高精度自适应光学电流互感器及其稳定性研究

摘要

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.该论文在深入研究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.为了解决AOCT的长期运行稳定性问题,首次提出了

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1 光学电流互感器的基本原理和实现

1.2 光学电流互感器的发展和研究现状

1.3 光学电流互感器存在的主要问题

1.4本论文的主要研究内容

第二章光学电流互感器的开环机理研究

2.1 引言

2.2 光学电流互感器的模型化分析

2.3 Faraday磁光效应的电子动力学数学模型

2.3.1磁光效应的麦克斯韦方程组

2.3.2 Faraday磁光效应的数学描述

2.4线性双折射的电子动力学数学模型

2.5 光学电流互感器的光学变换的数学模型

2.5.1光学电流互感器的直接时域调制的系统模型

2.5.2光电转换系统的数学模型

2.6光学电流互感器的开环机理分析

2.7 小结

第三章独立量自适应光学电流传感原理及实现

3.1 引言

3.2独立量自适应光学电流传感原理

3.3 自适应光学电流互感器

3.4 自适应光学电流互感器的试验分析

3.5光学电流互感器的非线性参数估计

3.6 小结

第四章光学电流自适应传感技术

4.1 引言

4.2 自适应滤波理论简介

4.3光学电流传感的自适应算法

4.3.1 Kalman自适应滤波算法

4.3.2平方根Kalman自适应算法

4.3.3平方根Kalman自适应的时变噪声统计估值器

4.4光学信息的小波分析及突变量检测

4.4.1小波变换基本概念

4.4.2信号奇异性的小波表征

4.4.3光学信息的小波分析

4.5小结

第五章螺线管聚磁光学传感技术

5.1 引言

5.2螺线管聚磁光学传感原理

5.3光学传感头

5.3.1 反射光波的偏振态

5.3.2保偏棱镜的偏振态分析

5.3.3螺线管聚磁光学传感头

5.4小结

第六章自适应光学电流互感器的检测

6.1 引言

6.2 光学电流互感器的检测方法

6.2.1 误差定义

6.2.2误差测试标准

6.3 光学电流互感器的检测系统

6.3.1 光学电流互感器检测系统的构成

6.3.2标准通道组成构件的溯源

6.4光学电流互感器的检测试验

6.4.1线性度及相位检测

6.4.2循环温度下的精度检测

6.4.3暂态性能检测

6.5 小结

第七章自适应光学电流互感器现场挂网运行

7.1 引言

7.2 自适应光学电流互感器的挂网前试验

7.3 自适应光学电流互感器的挂网运行结果

7.4 小结

结论

参考文献

致谢

附录保留非线性最小二乘算法的详细推导过程

攻读博士学位期间发表的学术论文

攻读博士学位期间参加的科研工作