[发明专利]一种电子式互感器的节能光电传输系统及方法

说明书

本发明涉及一种新型电子式互感器的节能光电传输系统及方法。将模数转换后的采样时钟和采样数据信号进行叠加，产生区分明显的阶梯电信号，将阶梯电信号转换为阶梯光信号，耦合进光纤并传输到低压侧，在低压侧将阶梯光信号转换为阶梯电信号，分解出采样时钟和采样数据信号，送入FPGA数据处理模块，实现对母线电流的实时监控。本发明极大地降低了光纤通信的功耗与成本，提高了信号的同步性，且满足电子式互感器0.5级准确级标准。本发明提出的节能光电传输方法可以将电子式互感器的高压侧功耗降低至5mW以下，可采用一次性大容量电池供能，从而解决传光型电子式互感器的高压侧供能问题。

技术领域

本发明属于电力系统大电流测量技术领域，具体涉及一种新型电子式互感器的节能光电传输系统及方法。

背景技术

传光式光学电流互感器(OCT)用光纤将传感单元采集的数字信号传输至低压侧信号处理电路，具有测量灵敏度高，温漂小，性能稳定，绝缘性能佳等优势，有望在智能电网中实现大规模应用。目前传光式光学电流互感器的供能方案多采用母线取电和激光供能两种，母线取电通过感应线圈从处于高电位的母线获取电能，但线圈存在饱和区，供电存在死区。激光供能在低压侧通过大功率半导体激光器将电能转化为光能，通过传能光纤传递到高压侧，由光电池转换为电能，但成本较高，能量转换效率低。供能方式的缺陷制约了传光式光学电流互感器的发展，提出合适的供能方案及其配套设计成为当务之急。一次性锂-二氧化硫电池是一种稳定可靠的供能方案，其电池容量可达到180Wh，以现有文献报道的传光式OCT的高压端功耗(40mW) 计算，仅能维持6个月。按普通互感器4年的检修周期计算，高压端功耗不应超过5mW。因此迫切需要提出一种新型的光电传输方法，使其高压侧功耗小于5mW，且各项性能指标满足0.5 级电子式互感器需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型电子式互感器的节能光电传输系统及方法，在高压侧将串行外设接口(Serialperipheralinterface,SPI)的采样时钟SCLK和采样数据DOUT叠加为一个四电平阶梯信号，转换为光信号并耦合进光纤传输到低压侧，在低压侧通过比较器和门电路实现 SCLK和DOUT的还原；为了进一步降低功耗，本方法采用超高亮LED作为高压侧电光转换器件，并使其工作在极低电流条件下(小于1mA)，其功耗小于2mW；采用高灵敏度的硅雪崩光电探测器(APD)作为微弱光信号的接收器件。由于该方法将两路信号传输改进为一路信号传输，且LED工作在低功耗状态，可以有效地降低光电传输系统的功耗和成本，提高传输信号的同步特性和可靠性。该方法可以将电子式互感器的高压侧功耗降低至5mw以下，使一次性大容量电池供电成为可能，从而解决传光型电子式互感器的高压侧供能问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种新型电子式互感器的节能光电传输系统，包括信号叠加与发射模块、信号接收与分解模块；其中，

所述信号叠加与发射模块，用于叠加高压侧的采样时钟和采样数据，将叠加信号转换成光信号并耦合进光纤；

所述信号接收与分解模块，用于将光纤传输到低压侧的光信号转为电信号并分解为采样时钟和采样数据。

在本发明一实施例中，所述信号叠加与发射模块包括：

驱动电路单元，用于叠加采样时钟和采样数据并产生区分明显的四电平阶梯信号；

LED单元，用于将阶梯信号转换为阶梯光信号；

光路单元，用于将阶梯光信号耦合进光纤。

在本发明一实施例中，所述信号接收与分解模块包括：

光电转换单元，用于将阶梯光信号转换为阶梯电信号；

信号分解单元，用于将阶梯电信号分解为三个普通数字信号；

低压侧门电路单元，用于对三个普通数字信号进行运算，得到采样时钟和采样数据。