【摘 要】
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作为国家电网公司十二五发展规划的专项规划之一,光纤电流互感器具有动态范围大、动态响应快、抗电磁干扰性好等优势,但其至今都难以大规模实用化,最主要的原因便是光纤电流互感器的测量准确度问题。光纤电流互感器的测量准确度指的是互感器在测量一次电流时的电流误差,标准中对其性能指标如基本准确度和谐波准确度都作出了具体的规定。实际运行中,光纤电流互感器的测量准确度会受到温度、线性双折射效应、随机噪声、电网中谐波
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作为国家电网公司十二五发展规划的专项规划之一,光纤电流互感器具有动态范围大、动态响应快、抗电磁干扰性好等优势,但其至今都难以大规模实用化,最主要的原因便是光纤电流互感器的测量准确度问题。光纤电流互感器的测量准确度指的是互感器在测量一次电流时的电流误差,标准中对其性能指标如基本准确度和谐波准确度都作出了具体的规定。实际运行中,光纤电流互感器的测量准确度会受到温度、线性双折射效应、随机噪声、电网中谐波等因素的影响,可能会出现测量失准的情况,对电力系统的测量和保护造成严重的影响。因此,研究光纤电流互感器的测量准确度特性,分析其影响因素,针对互感器固有的零偏误差提出误差补偿措施,对于保证光纤电流互感器测量和保护功能的正常实现以及推进光纤电流互感器的大规模实用化具有重要意义。现有的针对光纤电流互感器测量准确度的研究大多集中在对互感器温度、线性双折射效应、随机噪声等单一因素的影响研究,缺少针对互感器测量准确度的多因素影响(温度、随机噪声、线性双折射效应、内部光学器件特性等)的研究,而互感器测量准确度是受到多因素耦合影响的,仅考虑单一因素的影响是不够的。本文以光纤电流互感器为研究对象,对基本准确度、谐波准确度及其影响因素开展了理论、仿真、实验研究。首先,基于光纤电流互感器的工作原理建立了互感器的闭环系统模型,并系统地分析了光纤电流互感器的误差来源,主要的误差来源有光路系统误差、随机噪声误差、电路误差。光路系统误差主要受内部光学器件特性及温度影响,随机噪声误差主要来源于光电器件引入的噪声,二者主要影响光纤电流互感器的基本准确度。电路误差来源于信号处理时各环节引入的信号衰减与延迟,主要影响光纤电流互感器的谐波准确度。其次,针对光纤电流互感器的基本准确度和谐波准确度的计算分析和影响因素展开研究。从光路系统误差、随机噪声误差两方面针对互感器的基本准确度展开研究,通过理论推导和绘制等比差线图定量地研究了起偏器、相位调制器、1/4波片、传感光纤特性及环境温度等对光路系统误差造成的影响,以及调制相位、计数带宽和一次电流对随机噪声误差造成的影响,综合二者提出光纤电流互感器的基本准确度计算公式。基于光纤电流互感器的闭环动态模型和传递函数,分析了互感器系统的幅频特性,进而提出了光纤电流互感器的谐波准确度计算公式,进一步定量分析了前置放大器放大倍数、A/D转换位数对谐波准确度的影响。最后,设计并搭建了光纤电流互感器测量准确度实验平台,根据标准规定的测试方法对光纤电流互感器样机进行了基本准确度、谐波准确度测量实验,得到了光纤电流互感器测量准确度随电流幅值、频率、叠加谐波的变化情况。实验结果与理论计算对比显示二者趋势一致,验证了理论分析的准确性。此外基于实验平台测量了光纤电流互感器的零偏误差,分析了其在互感器测量小电流时的比差影响,进一步基于自适应滤波法提出了光纤电流互感器的自适应误差补偿系统并通过仿真分析进行了误差补偿验证。仿真结果表明,自适应误差补偿系统可以很好地补偿零偏误差,使得测量比差大幅下降,满足互感器0.2级准确度要求。
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