[发明专利]一种分布式全光电压测量系统及其测量方法

说明书

本发明公开了一种分布式全光电压测量系统及其测量方法，具有无源性，抗电磁干扰能力强、响应频带较宽、工频响应好的特点。所述系统包括宽带激光光源、光放大器、光环形器、传输光纤、电压传感器系统、分光器、择光系统、光电转换系统和末端信号显示处理系统，所述宽带激光光源输出一定波长范围内的激光，利用光放大器对光源功率进行放大，通过传输光纤将放大后的光信号送入传感系统各个传感器输入端，各个传感器返回光信号通过择光系统进行筛选，有电压变化的传感器返回光信号发生变化，并通过择光系统相应通道输出，光电探测器将输出光强信号转换为电压信号，通过末端信号显示处理系统，获得此路所测外加电压数值。

技术领域

本发明涉及电力检测技术领域，特别是一种分布式全光电压测量系统及其测量方法。

背景技术

电网电压实时测量对于系统保护、线路故障监测和测量具有重要的意义。目前，实现长距离输电线路的分布式过电压电压传感存在诸多难题，现有的电压传感装置大多需要在测量点处加装供电单元，在野外或恶劣环境下其工作可靠性无法得到保障；同时，单次电压数据采集量过大，利用无线传输的方式不仅成本高，且一旦信号缺失，数据传输无法完成。此外，由于传感器物理特性限制，即使采用现有的分复用技术仍需要使用多根光纤，多点电压分布式采集难以实现。因此，研究能够进行无源分布式电压测量的全光电压测量系统对电网的控制和运行尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于逆压电效应和C波段光纤光栅的分布式全光路电压测量系统及其测量方法，该系统具有无源性，抗电磁干扰能力强、可实现分布式测量、工频响应好的特点。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种分布式全光电压测量系统，包括宽带激光光源、光放大器、光环形器、传输光纤、电压传感系统、分光器、择光系统、光电转换系统和末端信号显示处理系统，所述宽带激光光源输出一定波长范围内的激光，通过光放大器对光源信号进行放大，通过传输光纤将光信号送入电压传感系统的输入端，电压传感系统输出多路光信号，所述的多路光信号通过光环行器依次进入分光器、择光系统和光电转换系统，通信光信号通道的分离、选择和光电转换，在末端信号处理系统中显示相应有变化传感器的回送光信号，并对有变化传感器的外加电压的位置和数值进行分析和计算。

进一步，所述电压传感系统包括多个串联连接的电压传感单元，所述电压传感单元包括传感器光栅和压电陶瓷，传感器光栅与相应压电陶瓷直接粘接。

进一步，所述传感器光栅为C波段反射型布拉格光栅；所述压电陶瓷的两侧镀有作为电压输入端口的银电极层。

进一步，所述择光系统包括压电陶瓷和透射光栅或压电陶瓷和反射光栅；择光系统中的压电陶瓷尺寸与电压传感系统中的压电陶瓷相同，择光系统中透射光栅或反射光栅的中心波长与电压传感系统中的传感器光栅中心波长之差不大于择光系统或电压传感系统光栅中最大带宽的二分之一。

进一步，所述光电转换系统中的光电探测器将获得电压传感系统输出的如下光强信号：

上式中，A是光放大器的放大倍数，X是分光系统中所具有的分离出的光路数，k是光经过传感器光栅反射后其光强的损失比率，积分范围下限aa和上限bb由宽带光源所入射的激光波长范围确定，S(λ_B)为宽带激光光源的出射频谱，F₁(λ)为传感器光栅的反射率，F₂(λ)为择光系统中对应透射光栅的反射率。

进一步，所述末端信号显示处理系统通过下式获得电场强度：

上式中，ΔU为待测电压，

M_PD(λ)代表择光系统中，光电探测器所获得的光强强度；

I_peak代表光源峰值功率；