[发明专利]一种基于Allan方差理论的电流互感器状态诊断方法

说明书

技术领域

本申请涉及需求响应领域，特别是涉及一种基于Allan方差理论的电流互感器状态诊断方法。

背景技术

光纤电流互感器(Fiber optic current transducer,FOCT)克服了电磁式电流互感器、罗斯线圈和磁光玻璃等电子式电流互感器在准确度、动态范围以及直流测量等方面的局限性，不但基波测量准，而且直流以及各次谐波都能准确测量，具有动态范围宽、绝缘性能好、测量精度高等优点，可以满足电能计量、电能质量监测、保护控制、故障录波以及电网动态观测等领域不断发展的需求，代表了电流互感器的发展方向，已经成智能电网的重要组成部分。

光纤电流互感器在运行中受到电、热、机械、环境等各种因素的作用，其性能逐渐劣化，最终导致故障，急需开展光纤电流互感器状态诊断技术研究。

发明内容

本发明的目的是，提供一种基于Allan方差理论的电流互感器状态诊断方法，用于评估光纤电流互感器各类随机误差和噪声状态，辨识各类随机误差统计特性，并计算出用于表征各种随机误差的系数，并识别噪声误差源。

为了实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：

一种基于Allan方差理论的电流互感器状态诊断方法，将Allan方差用于评估光纤电流互感器(FOCT)随机误差和噪声状态，辨识随机误差统计特性，得到表征随机误差的系数，并识别噪声误差源，所述方法包括：

步骤S1，确定光纤电流互感器组成及基本分类；

步骤S2，分析光纤电流互感器波的传播过程；

步骤S3，考虑环境因素和自身因素对光纤电流互感器的影响，确定光纤电流互感器噪声特征分类；

步骤S4，构建基于Allan方差的光纤电流互感器状态诊断分析模型；

步骤S5，根据Allan方差计算结果诊断互感器状态，并实现自身故障定位。

本发明所述的基于Allan方差理论的电流互感器状态诊断方法，步骤S1中所述光纤电流互感器包括宽谱光源、保偏光纤、偏振器、电光调制器、信号处理单元，涉及的信号传输及处理环节包括光电转换、电光转换；步骤S1中所述光纤电流互感器基本分类，根据光纤传感头的结构，分为反射式FOCT及Sagnac式FOCT。

本发明所述的基于Allan方差理论的电流互感器状态诊断方法，步骤S2中所述光纤电流互感器波的传播过程，分别分析反射式FOCT及Sagnac式FOCT波的传播过程。Sagnac式光纤电流互感器中波的传播过程可以描述如下：光源发出的光经过耦合器进入集成光学芯片，经过偏振器起偏为线偏光，通过集成光学芯片中的分束器器分成两路，分别以正负45°夹角进入波片(顺时针光波为正45°，逆时针光波为负45°)，分别被1/4波片转换成左、右旋圆偏振光沿相反方向进入低双折射保偏光纤传感头，电流引起的磁场Faraday效应使两束圆偏振光的偏振面发生旋转，然后再次经过另一个1/4波片，重新转换成线偏振光返回，并发生干涉。由于干涉的两束光偏振面旋转的角度大小相等方向相反，其相位差为两倍的Faraday相移，通过采用数字闭环信号调制技术，检测输出光的相位差就能得到待测电力线的电流量信息。

反射式光纤电流互感器中光波的传播过程可以描述如下：光源发出的光波经过耦合器后由偏振器起偏，形成线偏振光，线偏振光以45°注入保偏光纤，被均匀地注入到保偏光纤的x轴(快轴)和y轴(慢轴)传输，当这两束正交模式的光波以45°夹角经过λ/4波片后，分别转变为左旋和右旋的圆偏振光，进入传感光纤。在传感光纤中，由于传导电流产生磁场法拉第效应，这两束圆偏振光以不同的速度传输；经传感光纤端面的镜面反射后，两束圆偏振光的偏振模式互换(即左旋光变为右旋光，右旋光变为左旋光)，再次穿过传导光纤，并再次和电流产生的磁场相互作用，使产生的相位加倍，这两束光再次通过λ/4波片后，恢复为线偏振光，原来沿保偏光纤x轴和y轴进入波片的光波，此刻分别沿y轴和x轴射出波片，并在起偏器处发生干涉。

本发明所述的基于Allan方差理论的电流互感器状态诊断方法，步骤S3中所述考虑环境因素和自身因素对光纤电流互感器的影响，确定光纤电流互感器噪声特征分类，FOCT受环境因素及自身因素的影响，所体现出的噪声特征也基本相同，FOCT数据的噪声特征主要体现为如下几类：角度随机游走噪声、偏值不稳定性噪声、速率随机游走噪声、速率斜坡噪声、量化噪声、正弦噪声。