有源電子式互感器的供能激光器老化壽命在線監(jiān)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種有源電子式互感器的供能激光器在線壽命直接監(jiān)測(cè)方法，包括如下步驟：(1)判斷激光器工作狀態(tài)；(2)獲取激光器工作狀態(tài)下的工作電流值；(3)異常點(diǎn)處理；(4)低通濾波處理；(5)建立關(guān)聯(lián)模型；(6)評(píng)估激光器老化壽命。本發(fā)明通過(guò)實(shí)時(shí)采集獲取被監(jiān)測(cè)供能激光器所在的合并單元的供電電源的電流值，并結(jié)合合并單元供電電源電流與供能激光器工作電流之間的關(guān)聯(lián)模型，以實(shí)現(xiàn)對(duì)供能激光器正常老化壽命的直接在線監(jiān)測(cè)，填補(bǔ)了電子式電流互感器正常老化壽命在線監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】的空白，具有可靠性高，且對(duì)環(huán)境適用性強(qiáng)，便于移植的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】有源電子式互感器的供能激光器老化壽命在線監(jiān)測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于智能電網(wǎng)設(shè)備在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種有源電子式互 感器的供能激光器老化壽命在線監(jiān)測(cè)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著數(shù)字化變電站的發(fā)展，電子式互感器被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用。依照國(guó)際電工委 員會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)，電子式互感器可W分為有源式和無(wú)源式兩種。有源式是指?jìng)鞲蓄^部分采用傳 統(tǒng)的傳感原理，僅利用光纖傳輸數(shù)據(jù)的電子式互感器，由于光纖只能夠傳輸數(shù)字信號(hào)，所W 勢(shì)必要設(shè)計(jì)相應(yīng)的電子電路W滿足高壓側(cè)對(duì)傳感頭的輸出信號(hào)進(jìn)行模擬量與數(shù)字量的轉(zhuǎn) 換需求，因而也就帶來(lái)了電路的供能問(wèn)題，該是有源電子式互感器研究中的難點(diǎn)和關(guān)鍵技 術(shù)。
[0003] 對(duì)于上述的供能問(wèn)題，在目前有源電子式互感器方案中應(yīng)用最廣的是采用由CT 供能和激光器供能組成的復(fù)合供能技術(shù)，如圖1所示，有源電子式互感器主要由傳感元件 1、取能元件2、高壓側(cè)電路4、供能電路5等組成。合并單元12用于接收有源電子式互感器 的信號(hào)，并進(jìn)行處理，發(fā)送給后續(xù)的測(cè)量裝置10和繼電保護(hù)裝置11，其內(nèi)部供能激光器作 為互感器供能電源的一部分，可對(duì)互感器進(jìn)行供能。有源電子式互感器有兩個(gè)供能來(lái)源；CT 供能電路5和光電池6。當(dāng)一次母線3電流較大時(shí)，由取能元件2從母線3上取能，經(jīng)過(guò)供 能電路5整流、濾波、穩(wěn)壓等進(jìn)行處理后，提供給高壓側(cè)電路4所必需的電源。當(dāng)一次母線 3電流較小時(shí)，采用激光供能方式，由大功率激光管8通過(guò)光纖7將光能傳送至高壓側(cè)的光 電池6,由光電池將光能量轉(zhuǎn)換為電能量，再經(jīng)過(guò)DC-DC變換后提供穩(wěn)定的電源輸出。該種 方法既可W避免CT供能的死區(qū)問(wèn)題，也可W降低大功率激光器工作的時(shí)間，延長(zhǎng)其壽命。
[0004] 在采用了激光供能的有源電子式互感器應(yīng)用方案中，由于供能的重要性，對(duì)供能 激光器狀態(tài)性能的可靠監(jiān)測(cè)就顯得十分重要，尤其是對(duì)供能激光器壽命的監(jiān)測(cè)。而對(duì)激光 器壽命的監(jiān)測(cè)，又分為故障壽命監(jiān)測(cè)和老化壽命監(jiān)測(cè)。
[0005] 目前，對(duì)供能激光器故障壽命監(jiān)測(cè)方面的研究較多，大都是將激光器實(shí)際情況下 的工作狀態(tài)與正常工作條件下的工作狀態(tài)進(jìn)行比較，W此判斷供能激光器是否出現(xiàn)故障。 而對(duì)供能激光器老化壽命監(jiān)測(cè)方面的研究較少，尚缺乏對(duì)環(huán)境適用性強(qiáng)、可靠性高的監(jiān)測(cè) 方法，現(xiàn)有的技術(shù)方案不能直接對(duì)激光器老化壽命進(jìn)行評(píng)估，而至多只是間接評(píng)估，壽命預(yù) 巧IJ，從而對(duì)供能激光器的檢修也只能采取故障檢修或定期檢修，該與用壽命直接評(píng)估技術(shù) 實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修相比，可靠性低，經(jīng)濟(jì)性差。因此迫切需要一種能夠?qū)す馄骼匣瘔勖M(jìn)行直 接監(jiān)測(cè)的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)更為可靠的激光器狀態(tài)檢修。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)對(duì)合并單元內(nèi)部供能激光器的老化壽命不能進(jìn)行在線直接監(jiān) 測(cè)的不足，本發(fā)明提供了一種有源電子式互感器的供能激光器老化壽命在線監(jiān)測(cè)方法，該 方法可直接在線監(jiān)測(cè)激光器的正常老化壽命，實(shí)現(xiàn)了激光器的狀態(tài)檢修。
[0007] 為解決上述問(wèn)題，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種有源電子式互感器的供能 激光器老化壽命在線監(jiān)測(cè)方法，該方法包括如下步驟：
[0008] (1)判斷供能激光器工作狀態(tài)
[0009] 實(shí)時(shí)采集得到合并單元供電電源的電流值Ii,判斷供能激光器工作狀態(tài)；若 1片。> I?tt，則供能激光器開(kāi)啟；若1片。<1--，則供能激光器關(guān)閉，此狀態(tài)下利用實(shí)時(shí)采集 的供電電源的電流值Ii循環(huán)更新I。直至供能激光器開(kāi)啟，其中，I。為供能激光器關(guān)閉時(shí)合 并單元供電電源的電流值，Ii為包含n個(gè)合并單元供電電源電流值的數(shù)據(jù)列{Ii、VI。}， 其中，i = 1，2，wn，i為采樣點(diǎn)數(shù)；供能激光器狀態(tài)切換引起的電流變化闊值1?^1 =激光 器功率/供電電源電壓；
[0010] 在供能激光器關(guān)閉時(shí)，用Ii更新合并單元其他電路部分的供電電源電流值I。，可 W克服由合并單元其他電路部分的器件老化導(dǎo)致的功率增大對(duì)激光器電路部分功率監(jiān)測(cè) 的影響。
[0011] (2)獲取供能激光器驅(qū)動(dòng)電源的供電電流值Iui
[0012] 依據(jù)Iui = li-I。得到供能激光器工作狀態(tài)下激光器驅(qū)動(dòng)電源的供電電流值Iiih, 即合并單元供電電源電流中對(duì)應(yīng)的供應(yīng)供能激光器驅(qū)動(dòng)電源部分的電流值；
[001引 0)異常點(diǎn)處理
[0014] 對(duì)經(jīng)步驟（2)得到的供能激光器驅(qū)動(dòng)電源的供電電流值Iui作異點(diǎn)處理，得到供 能激光器驅(qū)動(dòng)電源的供電電流值的有效數(shù)據(jù)列Uu/、…II。。' };
[0015] 通過(guò)對(duì)上述預(yù)處理后的電信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行異常點(diǎn)處理，剔除其中的無(wú)效工作電流數(shù) 據(jù)值，排除由于受外界環(huán)境及電流偶發(fā)的異常波動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成的干擾，減小粗大誤差。 [00 1引 （4)低通濾波處理
[0017] 采用低通濾波器對(duì)所述有效數(shù)據(jù)列做濾波處理，濾除其中的高頻噪聲，得到供能 激光器驅(qū)動(dòng)電源的供電電流值的平滑數(shù)據(jù)列Uui"、Iu2" -lu。" };
[0018] 由于激光器的壽命周期較長(zhǎng)，而采樣率較高，故有效的數(shù)據(jù)波形應(yīng)是個(gè)緩變波形， 其頻譜的主要成分為低頻分量。故設(shè)計(jì)IIR數(shù)字低通濾波器，濾除高頻噪聲。
[0019] (5)建立關(guān)聯(lián)模型
[0020] 根據(jù)供能激光器驅(qū)動(dòng)電源供電電流的的上升比例為而=^-1 '依據(jù)關(guān)聯(lián)模型 ^LDl 目。=a。，得到供能激光器工作電流的上升比例目。；
[0021] 在合并單元供電電源電流與供能激光器工作電流之間建立上述的關(guān)聯(lián)模型，通過(guò) 直接測(cè)量合并單元供電電源電流來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器工作電流的間接測(cè)量，從而對(duì)激光器的壽 命進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
[0022] (6)判斷激光器是否處于老化壽命狀態(tài)
[0023] 對(duì)上述步驟得到的激光器工作電流的上升比例目。進(jìn)行邏輯判斷；若目。大于 25 %，則表示供能激光器的正常工作壽命結(jié)束，執(zhí)行報(bào)警操作，否則，表示供能激光器的正 常工作壽命未結(jié)束。
[0024] 作為進(jìn)一步優(yōu)選地，若供能激光器仍處于正常工作壽命狀態(tài)，用實(shí)時(shí)采集的m個(gè) 新的合并單元電源電流Ii,加入原合并單元電流值數(shù)據(jù)列，同時(shí)去除原合并單元電流值數(shù) 據(jù)列的前m個(gè)數(shù)據(jù)，組成新的合并單元供電電源電流數(shù)據(jù)列{I 、I 、…I ，重復(fù)步 驟（I) - (5)直至檢測(cè)到激光器處于老化壽命狀態(tài)。
[00巧]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述異點(diǎn)處理基于53H算法實(shí)現(xiàn)。
[0026] 作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述低通濾波器為IIR數(shù)字低通濾波器。
[0027] 總體而言，本發(fā)明在合并單元供電電源電流與供能激光器工作電流之間建立關(guān)聯(lián) 模型，通過(guò)直接測(cè)量合并單元供電電源電流來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)供能激光器工作電流的間接測(cè)量，從 而判斷供能激光器的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)供能激光器正常老化壽命的直接在線監(jiān)測(cè)，填 補(bǔ)了電子式電流互感器正常老化壽命直接在線監(jiān)測(cè)的空白，具有可靠性高，環(huán)境適用性強(qiáng)， 且便于移植的優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028] 圖1是有源電子式互感器復(fù)合供能原理圖；
[0029] 圖2是供能激光器輸出光功率與其驅(qū)動(dòng)電流的關(guān)系，其中，曲線a是激光器正常情 況下的P-I曲線，曲線b是激光器老化情況下的P-I曲線；
[0030] 圖3是供能激光器驅(qū)動(dòng)電源原理示意圖；
[0031] 圖4是本發(fā)明的有源電子式互感器的供能激光器老化壽命監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖；
[0032] 圖5是有源電子式互感器的供能激光器老化壽命監(jiān)測(cè)方法流程圖。
[0033] 在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來(lái)表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：
[0034] 1-傳感元件，2-取能元件，3-高壓母線，4-高壓側(cè)電路，5-供能電路，6-光電池， 7-光纖，8-大功率激光器，9-低壓側(cè)電路，10-測(cè)量裝置，11-繼電保護(hù)裝置，12-合并單元， 13-DC-DC電源，14-激光器驅(qū)動(dòng)電源（恒流源），15-激光二極管，16-直流電源，17-電流傳 感器，18-電壓傳感器，19-單片機(jī)系統(tǒng)，20-通信總線，21-計(jì)算機(jī)。

【具體實(shí)施方式】
[0035] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可W相互組合。
[0036] 實(shí)現(xiàn)壽命直接評(píng)估的原理是：激光器的工作電流與其輸出的光功率之間存在正相 關(guān)關(guān)系。如圖2所示，其中曲線1是供能激光器正常情況下的P-I曲線，曲線2是供能激光 器老化情況下的P-I曲線。兩者之間存在區(qū)別是因?yàn)椋S著供能激光器的使用，由于光化學(xué) 反應(yīng)導(dǎo)致諧振腔面劣化等因素，會(huì)使得供能激光器的光發(fā)射功率降低，闊值電流增加，效率 下降。故在恒光功率模式輸出的情況下，隨著供能激光器的使用，激光器的工作電流會(huì)慢慢 增大，而當(dāng)電流過(guò)大時(shí)，會(huì)對(duì)供能激光器造成永久性的損壞。故在恒光功率輸出的情況下， 通過(guò)在線監(jiān)測(cè)供能激光器的工作電流實(shí)現(xiàn)直接在線監(jiān)測(cè)激光器的壽命。
[0037] 通常，在工程上，并不容易直接獲取激光器的工作電流。若激光器生產(chǎn)產(chǎn)家在激光 器工作回路串接有電流傳感器，則可根據(jù)此傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行上述分析。若激光器生產(chǎn)產(chǎn) 家在激光器內(nèi)部未內(nèi)嵌電流傳感器，則可采用機(jī)理分析法在合并單元供電電源電流與供能 激光器工作電流之間建立上述的關(guān)聯(lián)模型，通過(guò)直接測(cè)量合并單元供電電源電流來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì) 激光器工作電流的間接測(cè)量，從而對(duì)激光器的壽命進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
[0038] 建立關(guān)聯(lián)模型的依據(jù)：如圖3所示為供能激光器驅(qū)動(dòng)電路原理示意圖。由于激光 二極管15的正向?qū)妷汉芊€(wěn)定，故當(dāng)供能激光器的工作電流增大X%時(shí)，激光器的電功 率也會(huì)增大X%。由于變電站220V供電電壓和激光器負(fù)載比較穩(wěn)定，故有DC-DC電源13與 激光器驅(qū)動(dòng)電源（恒流源）14工作性能穩(wěn)定，其功率轉(zhuǎn)換效率不變，則供能激光器的電功率 增大X%時(shí)，合并單元供電電源提供給供能激光器電路部分的功率也會(huì)增大X%，由于站內(nèi) 220V直流電壓比較穩(wěn)定，則供能激光器驅(qū)動(dòng)電源的供電電流，即合并單元供電電源電流中 對(duì)應(yīng)的供應(yīng)供能激光器驅(qū)動(dòng)電源部分的電流會(huì)增大X%。該樣便可實(shí)現(xiàn)通過(guò)直接測(cè)量合并 單元供電電源電流來(lái)間接測(cè)量合并單元內(nèi)部供能激光器的工作電流。
[0039] 壽命評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)《Optics and optical instrumments-Lasers and laser-related equipment -Lifetime of lasers》（ISO 17526-2003) W激光器的工作電 流作為壽命評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，其表達(dá)式為：

【權(quán)利要求】
1. 一種有源電子式互感器的供能激光器老化壽命在線監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，該方法 包括如下步驟： (1) 判斷供能激光器工作狀態(tài) 實(shí)時(shí)采集得到合并單元供電電源的電流值Ii，判斷供能激光器工作狀態(tài)：若Ii-I。>I W11，則供能激光器開(kāi)啟；若I「I?！碔W11，則供能激光器關(guān)閉，此狀態(tài)下利用實(shí)時(shí)米集的供電電 源的電流值Ii循環(huán)更新I。直至供能激光器開(kāi)啟，其中，I。為供能激光器關(guān)閉時(shí)合并單元供 電電源的電流值，Ii為包含η個(gè)合并單元供電電源電流值的數(shù)據(jù)列{IpIfI1J，其中，i= 1，2, ···!!，i為采樣點(diǎn)數(shù)；供能激光器狀態(tài)切換引起的電流變化閾值Iwe =激光器功率/供 電電源電壓； (2) 獲取供能激光器驅(qū)動(dòng)電源的供電電流值Im 依據(jù)=Ii_I。得到供能激光器工作狀態(tài)下激光器驅(qū)動(dòng)電源的供電電流值Iuii ; (3) 異常點(diǎn)處理 對(duì)經(jīng)步驟（2)得到的供能激光器驅(qū)動(dòng)電源的供電電流值作異點(diǎn)處理，得到供能激 光器驅(qū)動(dòng)電源的供電電流值的有效數(shù)據(jù)列{Ιωι'、Ιω2'···〗_'}; (4) 低通濾波處理 采用低通濾波器對(duì)所述有效數(shù)據(jù)列做濾波處理，濾除其中的高頻噪聲，得到供能激光 器驅(qū)動(dòng)電源的供電電流值的平滑數(shù)據(jù)列Uuil"、Iui2" ···〗_"}; (5) 建立關(guān)系模型 根據(jù)供能激光器驅(qū)動(dòng)電源供電電流的上升比例義=^-1建立關(guān)聯(lián)模型βη=αη， 1LDl 得到供能激光器工作電流的上升比例βη; (6) 判斷供能激光器是否處于老化壽命狀態(tài) 對(duì)上述步驟得到的供能激光器工作電流的上升比例βη進(jìn)行邏輯判斷：若βη大于 25%，則表供能激光器的正常工作壽命結(jié)束，執(zhí)行報(bào)警操作，否則，表供能激光器的正 常工作壽命未結(jié)束。
2. 如權(quán)利要求1所述的供能激光器老化壽命在線監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，若供能激光 器仍處于正常工作壽命狀態(tài)，用實(shí)時(shí)采集得到的m個(gè)新的合并單元電源電流值Ii，加入原合 并單元電流值數(shù)據(jù)列，同時(shí)去除原合并單元電流值數(shù)據(jù)列的前m個(gè)數(shù)據(jù)，組成新的合并單 元電流值數(shù)據(jù)列{I(m+1)、I(m+2)、重復(fù)步驟（1)-(5)直至檢測(cè)到激光器處于老化壽 命狀態(tài)。
3. 如權(quán)利要求1所述的供能激光器老化壽命在線監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述異點(diǎn)處 理基于53H算法實(shí)現(xiàn)。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的供能激光器老化壽命在線監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述低通 濾波器為IIR數(shù)字低通濾波器。
【文檔編號(hào)】G01R31/00GK104237687SQ201410465646
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月12日
【發(fā)明者】李紅斌, 祝金金 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)