[發明專利]一種雙輸出光學電流互感器及其信號處理方法

有效

• 申請號: 201910359884.2
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110133351B
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 宋璇坤;于文斌;肖智宏;韓柳;張國慶;郭志忠;谷松林;王貴忠;李洪波;侯英偉;馮騰;劉文軒;吳聰穎;蔡勇
• 申請（專利權）人: 國網經濟技術研究院有限公司;哈爾濱工業大學;哈工大（張家口）工業技術研究院;哈工大（張家口）電力科學技術研究所;張家口瑞能科技有限公司;國網湖北省電力公司
• 主分類號: G01R15/24
• 分類號: G01R15/24;G01R19/25
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 孫楠

本發明涉及一種雙輸出光學電流互感器及其信號處理方法，其特征在于，該光學電流互感器包括：LED光源；光學電流傳感器，用于根據光源發射的光感應被測導體的電流信息得到第一光信號和第二光信號；第一光電探測器，用于探測第一光信號得到第一輸出信號；第二光電探測器，用于探測第二光信號得到第二輸出信號；AD采集前置處理電路，用于得到第一直流分量和第二直流分量；數字信號處理單元，用于將第一直流分量和第二直流分量信息轉化為第一反饋控制數字量和第二反饋控制數字量，并反饋至AD采集前置處理電路；AD采集前置處理電路得到輸出值后，數字信號處理單元對輸出值進行解調得到流過被測導體的電流，本發明可以廣泛應用于電力系統保護領域中。

技術領域

本發明是關于一種雙輸出光學電流互感器及其信號處理方法，屬于電力系統保護領域。

背景技術

光學電流互感器基于法拉第磁光效應原理測量電流，其實質是沿傳感光路的磁場積分，因其卓越的性能和潛在的優勢，已經成為電流互感器發展的主要方向。光學電流互感器一般通過檢測法拉第旋轉角的大小得到被測電流信息，采用的信號處理方法主要包括單光路方法和雙探測器差除和方法。單光路方法通過交直流分離法剔除光源波動的影響，能夠有效地抑制光電共模噪聲，有利于提高系統輸出精度和穩定性。但是，單光路方法由于進行了“去掉直流后再除以直流”的處理，一般只作為交流穩態計量用。

電流互感器用于保護時，在故障電流下，由于被測電流不僅含有周期分量還含有非周期分量，因此不能采用“去掉直流后再除以直流”的方法去掉光源波動的影響，而必須采用雙探測器差除和信號處理方法，其原理框圖如圖1所示。其中，兩個光電探測器的輸出信號u₁和u₂可以分別表示為：u₁＝U₁(1-sin2φ)+n₁(t)(1)和u₂＝U₂(1+sin2φ)+n₂(t)(2)，式中，U₁和U₂分別表示兩路輸出的基本工作光強電壓(靜態工作光強電壓)，n₁(t)和n₂(t)分別表示為兩路輸出的干擾噪聲；φ表示在被測電流i(t)產生的磁場的作用下光學電流傳感器線偏振光通過磁光材料后偏振面旋轉的角度，即法拉第旋轉角，其計算公式為：φ＝V∫_LHdl＝KVi(t)(3)，式中，V表示磁光材料的費爾德常數，H表示被測電流產生的磁場強度，L表示磁光材料的長度，l表示自變量，K表示磁場積分與被測電流的倍數關系。雙探測器差除和信號處理方法的輸出可以用下式表示：雙探測器差除和信號處理方法信號處理的最終輸出u_out為：理想狀態即兩路輸出噪聲近似相同，基本工作光強相等時，有：u_out≈-sin2φ(6)，一般法拉第旋轉角φ較小，有：u_out≈-sin2φ≈-2φ(7)。上式(7)是理想狀態下的結果，實際上光學電流互感器的雙輸出由于耦合效率等的不同會存在一定的差異。假定兩路輸出噪聲近似相同，公式(5)可以近似表示為：

從上述公式(8)可以看出，信號處理的輸出結果中存在一項穩態直流偏置分量，而該直流偏置分量是一個隨環境溫度等因素變化的變量，不能通過定標的方法加以消除。該穩態直流偏置分量的存在直接影響光學電流互感器保護輸出的準確度。具體影響體現在以下兩方面：1)影響故障狀態下輸出信號中非周期分量的測量準確性；2)影響AD轉換器采樣前的信號放大倍數，使得AD轉換器的電壓輸入范圍不能被有效利用，增大AD轉換引起的量化誤差，降低輸出信噪比，影響輸出的測量準確度。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種輸出信噪比高且不影響輸出測量準確度的雙輸出光學電流互感器及其信號處理方法。