【摘 要】
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现代电网发展迅速,对于数字化与智能化提出了更高的要求,全光纤电流互感器（FOCT）在传感能力、响应度等方面具有显著优势,符合现代电力系统发展要求。但由于其测量稳定性与精度问题限制了 FOCT在电力系统中的应用,在集成性高的智能变电站中振动造成的精度问题尤为明显。为此,本文分析了振动对于FOCT输出误差的影响,建立了振动误差数学模型,提出了双光路FOCT结构及信号处理方法,能够提高FOCT测量精度、
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现代电网发展迅速,对于数字化与智能化提出了更高的要求,全光纤电流互感器（FOCT）在传感能力、响应度等方面具有显著优势,符合现代电力系统发展要求。但由于其测量稳定性与精度问题限制了 FOCT在电力系统中的应用,在集成性高的智能变电站中振动造成的精度问题尤为明显。为此,本文分析了振动对于FOCT输出误差的影响,建立了振动误差数学模型,提出了双光路FOCT结构及信号处理方法,能够提高FOCT测量精度、为加快其实用化提供参考。首先,分析了偏振型FOCT基本结构与法拉第磁光效应基本原理;利用琼斯矩阵推导出光波在偏振型FOCT传感光纤中的偏振态变化过程,建立了FOCT系统在理想情况与存在线性双折射情况下的输出信号数学模型;从微观角度上分析外界作用导致线性双折射的根本原因,建立了法拉第效应与线性双折射的分布参数模型,有限元计算结果表明,线性双折射的存在使得FOCT传感能力下降,与理论结果分析一致。其次,基于FOCT的分布参数模型,分析了振动在传感光纤中的传播过程,揭示了振动引起输出误差的根本原因,建立了 FOCT振动误差的数学模型;进行FOCT光、磁、应力场多物理场耦合计算,分析了不同频率和幅值振动下FOCT的线性双折射及其对输出误差的影响。再次,分析了 SHB光纤减弱线性双折射的机理,提出了基于SHB光纤的双光路FOCT,建立了双光路FOCT输出信号的数学模型。考虑FOCT运行中存在的噪声,提出了双光路差分误差消除方法,利用卡尔曼滤波算法对输出信号进行了滤波处理,并通过算例验证了该方法的有效性。最后,搭建了双光路FOCT实验平台,进行了有无振动干扰条件下的FOCT电流测量误差测试,实验结果表明,在存在振动干扰时,双光路FOCT电流测量误差小于0.2%,与理论分析结果一致,验证了双光路FOCT及差分误差消除方法的有效性。
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