表明,PMF-TS的测温分辨率为0.1℃,测温精度为±0.2℃,响应速度与18B20数字温度传感器一致,响应速度及分辨率优于PT100铂电阻温度传感器,测温精度优于光纤光栅式、拉曼散射式、荧光式光学温度传感器。经温度补偿后,FOCT在-40~70℃温度范围内的比差波动小于±0.2%。     

用于相位调制型光纤电流互感器的数字梳状滤波器

传统的相位调制型光纤电流互感器普遍存在噪声电流大、信噪比低、小电流测量能力差的问题。通过比较被测电流和噪声电流不同的频谱特征,提出了一种可实现的数字梳状滤波器,它位于光电转换级之后,信号解调级之前。阐释了这种滤波器的特点,分析了它对被测电流的滤波能力,计算了它的频域和时域特征,并提出了在硬件中实现的方法。通过仿真,对比了不同阶数梳状滤波器的滤波效果、频带宽度以及算法复杂度。在光纤电流互感器硬件中具体实现了这种滤波器,通过对比试验验证了滤波算法的有效性和可行性。     

用于HVDC极线电流测量的光纤电流传感器

高压直流输电系统极线线路上的直流电流是高压直流输电系统运行、控制过程中的重要技术参数。由于直流线路中换流装置产生的叠加在直流线路上的谐波电流会干扰邻近的通信线路,这就要求电流传感器能提供准确的谐波电流信号给有源滤波器以有效地抑制谐波电流。基于此,研制了一种适用于高压环境下的光纤电流传感器,直流测量准确可靠,响应快速,谐波测量频带范围宽广,准确度高;介绍了光纤电流测量系统的原理、结构以及设计中采用的关键技术。     

关于遮光式光纤温度传感器探头一致性的研究

探究了一种应用于消防温度探测的光纤温度传感器探头一致性的工艺改良方案。相对于传统温度测量方法,遮光式光纤温度传感器具有更广泛的使用前景,成本低廉、测温结果可靠。经过改良后的光纤温度传感探头制作工艺将显著提高传感探头的一致性,利于遮光式光强度调制型温度传感器的大规模系统组装,使得其应用前景得到了拓展。