[发明专利]一种采用双闭环控制的全光纤电流互感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电流互感器，特别是一种采用双闭环控制光波相位差和调制波复位误差的全光纤电流互感器装置。

背景技术

电流互感器(简称CT)是电力系统中继电保护与电能计量的重要设备，其长期稳定性、可靠性、安全性与电力系统的安全、稳定运行密切相关。

目前常用的电流互感器主要为电磁式电流互感器，其利用了电磁感应的原理将高压侧的电流转换到低压侧，因此存在一些原理上不能克服的困难，如铁磁谐振、磁饱和、频带有限、需充油充气、二次开路隐患等问题。

新型的基于Faraday效应的光学电流互感器可以克服以上问题，光学电流互感器从结构上可以分为磁光玻璃结构和全光纤结构。其中磁光玻璃结构的电流互感器的玻璃块中传播的光波在磁场作用下发生偏转，通过检测偏转角度可以得到所施加的磁场强度，从而得出穿过的电流大小，此方案为开环方案，因此存在测量范围小、灵敏度低、长期稳定性差等缺点；另一种结构为全光纤的结构，在敏感光纤中传播的两束光波之间会产生正比于磁场的相位差，利用干涉的方法可以检测出此相位差，从而得出与磁场对应的电流大小，通过低压侧的光学相位调制器可以实现对相位差的闭环检测，这样就可以达到一个很大的测量范围，但是现有技术存在一定缺陷：第一、由于调制器的性能会发生缓慢漂移，单一闭环控制不能保证互感器长期的稳定性；第二、光路较为复杂，使用了较多的独立光学元器件，过多的光学元器件不利于光路的长期稳定；第三、线偏振光路对光源出射光要求较高，光路兼容性较差。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种光路简单、易于实现、测量范围广、灵敏度高、长期稳定性好的的采用双闭环控制的全光纤电流互感器。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用双闭环控制装置实现对进入集成光学器件中的两束线偏振光的相位置零闭环控制和调制波复位闭环控制，克服了集成光学器件的缓慢漂移产生的测量误差，在保证测量范围广、灵敏度高的同时提高了互感器的长期稳定性；

(2)本发明的双闭环控制装置通过AD、DA转换器、运算放大器、积分器、可变数字电阻等常用器件组成双闭环控制体系，结构简单、易于实现，且控制灵敏度高、稳定性好；

(3)本发明采用了一种通过钛扩散和质子交换两种工艺制成的特种集成光学器件，大大降低了光路复杂度，同时提高了光路长期稳定性；

(4)本发明光路中采用了一个Loyt消偏器，降低了对激光器偏振特性的要求，可以适应任意偏振态的半导体激光器，提高了光路兼容性的同时也改善了光路的稳定性；

(5)本发明双闭环控制装置中方波调制器产生四种形式的调制方波信号，有利于调制方波复位误差和两束椭圆偏振光产生相位差的提取，提高了双闭环控制的精度及稳定性；

(6)本发明双闭环控制装置中AD转换器和主DA转换器采用10位以上，副DA转换器或可变数字电阻采用8位以上的器件，可以提高双闭环控制的控制范围及稳定性。

附图说明

图1为本发明全光纤电流互感器的结构原理图；

图2为本发明全光纤电流互感器中双闭环控制装置的结构原理图；

图3是本发明全光纤电流互感器中集成光学器件的结构示意图；

图4为本发明全光纤电流互感器双闭环控制装置中方波调制器产生的调制方波信号波形图；

图5为本发明全光纤电流互感器双闭环控制装置中方波调制器产生的调制方波信号与阶梯波生成器产生的阶梯波叠加后形成的复位波形图。

具体实施方式

本发明光纤电流互感器的本质是利用两束光的干涉原理，通过测量干涉光强度的变化得到被测电流。所提出的双闭环控制除了完成对电流引起的相位置零外，还对调制波复位进行了准确控制。

如图1所示，为本发明光纤电流互感器的结构原理框图。光路部分包括光源1、Loyt消偏器2、集成光学器件3、保偏光纤延迟线4、λ/4波片5、敏感光纤6、反射镜7、光电探测器8和双闭环控制装置9。光源1的尾纤与Loyt消偏器2连接、Loyt消偏器2的另一端与集成光学器件3的a端连接，光电探测器8与集成光学器件3的b端连接，集成光学器件3的c端与保偏光纤延迟线4对轴连接，保偏光纤延迟线4的另一端与λ/4波片5的入端连接，λ/4波片5的出端与敏感光纤6的一端连接，敏感光纤6的另一端与反射镜7连接。光电探测器8的输出信号送至双闭环控制装置9，由双闭环控制装置9产生控制信号控制集成光学器件3。