收藏本站
《中北大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

全光纤电流互感器信号处理系统研究

裴焕斗  
【摘要】: 本文根据当今电力行业的需求,分析了电流互感器在该行业的地位和应用,讨论了传统电流互感器所存在的问题,指出了开发全光纤电流互感器的实际意义和价值。 本文在分析了法拉第电磁效应和Sagnac干涉原理的基础上,提出了全光纤电流互感器的配置模型,并进行了深入的理论研究,建立了完整的系统理论模型;对影响传感器测量准确度的各种因素进行了全面的理论分析和仿真研究,得到了这些影响因素对系统响应的作用规律;分析了相关解调处理方法的缺点,提出了一种基于特征点的幅值解调的处理方法;设计了传感器的信号处理电路及处理软件,以此为基础对系统进行了实验研究。 首先,提出了全光纤电流互感器的配置模型,建立了完整的系统理论模型,讨论了1/4波片、线性双折射、圆双折射对测量结果的影响。分析结果表明,1/4波片制作的不完备性可以在制作工艺上加以控制;圆双折射可在一定程度上抵消了线性双折射产生的影响;线性双折射对测量结果的影响较大。另外,还讨论了传感光纤、传输光纤、光源、相位调制器等部件对测量结果的影响,选取了低双折射光纤制作传感光纤线圈,高双折射光纤作为传输光纤,采用了PZT器件对信号进行正弦调制。 其次,在对传统信号处理方法—相关解调算法的原理进行分析的基础上,提出一种消除初始光强、调制深度的波动对测量结果影响的改进方法;根据光电探探测器输出的理论模型,分析其波形特征,提出了一种基于信号特征点的信号解调新方法—幅值解调法,并根据信号的耦合方式,分别对交流耦合和直流耦合两种情况进行了推导。理论仿真与实验结果表明,该方法无论对直流电流还是交流电流均能正确解调;初始光强和调制深度均对处理结果无影响;光探测器(PD)信号的信噪比影响处理精度,可通过低通滤波解决,但会引入延时;可以正确快速处理冲击信号,反应了该算法响应的快速性。 最后,针对相关解调算法的改进方法和幅值解调算法,设计了基于DSP与FPGA的信号处理电路,并设计了FPGA软件与DSP软件,可同时满足相关解调算法和幅值解调算法。在实验室内对全光纤电流互感器进行了系统功能验证实验、标定实验以及初步的模拟环境实验研究。实验结果表明,无论直流还是交流电流,测量输出随着被测电流的变化而变化;在准确度方面,测量准确度达到0.2级,保护准确度达到5P级;在稳定性方面,按照有效值计算,幅值解调法的相对误差在±0.5%之内,相关解调法的相对误差在±1.0%之内,而且随着一次电流的变化,两种方法均具有较好的重复性;在线性度度方面,标准差为8.9759个数字量,相关系数为0.99999847,具有良好的线性度;在响应速度方面,采用幅值解调法进行信号处理时,当调制频率为58.8235KHz且输出的低通滤波频率不低于650Hz时,全光纤电流互感器的响应速度小于2ms,完全满足继电保护的需求,远优于相关解调法;在频率特性方面,对于直流电流,噪声主要源于直流电源的纹波,多为50Hz工频的偶次谐波;对于交流电流,谐波分量主要为50Hz工频的奇次谐波,频谱特性与一次电流一致;在2000A附近,系统的灵敏度反应最好;最小分辨电流可达12.5A;幅值解调输出的测量值与温度有较好的对应关系,对于每一个温度循环中的测量数据,温漂约为±0.6%左右,温漂与一次电流、HB传输光纤的位置无关。
【学位授予单位】:中北大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TM452

免费申请
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 许玉香;项力恒;;电子式互感器的应用研究[J];电气制造;2011年08期
2 ;[J];;年期
3 ;[J];;年期
4 ;[J];;年期
5 ;[J];;年期
6 ;[J];;年期
7 ;[J];;年期
8 ;[J];;年期
9 ;[J];;年期
10 ;[J];;年期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 姜中英;张春熹;冯丽爽;王夏霄;;光纤电流互感器的温度特性研究[A];全国第十二次光纤通信暨第十三届集成光学学术会议论文集[C];2005年
2 蒋勇;刘东伟;李平;;全光纤电流互感器在淮北发电厂110kV系统挂网试验研究[A];2011年安徽省智能电网技术论坛论文集[C];2011年
3 王其生;陈建元;;光纤电流互感器[A];第五届全国智能化电器及应用研讨会论文汇编[C];2001年
4 唐清善;刘政伟;冯丽爽;;一种新型数字化光纤电流互感器[A];2004全国光学与光电子学学术研讨会、2005全国光学与光电子学学术研讨会、广西光学学会成立20周年年会论文集[C];2005年
5 王夏霄;张春熹;姜中英;袁玉厂;;全光纤电流互感器λ/4波片的优化设计[A];2004全国光学与光电子学学术研讨会、2005全国光学与光电子学学术研讨会、广西光学学会成立20周年年会论文集[C];2005年
6 万瑾;黄元庆;;应力诱导单模光纤双折射的研究[A];第三次全国会员代表大会暨学术会议论文集[C];2002年
中国重要报纸全文数据库 前7条
1 孙祥龙;全光纤电流互感器助力上海世博会[N];中国航天报;2010年
2 孙祥龙;在转化之路上大步走向世博[N];中国航天报;2010年
3 本报记者 黄素文;上海电网数字化进程加快[N];中国能源报;2009年
4 记者 赵维光;上海建成首座智能变电站[N];文汇报;2009年
5 李军 崔浩杰;山东首座智能变电站开工[N];华北电力报;2010年
6 杜西华;山东首座新建110千伏智能变投运[N];国家电网报;2010年
7 齐生鹏 亚文辉;220千伏苏正智能变电站开建[N];国家电网报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 裴焕斗;全光纤电流互感器信号处理系统研究[D];中北大学;2010年
2 李庆波;保偏膜式光学电流传感器研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
3 刘晓瑜;ZF-7玻璃线性双折射对光学电流传感器输出性能的影响[D];哈尔滨工程大学;2008年
4 康崇;法拉第镜式光学电流互感器研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
5 王晓忠;光源谱宽对光学玻璃电流传感器输出的影响[D];哈尔滨工程大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 严颖维;全光纤电流互感器的研究[D];北京邮电大学;2012年
2 张海亮;反射式全光纤电流互感器误差研究[D];西安电子科技大学;2012年
3 魏义涛;全光纤电流互感器的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
4 张鑫;光纤电流互感器中信号检测与处理[D];山东大学;2012年
5 宋曼;数字式全光纤电流互感器的机理研究[D];合肥工业大学;2012年
6 王景飞;Sagnac干涉型光纤电流互感器的偏振误差研究[D];中国计量学院;2012年
7 李瑞春;光纤电流互感器的温度特性研究[D];西安电子科技大学;2012年
8 丁滢;全光纤电流互感技术研究[D];上海交通大学;2012年
9 王慧丽;块状光学材料线性双折射测量方法研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
10 刘丰;混合式光纤电流互感器的设计[D];燕山大学;2003年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026