自适应复合反馈光学电流互感器及测定电流方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统高压线路电流测量及控制应用技术领域，特别设及一种自适 应复合反馈光学电流互感器及测定电流方法。
【背景技术】
[0002] 电流互感器是电力系统计量和保护控制的重要设备，电磁式电流互感器经过长期 发展，其测量稳态电流的精度可达万分之几，甚至更高；可是在短路故障情况下电磁式电流 互感器出现严重的磁饱和现象，导致二次输出电流波形失真，不能描述短路电流的过渡过 程，该是继电保护误动和拒动的主要原因之一。今后，电力系统的监视与控制将走向全时间 过程，从局部走向全局。继电保护的误动和拒动会给电力系统带来灾难性的事故，因此，人 们正在构建电力系统安全防御体系。
[0003] 传统的电磁式电流互感器不能反映电网动态过程，迫切需要新型的电流互感器， 于是基于法拉第磁光效应的光学电流互感器受到重视，特别是直通光路和块状光学电流互 感器。2007年5月16日中国专利局公开了申请号为200510117694. 8名称为"光学电流互 感器及其测定电流的方法"的发明专利说明书。其技术方案是；传感头为直条状磁光材料， 沿直线布置的输入光纤、输入自聚焦透镜、起偏器、光学传感头、检偏器、平行输出自聚焦透 镜和光纤及垂直输出自聚焦透镜和光纤构成基本光路。被测电流通过环形导体，在其腔内 建立平行磁场，在磁场内至少有一条基本光路，其传感头与磁力线平行。多个光路时各传感 头等长且到环形导体轴线等距，每光路的输出光纤分别接低压侧的两个光电转换器，输出 平行电压信号和垂直电压信号，从而算出被测电流。
[0004] 该发明传感头中的偏振光直通，克服"光绕电"式的光学电流互感器的光路缺陷， 不会因反射面变性而失稳。该互感器能长期稳定运行且测量精度较高；但是该发明还有不 足之处，表现在；该方法在测量交流电流是采用多个光路求平均值提高测量精度，由于在法 拉第磁光效应的光学电流互感器中，线性双折射、Verdet常数等参数与法拉第旋转角乘积 在一起，该些参数在实际运行过程中是时变量，采用该专利的方法无法将其完全分离，该样 的光学电流互感器测量精度的提高也很有限。因此要解决的技术问题是提供一种双环复合 传感光学电流互感器，用W分离光学电流互感器的线性双折射和Verdet常数等时变参数， 并加W计算消除，进一步提高光学电流互感器的测量精度。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的提供了一种自适应复合反馈光学电流互感器及测定电流方法，所述 自适应复合反馈光学电流互感器包括磁光传感单元为双环复合磁光传感单元和N个单级 磁光传感单元的两种结构；分述如下：
[0006] 一种自适应复合反馈光学电流互感器包括智能随调光源、光分路器、前置光探测 器、后置光探测器、磁光传感单元、准直器、起偏器和检偏器，其特征在于，该光学电流互感 器的磁光传感单元为双环复合磁光传感单元；所述光学电流互感器由智能随调光源31、一 级光分路器17、二级光分路器18、一级前置光探测器19、二级前置光探测器20、双环复合磁 光传感单元12、二级垂直光探测器21、二级平行光探测器22、一级平行光探测器23和智能 光学矢量信号处理器32配置而成；其中智能随调光源31、一级光分路器17和双环复合磁 光传感单元12串联布置，智能光学矢量信号处理器32分别连接智能随调光源31和双环复 合磁光传感单元12 ;所述一级前置光探测器19、二级前置光探测器20、二级垂直光探测器 21、二级平行光探测器22、一级平行光探测器23分别和智能光学矢量信号处理器32连接； 一级光分路器17和二级光分路器18分别与一级前置光探测器19和二级前置光探测器20 连接。
[0007] 所述双环复合磁光传感单元12的构成包括；一级磁光材料3和二级磁光材料33 紧贴在一起，一级磁光材料3比二级磁光材料33长1/3?1/4 ;包括一级输入准直器1、一 级起偏器2布置在一级磁光材料3的左端、一级检偏器4、一级平行准直器5布置在一级磁 光材料3的右端、一级垂直输出准直器6布置在一级检偏器4的下面，并与一级平行准直器 5垂直，其输出对准二级光分路器18 ;二级输入准直器7、二级起偏器8布置在二级磁光材 料33的左端、二级检偏器9、二级平行准直器10布置在二级磁光材料33的右端，二级垂直 准直器11布置在二级检偏器9的下面，并与二级平行准直器10垂直，一级平行准直器5、二 级平行准直器10和二级垂直准直器11的输出分别对准一级平行光探测器23、二级平行光 探测器22和二级垂直光探测器21 ;所述一级磁光材料3和二级磁光材料33为直条状磁光 传感玻璃或者直条状磁光传感晶体，或是磁光传感光纤；当一级磁光材料3和二级磁光材 料33是磁光传感光纤时，磁光传感光纤是均匀绕制在圆柱形通电导体45上。
[000引所述的智能随调光源31由光源控制CPU 13、预制信号发生器14、信号功率驱动器 15和随调光源16顺次连接构成；其中随调光源16与一级光分路器17连接，光源控制器CPU 13与智能光学矢量信号处理器32连接。
[0009] 所述智能光学矢量信号处理器32包括；预制信号成分分离单元24、前置信号成分 分离单元25、垂直矢量信号锁定单元26、平行矢量信号锁定单元27和后置信号成分分离单 元28分别与信号模数转换器30连接，信号模数转换器30和信号处理CPU 29连接，信号处 理CPU 29和光源控制CPU 13连接。
[0010] 所述垂直矢量信号锁定单元26和平行矢量信号锁定单元27采用相同的结构统称 为矢量信号锁定单元；所述矢量信号锁定单元由矢量信号窄带预制单元46的输出端分别 与矢量信号乘积单元47的输入端和矢量信号延迟乘积单元48的输入端相连；矢量信号乘 积单元47的信号输出端与到矢量信号延迟乘积单元48的输入端相连，矢量信号乘积单元 47的信号输出端和矢量信号延迟乘积单元48的输出端分别与矢量信号处理单元49的输入 端相连构成；其中，矢量信号窄带预制单元46由初级放大器50、预制频带滤波器51和中级 放大器52顺次连接组成；矢量信号乘积单元47由预制信号发生器53、信号乘法滤波器54 和低通滤波器55顺次连接组成；矢量信号延迟乘积单元48由预制信号相位延迟器56、延 迟信号乘法滤波器57和延迟低通滤波器58顺次连接组成；矢量信号处理单元49由AD模 拟/数字转换器59、矢量信号CPU中央处理器60和DA数字/模拟转换器61顺次连接组 成。
[0011] 所述预制信号成分分离单元24、前置信号成分分离单元25和后置信号成分分离 单元28采用相同的结构，统称为信号成分分离单元63 ;所述的信号成分分离单元63由同 步减法器64的输出分别与上升隔离开关66、限幅整形器69和信号成分分离单元63的输出 端相连；所述限幅整形器69的输出端与H分频器70相连，H分频器70的输出端分别与上 升隔离开关66和下降隔离开关68相连，上升隔离开关66的输出与周期积分器67相连，周 期积分器67的输出信号通过下降隔离开关68进入到跟随保持器65,跟随保持器65的输出 与同步减法器64相连组成。
[0012] 一种自适应复合反馈光学电流互感器，所述光学电流互感器包括智能随调光源、 光分路器、前置光探测器、后置光探测器、磁光传感单元、准直器、起偏器和检偏器，其特征 在于，该光学电流互感器的磁光传感单元包括N个单级磁光传感单元；由智能随调光源31、 N个单级磁光传感单元、光分路器、单级前置光探测器、单级后置光探测器和单级智能光学 矢量信号处理器62按照光传输光路布置构成；所述单级磁光传感单元由D-1单级磁光传感 单元至D-N单级磁光传感单元顺序串联，其中D-1单级磁光传感单元至D-N单级磁光传感 单元结构相同，且N为1 W上的正整数；每个单级磁光传感单元由单级光分路器34分别连 接单级前置光探测器41及单级磁光路43的左端，单级磁光路43的右端连接单级平行