专利名称：一种光学电压传感器及实现该传感器的自校准方法
技术领域：
本发明涉及光学电压传感器及实现该传感器的自校准方法。
背景技术：
电压互感器是电力系统中进行电压测量的重要设备，其测量精度和运行可靠性与电力系统的安全、可靠和经济运行密切相关。目前使用的电压互感器主要有电磁式电压互感器、电容分压式电压互感器和电子式电压互感器。随着智能电网的发展，电子式电压互感器得到越来越多的关注和应用。光学电压互感器采用Pockels电光效应原理，它具有无频带测量限制，能准确反映包括非周期分量在内的全电压信息等特点，是最理想的电子式电压互感器，是电子式电压互感器发展的主要方向。光学电压传感器是光学电压互感器的核心部件，其测量精度的温漂问题一直是光学电压互感器难于实用化的主要原因之一。根据光学电压传感原理，光学电压传感器属于开环测量系统。开环测量系统的高测量精度依赖于传感系统各部分参数的高稳定性，传感系统任何一部分的受温度的影响而产生变化，必然带来电压传感器输出信号的漂移，从而
产生测量误差。提高光学电压传感器测量精度最直接的方法是采用参数稳定的结构和材料，但是由于技术和造价等方面的原因，这种方法目前还难以实现。目前提高光学电压传感器测量精度的方法主要是补偿方法。这些补偿方法一般都是对传感系统的某个环节采取温度补偿措施。尽管在某种程度上这些补偿方法提高了光学传感器的测量精度，但是温度对传感系统的影响存在很大的分散性和不确定性。综上所述，现有光学电压传感器测量精度的一致性和长期温度稳定性很难满足电力系统对电压测量精度的要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有光学电压传感器测量精度温度稳定性差的问题，从而提供一种光学电压传感器及实现该传感器的自校准方法。一种光学电压传感器，它包括光学电压传感单元、基准电压源和远端采集模块，光学电压传感单元的上端电极连接该光学电压传感器的一个待测电压信号输入端，该输入端为非接地端，基准电压源的接地端为该光学电压传感器的另一个待测电压输入端，该输入端为接地端，基准电压源的基准电压信号输出端连接光学电压传感单元的下端电极；基准电压源输出的电压信号的频率大于待测电压信号的频率；远端采集模块采集基准电压源输出的基准电压信号，所述远端采集模块将采集到的电压信号转换成光脉冲信号输出至光学电压传感器的校准电压输出端；光学电压传感单元的光源输入端是该光学电压传感器的光源输入端；光学电压传感单元的感应信号输出端是该光学电压传感器的光学电压传感信号输出端；远端采集模块的基准电压输出端是该光学电压传感器的基准电压输出端。实现上述光学电压传感器的自校准方法，光学电压传感器的一个待测电压信号输入端与被测电压源输出电压信号仏的非接地端连接；基准电压源的接地端与被测电压源接地端连接；远端采集模块采集基准电压源的输出电压信号队，所述远端采集模块将采集到的电压信号转换成光脉冲信号，然后通过光纤传输至电压互感器的二次转换器；所述电压互感器的二次转换器发出的光源通过光纤传输至光学电压传感单元的光源输入端，光学电压传感单元同时敏感电压信号U1与队，并通过光纤传输至电压互感器的二次转换器；电压互感器的二次转换器对接收到的模拟光信号进行处理，获得感应被测电压信号和感应基准电压信号；该二次转换器还接收光学电压传感器的校准电压输出端输出的光脉冲信号，通过数字解调后得到基准电压信号；该二次转换器还利用离散傅立叶算法实现对获得的感应基准电压信号和基准电压信号的有效值计算，通过对计算得到的感应基准电压信号和基准电压信号有效值的实时比较，得到光学电压传感器的输出自校准系数；然后，利用此自校准系数对光学电压传感单元敏感的感应被测电压信号进行修正，得到不受环境温度影响的被测电压输出信号；该二次转换器还将对被测电压信号按照FT3格式进行数据组帧，采用异步方式通过光纤发送至合并单元。所述方法具体为基准电压源产生频率为f2、有效值为U2的电压信号，二次转换器从光学电压传感器的基准电压输出端接收的基准电压信号经过解调处理后，得到的电压信号表示为
权利要求
1.一种光学电压传感器，其特征是它包括光学电压传感单元0-1)、基准电压源 (2-2)和远端采集模块0-3)，光学电压传感单元(2-1)的上端电极连接该光学电压传感器 (2)的一个待测电压信号输入端，该输入端为非接地端，基准电压源0-2)的接地端为该光学电压传感器( 的另一个待测电压输入端，该输入端为接地端，基准电压源(2- 的基准电压信号输出端连接光学电压传感单元的下端电极；基准电压源(2- 输出的电压信号的频率大于待测电压信号的频率；远端采集模块(2- 采集基准电压源(2- 输出的基准电压信号，所述远端采集模块(2- 将采集到的电压信号转换成光脉冲信号输出至光学电压传感器的校准电压输出端；光学电压传感单元的光源输入端是该光学电压传感器的光源输入端；光学电压传感单元的感应信号输出端是该光学电压传感器 (2)的光学电压传感信号输出端；远端采集模块0-3)的基准电压输出端是该光学电压传感器⑵的基准电压输出端。
2.实现权利要求1所述的一种光学电压传感器的自校准方法，其特征是光学电压传感器的一个待测电压信号输入端与被测电压源(1)输出电压信号仏的非接地端连接； 基准电压源0-2)的接地端与被测电压源(1)接地端连接；远端采集模块(2- 采集基准电压源0-2)的输出电压信号队，所述远端采集模块(2- 将采集到的电压信号转换成光脉冲信号，然后通过光纤传输至电压互感器的二次转换器(3)；所述电压互感器的二次转换器C3)发出的光源通过光纤传输至光学电压传感单元的光源输入端，光学电压传感单元同时敏感电压信号仏与队，并通过光纤传输至电压互感器的二次转换器(3)； 电压互感器的二次转换器C3)对接收到的模拟光信号进行处理，获得感应被测电压信号和感应基准电压信号；该二次转换器C3)还接收光学电压传感器的校准电压输出端输出的光脉冲信号， 通过数字解调后得到基准电压信号；该二次转换器C3)还利用离散傅立叶算法实现对获得的感应基准电压信号和基准电压信号的有效值计算，通过对计算得到的感应基准电压信号和基准电压信号有效值的实时比较，得到光学电压传感器的输出自校准系数；然后，利用此自校准系数对光学电压传感单元(2-1)敏感的感应被测电压信号进行修正，得到不受环境温度影响的被测电压输出信号；该二次转换器C3)还将对被测电压信号按照FT3格式进行数据组帧，采用异步方式通过光纤发送至合并单元(4)。
3.根据权利要求2所述的一种光学电压传感器的自校准方法，其特征在于所述方法具体为基准电压源(2- 产生频率为f2、有效值为U2的电压信号，二次转换器C3)从光学电压传感器的基准电压输出端接收的基准电压信号经过解调处理后，得到的电压信号表示为η2{η) = 4 ·υ2· η{2π· /2· η+φ2)其中η为数据样本的计数；tn为第η个数据的采样时间；豹为远端采集模块(2-3)采集的基准电压信号的初始相位；二次转换器C3)从光学电压传感器的光学电压传感信号输出端接收光学电压传感单元(2-1)敏感获得的感应被测电压信号和感应基准电压信号，并对该信号进行数据处理，得到感应被测电压为
4.根据权利要求1所述的一种光学电压传感器的自校准方法，其特征在于光学电压传感单元(2-1)是基于Pockels电光效应原理同时敏感获得感应被测电压信号与基准电压信号。
全文摘要
一种光学电压传感器及实现该传感器的自校准方法，涉及光学电压传感器及实现该传感器的自校准方法。它通过设计基准电压源，实现了光学电压传感器的自校准功能，解决现有光学电压传感器测量精度温度稳定性差的问题。本发明采用离散傅立叶算法得到电压信号的有效值，通过增加计算样本数和加窗处理来降低频率波动对有效值计算的影响，提高了自校准系数的稳定性。本发明所述的光学电流传感器解决了光学电压传感器测量结果受温度影响的缺点，经过测试，在-40～60℃的温度范围内测量精度达到了IEC 0.2级计量要求。本发明适用于电压互感器的设计中。
文档编号G01R19/25GK102435829SQ201110334618
公开日2012年5月2日 申请日期2011年10月28日 优先权日2011年10月28日
发明者于文斌, 张国庆, 王贵忠, 申岩, 路忠峰, 郭志忠 申请人:北京许继电力光学技术有限公司, 哈尔滨工业大学