一种基于虚拟仪器技术的光纤电流互感器模型特性评估方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力互感器评估技术领域，是一种基于虚拟仪器技术的光纤电流互感器模型特性评估方法。
【背景技术】
[0002]电子式互感器是智能变电站中一种重要的过程层设备，为智能变电站间隔层设备提供电流、电压信息，实现电力系统继电保护、电能计量、故障录波、状态监测等功能。电子式电流互感器实现了电流信号的实时测量和监测，为电力系统继电保护、电能计量等设备提供输入信号。电子式电流互感器的特性对于电力系统继电保护的正确动作有着重要的影响，特别是电力系统发生故障时，为了维持电力系统的稳定，要求保护快速动作而有效。随着智能电网、特高压和柔性直流输电技术的深入，对电子式电流互感器的特性提出了更高的要求。
[0003]现有技术标准对传统电流互感器的特性测试评估已经形成了统一的方法，而对光纤电流互感器的相关特性的研究较少。光纤电流互感器的稳态特性和暂态响应特性是表征其可靠性和环境适应性的重要性能指标，直接决定了光纤电流互感器的应用范围。光纤电流互感器的特性评估方法在一定程度上制约着光纤电流互感器精度的提高。现有的电流互感器特性评估装置大都使用标准电流互感器、升流器、调压器、电流负载箱、互感器校验仪等试验设备，通过现场测量获得电流互感器的指标数据，通常只着眼于电流互感器的稳态特性，如角差、比差等指标，缺乏其他相关特性的评估工作，如暂态特性、响应特性以及谐波特性。在实际变电站中，开展一次光纤电流互感器的特性评估工作，需要花费大量的精力和时间，并且在特性评估工作中存在一些操作误差及处理不准确等问题，导致光纤电流互感器特性评估存在准确性较差、测试过程繁琐、效率低等方面的问题。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于虚拟仪器技术的光纤电流互感器模型特性评估方法，通过虚拟仪器技术建立电流互感器的数学模型，进而进行电流互感器的特性评估工作，测试过程简单，效率较高。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供一种基于虚拟仪器技术的光纤电流互感器模型特性评估方法，包括如下步骤；
[0006](1)采用虚拟仪器技术建立光纤电流互感器的数学模型，为一种闭环控制模型，光源发出干涉光波，经光电探测器检测干涉信号光强变化，经过放大电路对检测到的光电信号进行放大，通过滤波电路进行模数转换，送入信号处理单元；形成闭环反馈电压信号进行调制电光相位调制器，完成相位调制器在光纤环中与外部电流导致的Faraday相移大小相等的非互易反馈补偿相移，信号处理单元获取补偿相位后经比例因子转换得光纤电流互感器的电流信息，简化的模型闭环控制框图以K1表示被测电流与相位差之间的转换系数，K2表示与光电转换系数、AD转换系数以及数字解调半周期采点数有关的前向通道增益，K3表示模拟输出端数模转换及其驱动电路、调制器等各个环节增益之积，设定光纤电流互感器模型的参数，包括光纤的Verdet常数、电流强度、环绕电力导线的光纤匝数，根据数学模型中各个比例环节的相互关系建立功能函数推导求解出系统传递函数；
[0007](2)采用虚拟仪器技术中的混合单频信号发生方法模拟输入常规电流信号，信号经过建立的光纤电流互感器数学模型，采用虚拟仪器技术的多态选择方法分别完成光纤电流互感器模型幅频、相频、阶跃响应和脉冲响应特性的评估；
[0008](3)采用虚拟仪器技术的合并信号方法，合并输入电流信号和采用虚拟仪器中的混合单频信号发生方法产生的多次谐波电流信号，采用虚拟仪器技术的频谱分析方法获取输出电流信号的幅值与相角，计算得出输出电流信号的标准幅值、实际幅值、角差、比差，完成光纤电流互感器模型的谐波特性评估；
[0009](4)设置多种工况下的暂态电流信号，采用虚拟仪器技术的合并信号方法合并输入电流信号和暂态电流信号，信号通过光纤电流互感器模型，采用虚拟仪器技术多态选择方法输出最终的电流信号，采用元素同址操作结构方法计算互感器的暂态特性内容，实现光纤电流互感器模型的暂态特性评估。
[0010]优选的，步骤(1)中采用虚拟仪器技术建立光纤电流互感器闭环数学模型，通过编程能简化光纤电流互感器模型的各比例环节，步骤(2)中采用的混合单频信号发生方法产生所需电流信号，步骤(3)中采用的合并信号的方法处理电流信号，采用的多态选择方法、频谱分析方法完成谐波特性评估，步骤(4)中采用步骤(3)所述的合并信号方法和元素同址操作结构方法完成暂态特性评估。
[0011]本发明的有益效果为:评估简单、效率高、实时性好、准确性高，便于修改与优化所建立的光纤电流互感器数学模型各项参数，可以完成不同参数下光纤电流互感器模型的特性评估，有利于提高光纤电流互感器的测试效率，为光纤电流互感器的技术性能评估提供技术支持，最终为电子式电流互感器在电力系统继电保护、电能计量、故障录波、状态监测等方面的应用提供强有力的试验论证。
【附图说明】
[0012]图1是本发明的光纤电流互感器特性评估示意图。
[0013]图2是本发明的光纤电流互感器的信号流程图。
[0014]图3是本发明简化后的光纤电流互感器闭环控制框图。
[0015]图4是本发明的输入电流信号的组成。
[0016]图5是本发明的特性评估内容分解示意图。
[0017]图6是本发明的光纤电流互感器特性评估方法流程图。
【具体实施方式】
[0018]如图1所示，为光纤电流互感器特性评估方法示意图，包括采用虚拟仪器技术的混合单频信号发生方法产生输入电流信号、采用虚拟仪器技术建立光纤电流互感器模型、信号采集与数据处理、特性评估四个过程。
[0019]如图2所示，光源发出干涉光波，经光电探测器检测干涉信号光强变化，经过放大电路对检测到的光电信号进行放大，然后通过滤波电路进行模数转换，送入信号处理单元，形成闭环反馈电压信号进行调制电光相位调制器，完成相位调制器在光纤环中与外部电流导致的Faraday相移大小相等的非互易反馈补偿相移，信号处理单元获取补偿相位后经比例因子转换得到光纤电流互感器的电流信息。
[0020]如图3所示，为本发明简化后的光纤电流互感器模型闭环控制框图，分别以K1表示被测电流与相位差之间的转换系数，K2表示与光电转换系数、AD转换系数以及数字解调半周期采点数有关的前向通道增益，K3表示模拟输出端数模转换及其驱动电路、调制器等各个环节增益之积。
[0021]如图4所示，为本发明的输入电流信号的组成，主要由常规电流信号、多次谐波电流信号和暂态电流信号组成。常规电流信号用于光纤电流互感器模型的频谱、阶跃和脉冲响应特性评估，谐波电流信号用于光纤电流互感器