[发明专利]一种光纤电流传感器宽频特性测试装置及测试方法

说明书

本发明公开了一种光纤电流传感器宽频特性测试装置，包括：法拉第相移等效装置、高频\阶跃信号源和电子式互感器校验仪；法拉第相移等效装置，用于将高频\阶跃信号源产生的高频或者阶跃电压信号和光纤电流传感器的光信号转换为等效法拉第相移并发送至光纤电流传感器；高频\阶跃信号源，产生高频或者阶跃电压信号；所述电子式互感器校验仪，将所述电压信号和数字输出信号同步后进行频率响应计算和阶跃响应计算，获取光纤电流传感器的宽频特性，解决对光纤电流传感器高频特性、阶跃响应特性及其他复杂波形的测试验证的需求问题。

技术领域

本申请涉及光电传感器领域，具体涉及一种光纤电流传感器宽频特性测试装置，同时涉及一种光纤电流传感器宽频特性测试方法。

背景技术

近年来，随着绿色可再生清洁能源的大规模利用与开发，采用大功率绝缘栅双极性晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)、脉宽调制技术(Pulse WidthModulation,PWM)和多电平控制技术，基于自相电压源换流器(Voltage SourceConverter,VSC)的高压直流输电系统(High-Voltage Direct Current,HVDC)得到了迅猛发展，在孤岛供电、城市配电网的增容改造、交直流系统互联、大规模风电场并网方面得到推广应用。中国目前在运和在建的柔性直流输电工程有：±160kV南澳柔直、±200kV舟山柔直、±320kV厦门柔性、±420kV渝鄂背靠背柔直和±500kV张北柔直工程等。

与基于电流源换流器(Current Source Converter,CSC)的HVDC技术相比，VSC-HVDC技术具有可独立控制无功功率和有功功率、无需滤波及无功补偿设备、可向无源负荷供电以及潮流翻转时电压极性不改变等优势，因此更适合用来构建多端直流输电系统及直流电网。然而，由于柔性直流输电系统直流侧发生故障时的回路阻抗非常小，容易在瞬时产生很大的故障电流。因此，为了提高柔性直流输电系统的响应速度和对故障电流的抑制能力、提升电力系统的安全稳定性，要求控制保护信号具有更快的采样速度和更宽的频带宽度，从而对柔性直流输电用直流电流测量装置的暂态性能提出了更高的要求。阶跃响应特性是评价直流电流测量装置暂态性能的重要技术指标之一。在GB/T 26216.1-2010中规定了用于CSC-HVDC的直流电流测量装置阶跃响应时间应小于400μs，采样率一般为10kHz；高压直流断路器控制保护系统则要求直流电流测量装置阶跃响应时间小于100μs，采样率达到50kHz；张北柔性直流输电工程对换流阀桥臂直流电流测量装置的阶跃响应时间(含阶跃响应上升时间、处理和传输延时)的要求是小于60μs，数据采样率需达到100kHz。

基于磁光法拉第效应和Sagnac干涉仪原理的光纤电流传感器(Fiber-opticCurrent Transformer,FOCT)则具有暂态性能好、抗干扰能力强等天然优势，已成为柔性直流输电工程中电流测量装置的主流技术方向。用于评价光纤电流传感器宽频特性的方法主要有频率特性试验和阶跃响应特性试验，这两个试验均对试验设备提出了很高的要求，在目前的测试手段下，甚至难于满足测试要求。比如阶跃电流源产生的阶跃电流上升时间约10μs-20μs；高频电流源在保证较大输出电流的情况下，电流信号频率很难高于2kHz。这些设备指标已经无法完整验证光纤电流传感器的高频特性，因此一方面需提高试验设备的性能，同时也需研究更为简易有效的试验方法和装置。

发明内容

本申请提供一种光纤电流传感器宽频特性测试装置和方法，解决对光纤电流传感器高频特性、阶跃响应特性及其他复杂波形的测试验证的需求问题。

本申请提供一种光纤电流传感器宽频特性测试装置，包括：法拉第相移等效装置、高频\阶跃信号源和电子式互感器校验仪；

法拉第相移等效装置，用于将高频\阶跃信号源产生的高频或者阶跃电压信号和被测光纤电流传感器的光信号转换为等效法拉第相移并发送至被测光纤电流传感器；

高频\阶跃信号源，分别连接法拉第相移等效装置和电子式互感器校验仪，并产生高频或者阶跃电压信号；