基于发光二极管的非接触式交流电压互感器

1.本发明涉及智能电网技术领域，具体涉及一种基于发光二极管的非接触式交流电压互感器。


背景技术：

2.在智能电网技术领域中，电压互感器是不可缺少的一种仪器，在电测量实验中用来扩大量限、测量电压、功率和电能。电压互感器的容量很小，一般都只有几伏安、几十伏安，最大也不超过一千伏安。
3.自从我国提出了在电力系统规划中应用智能电网的概念，宣告着电力系统正在向轻型化、智能化、数字化的方向高速发展。电子技术与计算机网络技术在电力系统中用途十分广泛，并且随着电力工业的长足发展，电力传输容量不断地增加，目前已经有1100kv等级的超高压出现，下一个电压等级有可能是1500kv或者2000kv。传统的仪用电磁式电压互感器的绝缘难度大、动态范围小、绕组散热困难、不够安全、易产生铁磁谐振等缺点，已难以满足新一代电力系统在线检测、高精度故障诊断、电力数字网等的发展需要，而基于泡尔克斯效应的电光晶体制成的光学电压互感器尽管能够克服上述的大部分缺点，但是也有着诸如对机械力与温度敏感、需要光源等缺点、材料成本偏高、需要精密的电路调试等缺点，无法满足户外暴恶环境，因此，提高电压互感器的量限，提升其便捷度，设计开发出新型的电压互感器业已成为迫切的要求。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于发光二极管的非接触式交流电压互感器，有效提高测量量程和响应频带宽、且稳定性高。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于发光二极管的非接触式交流电压互感器，包括电感应模块、光强度探测处理系统和绝缘支撑模块；所述光电感应模块通过绝缘支撑模块与待测高压线连接；所述光信号接收处理系统接收电感应模块的发光强度，并获探测的电压值。
6.进一步的，所述光强度探测处理系统包括依次连接的光强度探测模块、电信号放大模块、数据采集模块以及数据处理系统。
7.进一步的，所述电信号放大模块包括直流放大模块和交流放大模块，所述光强度探测模块接收电感应模块的发光强度，处理后分别通过直流放大模块和交流放大模块传送至数据处理系统。
8.进一步的，所述电感应模块包括导电基板一、导电基板二、发光二极管组；所述发光二极管组的一个端口连接所述导电基板一，所述发光二极管组的一个端口连接所述导电基板二。
9.进一步的，所述导电基板采用平面结构、弯曲结构或组合结构。
10.进一步的，所述导电基板的形状不限于长方形、正方形、圆形或者不规则形状及其
组合体。
11.进一步的，所述发光二极管组包括一个或者两个及以上的发光二极管。
12.进一步的，所述发光二极管采用氮化镓基发光二极管、有机发光二极管、量子点发光二极管或其组合。
13.进一步的，所述绝缘支撑模块采用单边开口的壳体，外壳壁镜像侧设置有以用绝缘材料制作形成的绝缘夹板用以固定导电基板、隔离绝缘外壳。
14.进一步的，所述绝缘支撑模块采用的材料绝缘陶瓷、绝缘塑料或其组合。
15.本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明相对于传统的电磁式电压互感器，结构简单，维护便捷，不含有铁芯，且电感应模块与光强度探测模块之间使用光纤进行光信号的传输，所以该模型相对于传统的电压互感器，无铁芯无线圈，因此消除了磁饱和以及铁磁谐振，抗电磁干扰能力强，并易于实现数字化处理和计量。
附图说明
16.图1为本发明实施例的原理图。
17.图2为本发明实施例的一种电感应模块结构示意图图3为本发明实施例的另一种电感应模块结构示意图；图4为本发明实施例的第三种电感应模块结构示意图；图5为本发明实施例的第四种电感应模块结构示意图；图6为本发明实施例的运行系统流程图；图7为实验室测试波形数据；图8为感应器件的简单电路图；图9为本发明实施例的系统软件界面；图中，101为导电基板一，102为导电基板二，103为发光二极管组，2为屏蔽外壳，3为光纤，4为绝缘夹板。
具体实施方式
18.下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
19.请参照图1，本发明提供一种基于发光二极管的非电学接触式交流电压互感器，包括电感应模块、光强度探测处理系统、绝缘支撑模块。其中电感应模块用以感应因架空输电线的高压，使得级间因高压激发产生交变电场并点亮级间发光二极管（组）；所述光强度探测处理系统用以获取发光二极管组发光强度，经由光电探测与转换模块将光信号转换为电信号，并经过数据处理模块利用软件方式对信号进行误差矫正，减少系统的不稳定性和误差，并且最终传输至用户一端。
20.本本发明的工作原理如图1所示，所述电感应模块靠近所探测的高压输电线，由电磁场的理论可知悉，带电导体周围可激发出矢量电场，以地面作为参考电位，架空输电线与地面之间会出现一个场强区域，满足麦克斯韦方程组，但由于输电线路工作在工频电压之下，所以下方的电场随着时间的变化很慢，可忽略磁场的变化率对于电场的影响，因此架空输电线路均可视为电准静态场，所以置于场中的两径向排列的极板将会出现周期性变化电
势差，极性相反的静电电荷在感应电极上累积。当外部电压的极性发生变化时，静电电荷的数量和极性也随之发生变化，从而当正向电流流过led时驱动导发光二极管发光。
21.在本实施例中，电感应模块依次由导电基板一101、发光二极管组103、导电基板二102组成，其外侧设有2为屏蔽外壳与4为绝缘夹板。
22.优选的，导电基板可以但不限于平面结构或弯曲结构及其组合，并且所述导电基板的形状不限于长方形、正方形、圆形或者不规则形状及其组合体，并且两导电基板不一定相互平行，只需满足导电基板一与导电基板二在径向具有一定间距即可。
23.在本实施例中，电感应模块直接靠近架空高压输电线，并且在高压的激发下，导电基板一与导电基板二之间受高压的激发将产生交变电场，发光二极管（组）内部电子在交变电场作用下周期性震荡，实现周期性光输出。
24.在本实施例中，发光二极管组中的二极管个数为一个或者两个及以上。
25.在本实施例中，所述发光二极管组包括但不限于普通发光二极管，或者包括氮化镓基发光二极管、有机发光二极管、量子点发光二极管或其组合。
26.在本实施例中，光强度探测处理系统以光纤作为传输媒介，采集两导电基板之间的发光二极管组产生的光信号，并由光电探测与转换模块实现光信号到电信号转换，经由数据采集模块与处理模块将最终有效电压值及波形数值化后传输至用户一端。
27.如图2所示，图2为本实施例的一种电感应模块最简结构示意图。其感应结构自上而下依次包括导电基板101、一个发光二极管103、导电基板102。其中发光二极管103为单一的普通发光二极管。所述电感应模块直接靠近架空高压输电线，在高压的激发下，导电基板一与导电基板二之间受高压的激发将产生交变电场，器件内部的发光二极管103电子在交变电场作用下实现周期性光输出。
28.如图3所示，图3为本实施例的第二种电感应模块结构示意图。其中发光二极管组103为多个发光二极管并联的发光二极管组。
29.如图4所示，图4为本实施例的第三种电感应模块结构示意图。其中发光二极管组103为多个发光二极管串联电阻的小电路模块再并联接入电路的发光二极管组，串联电阻旨在防止发光二极管因电压过高而出现击穿的现象。
30.如图5所示，图5为本实施例的第四种电感应模块结构示意图。其感应结构自上而下包括了上金属半圆电极104，绝缘外圈107，发光二极管或发光二极管组组106，绝缘光纤108，下金属半圆电极105，所述的电感应模块靠近架空高压输电线，在工频电压下，两金属半球形成交变电场，外部载流子通过两金属半球注入发光二极管（组），驱动发光二极管在正半周进行发光，该形态下的电感应模块包裹性良好，结构简单，绝缘性好，且与平行板型电压互感器作对比来讲，边缘效应相对较小。
31.进一步的实施例中，对于电压互感器在靠近实验室激发的高压输电线的光信号采集之后示波器输出波形如下图7所示，需要说明的是，发光二极管在低频激发电场的情况下会呈现出正半周发光的趋势。
32.以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。