本发明专利技术的主题是一种用于对高电压导体(5)中流动的电流(ILB)进行测量的电流测量设备(21)，其特征在于，所述设备(20)包括：法拉第传感器(1)，其包括围绕所述导体(5)安装的波导管(4)，所述法拉第传感器(1)提供第一数字信号(S1)，所述第一数字信号代表所述电流的值，并且所述电流的值取决于被称作法拉第系数的可变系数(a')；测量分流器(21)，其串联安装在所述导体(5)上并提供第二数字信号(S2)，所述第二数字信号代表所述电流的值并且作为所述分流器的比例(R(f))的函数；计算装置(23)，其接收所述两个数字信号(S1、S2)作为输入，并且适用于从所述第一数字信号中提取第一DC分量(S1)并从所述第二数字信号中提取第二DC分量(S2)，并且适用于以这些分量为基础计算所述法拉第系数(a')的值，所述计算装置适用于以由此根据所述法拉第系数并根据所述第一数字信号(S1)计算出的值为基础得到所述电流(ILB)。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】宽带宽、超高精确度HVDC电流测量设备
本专利技术涉及对超高压直流电能进行传送的领域。本专利技术尤其涉及一种能够在开关变流器的输出处对高压电站中的DC电流进行测量的设备。
技术介绍
现代的HVDC(HighVoltageDirectCurrent，高压直流)变电站，例如AIS(AirInsulatedStation，空气绝缘电站)以及GIS(GasInsulatedStation，气体绝缘电站)变电站，要求受控阶段的变流器具有很高的切换频率、快速动力以及大约800kV幅度的电压。在变流器或整流器类型的变流器的输出端处的电流频谱除了零频率分量(DC分量)之外，还包括有高达几千赫兹频率范围处的残余谐波(AC分量)。需要知悉“完整或复合”电流信号(即，从DC到最高的AC频率)的值，以便估计所实现的整流的质量并且实现PWM(PulseWidthModulation，脉冲宽度调制)用于控制切换。在此情况下，知悉电流的精确值使得能够以最佳方式对调制参数进行调整以达到在合适的瞬间使变流器的半导体开关(MOSFET、IGBT、晶闸管类型)阻塞或者处于饱和的目的。为此，特定于HVDC应用的电流传感器被集成到变电站中。HVDC电流传感器必须具有以下特性：宽带宽，用于测量“完整或复合”电流的信号，以便提供对电流的残余和过渡波动的快速响应；测量的稳定性；不存在电压方面的限制；测量不受温度等环境参数的影响。电流传感器通常为两种类型：所谓的“零流量”(或无流量)传感器以及磁光传感器，零流量传感器使用霍尔效应以及受控系统，磁光传感器使用法拉第效应。在下文的描述中，法拉第传感器指的是利用法拉第效应的磁光传感器。由于采用了与有电流流过的初级棒隔离的次级测量芯，零流量传感器利用霍尔效应的原理来测量与电流密度成正比的电压。反作用电子元件使得能够消除连续的磁通量并因而阻止磁芯饱和。这样的传感器能够对交变并且复杂的电流的波形进行测量，同时仍提供电流隔离。此外，这样的传感器的优点在于具有从DC直到几万赫兹的宽带宽。然而，对于直流电流而言，使用“零通量”类型的传感器来测量电流被限制在500kV，因为在500kV以上，初级和次级之间的隔离在成本、重量以及负担方面变得无法实现。此外，不受控制的磁效应能够使传感器无法热稳定并且存在潜在的危险。实际上，初级与次级之间的隔离使用在压力下的液体或者气体，这些气体或者液体可爆炸或燃烧。法拉第传感器利用了磁场B在光波导管中引起圆双折射这一事实。该波导管由各向同性的非吸收反磁性或者顺磁性材料制成。在这样的波导管中，左圆偏振波具有与右圆偏振波不同的传播速度。如果线性偏振波通过波导管，则线性偏振波的偏振平面经过角度的旋转，由下式给出：其中，V是波导管的费尔德常数，该常数的值取决于材料和温度，以及在波导管中传播的偏振波的波长；并且μ0为真空磁导率；x为波导管中光路径的长度。通常情况下，可能用于形成法拉第传感器的光波导管的材料在对于穿过该波导管的线性偏振光波的波长而言具有特别高的费尔德常数的材料中选择。在法拉第传感器中，光波导管围绕有待测量的电流ILB流经的电导体。应用安培定律使得能够将磁场B(t)与电流ILB相连：其中，ILB＝IDC+IAC(t)IDC和IAC分别为电流的直流电流分量和交变电流分量，并且k为取决于所使用的光波导管的常数。光波导管尤其能够是安置在围绕电流ILB流过的电导体的闭合环路中的光导纤维，正如公开申请WO2010/012300A1中所述，或者是配备有中心孔的透明介质(“环状玻璃”类型的传感器)，导体穿过该中心孔，并且该透明介质被机械加工使得光通过一系列45°的全反射形成闭合路径。例如，专利FR9301991中公开了一种环状玻璃类型的传感器。环状玻璃类型的传感器尤其具有针对测量高电流体积更小的优点并且使得能够使用通过偏振测量的分析技术。实际上，在使用纤维光学传感器的情况下并且对于高电流，必须在导体的很大长度上实现光导纤维的缠绕，并且在使用通过偏振测量的分析时，纤维的固有缺陷大幅限制了测量的敏感度。法拉第传感器测量旋转角度以从中推导电流ILB。图1示出了现有技术中已知的法拉第传感器的框图。图1以非限制的方式示出了法拉第传感器的主要元件。法拉第传感器1包括发射单色光的光源2。由光源2发射的光借助于输入偏振器3被线性偏振。线性偏振光波随后穿过围绕有待测量的电流ILB流过的导体5的波导管4。在波导管4的输出处，光波穿过检偏器6，该检偏器的偏振轴相对于输入偏振器3的偏振轴偏移角度θ。检偏器6将光波分解到两个正交参考轴上，以此方式得到两个光信号。位于检偏器6的输出处的光学检测器7包括光检测装置，该光检测装置对在检偏器6的输出处接收到的两个光信号中的至少一个的光强进行测量。检测器7的计算装置在检测到至少一个信号的强度的基础上计算角度并且产生电压信号VOUT，该电压信号是待测量的电流ILB的函数。光源2与偏振器3、偏振器3与光导管4、光导管4与检偏器6，以及检偏器6与检测器7之间的光学连接借助于光导纤维实现。检偏器的输出处并且在导体5中有电流ILB流过的情况下，由光学检测器7的光检测器件接收到的两个光信号的强度A(t)和A'(t)由马吕斯定律给出：和其中，a(t)为可变系数，该系数将光强A(t)和A'(t)转化为依赖于光源2的功率、光连接器的耦合、光缆传输的缺陷以及与法拉第传感器的耦合。通常情况下，对θ进行选择以使得或如果针对对给出第一光信号的光强的方程式进行展开，则得到下式：来自检测第一信号的光检测装置并标记为S的电压信号则为：其中，a′＝ε.a和ε是与检测器7的电子组件的敏感度相关的常数。为了对法拉第传感器的某些测量不精确的情况进行解释，应当考虑到角度2.k.V.ILB(t)很小。则之前的表达式变为：关系(5)的展开示出了，法拉第传感器1的输出处的电压信号VOUT随后能被写作直流电流分量与交变电流分量之和。Vout＝S＝VDC-Faraday+VAC-Faraday(t)(7)其中：VAC-Faraday(t)＝a′(t)(k.V.IAC(t))因数a'(t)被称为法拉第传感器的系数。法拉第传感器的显著特征在于该传感器满足以上所述的大多数需求。实际上，法拉第传感器的优点在于具有低于零流量传感器的成本、良好的温度稳定性(对于最新一代的法拉第传感器)以及使其能够用于观测谐波和过渡的宽带宽。然而，法拉第传感器具有测量稳定性上的缺陷。实际上，根据表达式(7)，应当理解的是，检测器7的输出处的与电流ILB的测量相关联的电压VOUT取决于值a'(t)。在对法拉第传感器进行校准时确定用于法拉第传感器的a'(t)。由此理想地，关系(7)得到验证并且法拉第传感器的精确度极好。然而，a本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于对高电压导体(5)中流动的电流进行测量的电流测量设备(20)，其特征在于，所述设备包括：法拉第传感器(1)，其包括连接到光学检测器(7)上的光波导管(4)，所述光波导管围绕所述导体安装，所述法拉第传感器提供第一数字信号(S1)，所述第一数字信号代表所述电流(ILB)的值，并且所述电流的值取决于被称作法拉第系数的可变系数(a')；测量分流器(21)，其串联安装在所述导体上并提供第二数字信号(S2)，所述第二数字信号代表所述电流的值并且作为所述分流器的比例(Rf)的函数；计算装置(23)，其接收所述两个数字信号作为输入，并且适用于从所述第一数字信号中提取第一DC分量并从所述第二数字信号中提取第二DC分量并且适用于以所述第一DC分量、所述第二DC分量和所述比例为基础计算所述法拉第系数的值，所述计算装置(23)适用于以由此根据所述法拉第系数并根据所述第一数字信号计算出的值为基础得到所述电流。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.02.10 EP 12154889.51.一种用于对高电压导体(5)中流动的电流进行测量的电流测量设备(20)，其特征在于，所述设备包括：法拉第传感器(1)，其包括连接到光学检测器(7)上的光波导管(4)，所述光波导管围绕所述导体安装，所述法拉第传感器提供第一数字信号S1，所述第一数字信号代表所述电流ILB的值，并且所述电流的值取决于被称作法拉第系数的可变系数a'；测量分流器(21)，其串联安装在所述导体上并提供第二数字信号S2，所述第二数字信号代表所述电流的值并且作为所述分流器的比例Rf的函数；计算装置(23)，其接收所述第一数字信号和所述第二数字信号作为输入，并且适用于从所述第一数字信号中提取第一DC分量并从所述第二数字信号中提取第二DC分量并且适用于以所述第一DC分量、所述第二DC分量和所述比例为基础计算所述法拉第系数的值，所述计算装置(23)适用于以由此根据所述法拉第系数并根据所述第一数字信号计算出的值为基础得到所述电流。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述计算装置(23)适用于在以下方程式的基础上计算所述电流：其中，a'是所述法拉第系数，V是所述法拉第传感器的费尔德常数，k是取决于所使用的波导管的常数，S1是所述第一数字信号并且ILB是所述电流。3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述计算装置(23)适用于在以下方程式的基础上计算所述电流：其中，a'是所述法拉第传感器的系数，V是所述法拉第传感器的费尔德常数，k是取决于所使用的波导管的常数，S1是所述第一数字信号并且ILB是所述电流。4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，来自所述第一数字信号的所述第一DC分量和来自所述第二数字信号的所述第二D...
【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼斯·查特佛，让弗朗索瓦·米若纽，蒂埃里·荣格，朱利安·伯德斯，
申请(专利权)人：阿尔斯通技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH
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