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光学电流互感器实用化方法的研究

尚秋峰  
【摘要】:本论文旨在探求满足电力系统发展需要的电流传感新策略。基于深入的理论分析和大量的实验研究,提出了OCT 数据融合算法和混沌补偿方法,构建了自适应光学电流互感器(AOCT),提出了OCT 的通用检测方法,完成了AOCT 的设计、研制和性能测试。AOCT已经在某110kV变电站挂网运行。 首先立足于电力系统的需要,提出理想的电流互感器应具有的品性:⑴稳态测量精度满足电能计量要求;⑵具有良好的动态响应能力,满足系统保护、控制与系统动态分析的需要;⑶具有长期运行的稳定性;⑷具有优良的绝缘性能。电磁式电流互感器(CT)不能满足以上要求,这已经是不争的事实。论文对Rogowski 线圈光电电流互感器的频率特性、稳态响应和暂态性能进行了深入的研究,指出:Rogowski 线圈光电电流互感器对于0.2 级的计量应用具有很大的设计难度;只能满足当前工频保护的需要,难以满足未来电网对电流互感器的动态性能要求。而法拉第磁光效应原理的光学电流互感器(OCT)因其优良的动态性能而具有理想电流互感器的潜质。 到目前为止OCT 仍然面临两个实用化难题——受温度引起的双折射影响,测量精度达不到计量要求;存在长期运行稳定性问题。运行稳定性问题可以靠简化光路来解决。为提髙OCT 的测量精度,本论文深入研究了温度对OCT 的影响机理。鉴于温度对光学电流互感器的影响是复杂的、随机的和非线性的,难以给出精确的数学描述,本文建立了OCT 的数据融合模型,提出了稳态融合算法和暂态记忆关联准则,并据此构建了一种新型的OCT 系统——自适应光学电流互感器。髙精度小CT结合光纤传输技术构成了OECT,提供精确的稳态基波测量数据,通过稳态数据融合算法修正温度对OCT 的影响。为防止小CT 饱和带来不良影响,故障时闭锁数据融合过程,采用暂态记忆关联准则修正温度影响。由于和故障时间相比,温度的变化非常缓慢,因此,可以用故障前的温度补偿因子来修正暂态过程的测量值。AOCT 同时实现了高精度的稳态测量(0.2 级)和暂态测量(瞬时峰值误差在±1%以内)。自适应光学电流互感器(AOCT)虽然需要两个测量环节——OECT 和OCT,但是对每个测量环节的要求比各测量环节单独使用时的要求显著降低,因此自适应光学电流互感器(AOCT)的制造也就相对要容易得多,这对于自适应光学电流互感器(AOCT)的实用化和大规模生产、应用无疑具有极为重要的意义。 数据融合的目的是为了减小温度对OCT 测量精度的影响,但并未考虑信噪比的情况。事实上噪声将影响测量精度。当信号的信噪比较低时采用常规的方法难以准确测量OCT 的输出,从而影响数据融合算法的效果。为此本论文提出基于混沌


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