光学电压互感器是能够满足智能电网要求的新型电压互感器，是智能变电站的关键基础设备。光学电压互感器实用化所面临的主要问题是：测量精度较低、运行稳定性和可靠性差。随着智能电网建设的全面展开，光学电压互感器的实用化研究已经迫在眉睫。在综合评述现有的技术和研究现状的基础上，本文将基于保偏光纤模间干涉的全光纤电压互感器作为研究对象。针对其在实用化推进过程中所存在的主要问题，从全光纤电压互感器高压端的优化设计、传感头性能影响因素的分析以及保偏光纤模间干涉输出边瓣的拾取等几个方面进行深入的研究。论文的主要内容有：首先，设计了一种基于保偏光纤模间干涉和石英晶体逆压电效应的全光纤电压互感器的整体结构并阐述其工作原理。对保偏光纤模间干涉原理进行了介绍，定义了保偏光纤模间干涉拍长。采用有限元法对椭圆芯保偏光纤和保偏光子晶体光纤模间干涉特性进行了仿真研究，比较分析了两种光纤的二阶模截止特性及模间干涉拍长随波长的变化规律。对系统的传感原理进行了分析，建立了系统的数学模型，并对系统中的光学器件进行了选择。其次，利用有限元法对全光纤电压互感器高压端内电场分布进行了仿真计算。比较研究了绝缘子的内径尺寸、环氧树脂管的厚度、石英晶体的支撑柱位置、石英晶体位置等参数变化时内电场分布的变化规律，进行了传感头结构的优化设计。再次，对全光纤电压互感器的传感头性能影响因素进行了分析。论述了温度引起的石英晶体热膨胀效应和压电性质的改变以及温度对椭圆芯保偏光纤的热光效应以及内部的热膨胀效应所产生影响，建立了温度对全光纤电压互感器高压端光学电压传感器影响的数学模型。针对温度所带来的影响，提出了自适应反馈跟踪补偿方案，使电压传感器能够自动适应温度的变化。然后，分析了椭圆芯保偏光纤干涉模场半径与波长之间的关系。通过对几种模间干涉输出边瓣拾取方案进行的分析和比较，提出了一种椭圆芯保偏光纤模间干涉输出边瓣的拾取方案。实验测试表明该拾取方案可行。最后，通过压电陶瓷调制光纤长度对椭圆芯保偏光纤的模间干涉拍长进行了测量。利用压电陶瓷对温度自适应补偿方案进行了验证。利用高压实验变压器对所设计的全光纤电压互感器进行了可行性实验研究，并对实验结果进行了分析。