一種基于虛擬儀器技術的光纖電流互感器模型特性評估方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電力互感器評估技術領域，是一種基于虛擬儀器技術的光纖電流互感器模型特性評估方法。
【背景技術】
[0002]電子式互感器是智能變電站中一種重要的過程層設備，為智能變電站間隔層設備提供電流、電壓信息，實現(xiàn)電力系統(tǒng)繼電保護、電能計量、故障錄波、狀態(tài)監(jiān)測等功能。電子式電流互感器實現(xiàn)了電流信號的實時測量和監(jiān)測，為電力系統(tǒng)繼電保護、電能計量等設備提供輸入信號。電子式電流互感器的特性對于電力系統(tǒng)繼電保護的正確動作有著重要的影響，特別是電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，為了維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，要求保護快速動作而有效。隨著智能電網(wǎng)、特高壓和柔性直流輸電技術的深入，對電子式電流互感器的特性提出了更高的要求。
[0003]現(xiàn)有技術標準對傳統(tǒng)電流互感器的特性測試評估已經(jīng)形成了統(tǒng)一的方法，而對光纖電流互感器的相關特性的研究較少。光纖電流互感器的穩(wěn)態(tài)特性和暫態(tài)響應特性是表征其可靠性和環(huán)境適應性的重要性能指標，直接決定了光纖電流互感器的應用范圍。光纖電流互感器的特性評估方法在一定程度上制約著光纖電流互感器精度的提高。現(xiàn)有的電流互感器特性評估裝置大都使用標準電流互感器、升流器、調壓器、電流負載箱、互感器校驗儀等試驗設備，通過現(xiàn)場測量獲得電流互感器的指標數(shù)據(jù)，通常只著眼于電流互感器的穩(wěn)態(tài)特性，如角差、比差等指標，缺乏其他相關特性的評估工作，如暫態(tài)特性、響應特性以及諧波特性。在實際變電站中，開展一次光纖電流互感器的特性評估工作，需要花費大量的精力和時間，并且在特性評估工作中存在一些操作誤差及處理不準確等問題，導致光纖電流互感器特性評估存在準確性較差、測試過程繁瑣、效率低等方面的問題。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題在于，提供一種基于虛擬儀器技術的光纖電流互感器模型特性評估方法，通過虛擬儀器技術建立電流互感器的數(shù)學模型，進而進行電流互感器的特性評估工作，測試過程簡單，效率較高。
[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種基于虛擬儀器技術的光纖電流互感器模型特性評估方法，包括如下步驟；
[0006](1)采用虛擬儀器技術建立光纖電流互感器的數(shù)學模型，為一種閉環(huán)控制模型，光源發(fā)出干涉光波，經(jīng)光電探測器檢測干涉信號光強變化，經(jīng)過放大電路對檢測到的光電信號進行放大，通過濾波電路進行模數(shù)轉換，送入信號處理單元；形成閉環(huán)反饋電壓信號進行調制電光相位調制器，完成相位調制器在光纖環(huán)中與外部電流導致的Faraday相移大小相等的非互易反饋補償相移，信號處理單元獲取補償相位后經(jīng)比例因子轉換得光纖電流互感器的電流信息，簡化的模型閉環(huán)控制框圖以K1表示被測電流與相位差之間的轉換系數(shù)，K2表示與光電轉換系數(shù)、AD轉換系數(shù)以及數(shù)字解調半周期采點數(shù)有關的前向通道增益，K3表示模擬輸出端數(shù)模轉換及其驅動電路、調制器等各個環(huán)節(jié)增益之積，設定光纖電流互感器模型的參數(shù)，包括光纖的Verdet常數(shù)、電流強度、環(huán)繞電力導線的光纖匝數(shù)，根據(jù)數(shù)學模型中各個比例環(huán)節(jié)的相互關系建立功能函數(shù)推導求解出系統(tǒng)傳遞函數(shù)；
[0007](2)采用虛擬儀器技術中的混合單頻信號發(fā)生方法模擬輸入常規(guī)電流信號，信號經(jīng)過建立的光纖電流互感器數(shù)學模型，采用虛擬儀器技術的多態(tài)選擇方法分別完成光纖電流互感器模型幅頻、相頻、階躍響應和脈沖響應特性的評估；
[0008](3)采用虛擬儀器技術的合并信號方法，合并輸入電流信號和采用虛擬儀器中的混合單頻信號發(fā)生方法產生的多次諧波電流信號，采用虛擬儀器技術的頻譜分析方法獲取輸出電流信號的幅值與相角，計算得出輸出電流信號的標準幅值、實際幅值、角差、比差，完成光纖電流互感器模型的諧波特性評估；
[0009](4)設置多種工況下的暫態(tài)電流信號，采用虛擬儀器技術的合并信號方法合并輸入電流信號和暫態(tài)電流信號，信號通過光纖電流互感器模型，采用虛擬儀器技術多態(tài)選擇方法輸出最終的電流信號，采用元素同址操作結構方法計算互感器的暫態(tài)特性內容，實現(xiàn)光纖電流互感器模型的暫態(tài)特性評估。
[0010]優(yōu)選的，步驟(1)中采用虛擬儀器技術建立光纖電流互感器閉環(huán)數(shù)學模型，通過編程能簡化光纖電流互感器模型的各比例環(huán)節(jié)，步驟(2)中采用的混合單頻信號發(fā)生方法產生所需電流信號，步驟(3)中采用的合并信號的方法處理電流信號，采用的多態(tài)選擇方法、頻譜分析方法完成諧波特性評估，步驟(4)中采用步驟(3)所述的合并信號方法和元素同址操作結構方法完成暫態(tài)特性評估。
[0011]本發(fā)明的有益效果為:評估簡單、效率高、實時性好、準確性高，便于修改與優(yōu)化所建立的光纖電流互感器數(shù)學模型各項參數(shù)，可以完成不同參數(shù)下光纖電流互感器模型的特性評估，有利于提高光纖電流互感器的測試效率，為光纖電流互感器的技術性能評估提供技術支持，最終為電子式電流互感器在電力系統(tǒng)繼電保護、電能計量、故障錄波、狀態(tài)監(jiān)測等方面的應用提供強有力的試驗論證。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的光纖電流互感器特性評估示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明的光纖電流互感器的信號流程圖。
[0014]圖3是本發(fā)明簡化后的光纖電流互感器閉環(huán)控制框圖。
[0015]圖4是本發(fā)明的輸入電流信號的組成。
[0016]圖5是本發(fā)明的特性評估內容分解示意圖。
[0017]圖6是本發(fā)明的光纖電流互感器特性評估方法流程圖。
【具體實施方式】
[0018]如圖1所示，為光纖電流互感器特性評估方法示意圖，包括采用虛擬儀器技術的混合單頻信號發(fā)生方法產生輸入電流信號、采用虛擬儀器技術建立光纖電流互感器模型、信號采集與數(shù)據(jù)處理、特性評估四個過程。
[0019]如圖2所示，光源發(fā)出干涉光波，經(jīng)光電探測器檢測干涉信號光強變化，經(jīng)過放大電路對檢測到的光電信號進行放大，然后通過濾波電路進行模數(shù)轉換，送入信號處理單元，形成閉環(huán)反饋電壓信號進行調制電光相位調制器，完成相位調制器在光纖環(huán)中與外部電流導致的Faraday相移大小相等的非互易反饋補償相移，信號處理單元獲取補償相位后經(jīng)比例因子轉換得到光纖電流互感器的電流信息。
[0020]如圖3所示，為本發(fā)明簡化后的光纖電流互感器模型閉環(huán)控制框圖，分別以K1表示被測電流與相位差之間的轉換系數(shù)，K2表示與光電轉換系數(shù)、AD轉換系數(shù)以及數(shù)字解調半周期采點數(shù)有關的前向通道增益，K3表示模擬輸出端數(shù)模轉換及其驅動電路、調制器等各個環(huán)節(jié)增益之積。
[0021]如圖4所示，為本發(fā)明的輸入電流信號的組成，主要由常規(guī)電流信號、多次諧波電流信號和暫態(tài)電流信號組成。常規(guī)電流信號用于光纖電流互感器模型的頻譜、階躍和脈沖響應特性評估，諧波電流信號用于光纖電流互感器