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高精度自适应光学电流互感器及其稳定性研究

李岩松

  光学电流互感器(OCT)自问世以来以其无饱和、高绝缘等优良性能被认为是传统电磁式电流互感器的替代产品,但长期以来OCT的实用化道路充满荆棘,阻碍OCT实用化的主要难题在于外界因素如温度等对OCT测量精度和长期运行稳定性的影响难以克服。本论文在深入研究OCT的原理、结构和运行特性的基础上,首次在理论上证明了OCT是开环系统,并首次提出了独立量自适应光学传感原理和螺线管聚磁光学传感原理,进而得到了提高OCT测量精度和长期运行稳定性的有效方法…光电独立量自适应光学传感原理和螺线管聚磁光路结构,并以此研制成功了新型的自适应光学电流互感器(AOCT)。从模型化分析出发,在基于光学电流传感原理的OCT的完整数学模型和系统特性方框图的基础上证明了OCT的开环机理,首次从理论上解释了外界因素导致光学电流传感的测量精度始终达不到实用化要求的原因在于OCT具有开环系统特性,而且,从OCT本身是不可能实现闭环结构的。根据光学电流传感的开环机理,只有从外部为OCT引入新的独立量才能实现高精度测量。论文提出了独立量自适应光学传感原理,并应用这种原理的一种形式——光电独立量自适应光学电流传感原理,研制了一种新型的自适应光学电流互感器(Adaptive Optical Current Transducer,简称AOCT),以稳态参考模型所提供的高精度基波电流测量值为基准,应用自适应算法对AOCT中光学传感头输出的稳态电流中的基波、谐波和暂态电流测量值进行自适应校正,从而能够综合提高OCT对电力系统稳态和暂态电流的测量精度。为了满足AOCT自适应控制的准确性和时变噪声鲁棒性的要求,论文将Kalman滤波理论引入到自适应滤波中,并应用矩阵理论提出了一种新的时变噪声统计的平方根Kalman自适应算法。此外,为了能够顺利将在稳态测量期间所获得的自适应校正系数应用于暂态测量中,论文应用小波变换来检测电流信号的奇异性,还应用自适应滤波技术设计了一种用于OCT的自适应信噪分离器。为了解决AOCT的长期运行稳定性问题,首次提出了“螺线管聚磁光学传感原理”,证明了偏振光围绕着无限长通电导体测量电流与偏振光通过通电螺线管的轴向方向测量电流,在光学传感测量电流的意义上是等价的。应用“螺线管聚磁光学传感原理”设计了“螺线管聚磁光路结构”,不仅保证了在光学传感测量电流的意义上与采用闭合光路的传感头是一致的,同时使AOCT传感头的长期运行稳定性得到极大的提高。以IEC660044-8标准为依据,以通过了国家权威检测部门鉴定的标准检测系统华北电力大学博士学位论文摘要为测试平台,全面地对所研制的自适应光学电流互感器的测量性能进行了检测,检测结果证明了自适应光学电流互感器已经达到了0.2级的测量水平。基于上述理论研究和大量实验工作,将所研制的自适应光学电流互感器(AOCT)在保定供电局某变电站挂网运行,一年多的现场运行表明本文所提出的提高光学电流互感器性能的方法是正确可行的,AOCT具有优良的性能,已达到了实用化水平。……   
[关键词]:光学电流互感器;法拉第磁光效应;自适应控制;小波分析;Kalman滤波
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:华北电力大学(北京)2004年