專利名稱：一種發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓和電流測量方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓和電流測量方法及其裝置，屬于發(fā)電機(jī)勵磁參數(shù)測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓、電流信號是對發(fā)電機(jī)勵磁參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控的關(guān)鍵參數(shù)。由于監(jiān)控設(shè)備距離發(fā)電機(jī)都有較遠(yuǎn)的距離，目前一般采用金屬電纜來傳輸發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的電壓、電流信號。由于轉(zhuǎn)子上具有較高的電壓，如果采用很長的金屬電纜將信號傳至測量裝置，在安全性方面將存在較大的隱患，一旦電纜發(fā)生故障(接地或者短路)，將帶來嚴(yán)重的后果；在對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流的測量中，由于轉(zhuǎn)子電流測量用分流器的輸出信號一般比較弱(毫伏量級)，在遠(yuǎn)距離電纜線傳輸過程中容易受到電磁干擾的影響，導(dǎo)致測量準(zhǔn)確度下降。由于測量回路電感的作用，這種測量方式對一些暫態(tài)過程無法進(jìn)行準(zhǔn)確測量。目前市面上還未有出現(xiàn)暫態(tài)性能好、準(zhǔn)確度高的專門用于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓、電流測量的變送器。在這種背景下，本發(fā)明采用一種基于光纖數(shù)字化測量系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓、電流測量裝置，用以替代現(xiàn)有的基于電纜傳輸?shù)臏y量系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓和電流測量方法及其裝置，克服現(xiàn)有發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓、電流測量系統(tǒng)的諸多缺陷，將光纖數(shù)字化測量系統(tǒng)應(yīng)用于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓、電流的測量，采用光調(diào)制、解調(diào)方法，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓、電流的測量具有轉(zhuǎn)換速度快、抗電磁干擾能力強(qiáng)、準(zhǔn)確度高的特點(diǎn)。
本發(fā)明提出的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓和電流測量方法，包括以下各步驟(1)采集發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的電壓信號和電流信號；(2)分別將上述電壓信號和電流信號轉(zhuǎn)換為光信號；(3)遠(yuǎn)距離傳輸和接收上述光信號，并將接收的光信號轉(zhuǎn)換為電信號后輸出。
本發(fā)明提出的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓和電流測量裝置，包括分壓器和比例放大器，分別用于采集發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的電壓信號和電流信號，分壓器和比例放大器分別與光調(diào)制器相連；光調(diào)制器，用于將電壓信號和電流信號分別轉(zhuǎn)換為光信號；光纖傳輸系統(tǒng)，用于接收和傳輸上述光信號，光纖傳輸系統(tǒng)分別與光調(diào)制器和光信號接收轉(zhuǎn)換器相連；
光信號接收轉(zhuǎn)換器，用于將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號后輸出；隔離電源，用于為光調(diào)制器提供工作電源，隔離電源與光調(diào)制器相連。
上述測量裝置中的分壓器，由多個電阻相互串聯(lián)而成，用于將轉(zhuǎn)子的電壓按比例縮小，多個電阻的阻值之和與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓之比為阻值之和∶發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓＝600～1000千歐姆∶1千伏。
上述測量裝置中的比例放大器，由一個運(yùn)算放大器、第一電阻和第二電阻組成，比例放大器用于將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上分流器輸出的電壓信號放大，運(yùn)算放大器的同相端與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的分流器的一端相連；第一電阻并聯(lián)在運(yùn)算放大器的反相端和輸出端之間；第二電阻的一端與運(yùn)算放大器的反相端相連，另一端與分流器的另一端相連并接地。
上述測量裝置中的光調(diào)制器，由差分放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、邏輯控制與信號處理器以及電光轉(zhuǎn)換器組成；其中差分放大器用于將分壓器和比例放大器輸出的電壓信號進(jìn)行增益調(diào)整；模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將增益調(diào)整后的電壓信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字信號；邏輯控制與信號處理器用于為模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供邏輯控制信號，并對模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號進(jìn)行編碼，得到編碼信號；電光轉(zhuǎn)換器用于將上述編碼信號轉(zhuǎn)換成光信號。
上述測量裝置中的光信號接收轉(zhuǎn)換器，由光電轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和隔離放大器組成；其中光電轉(zhuǎn)換器用于將從光調(diào)制器接收的光信號轉(zhuǎn)換為電信號；數(shù)字信號處理器用于為數(shù)模轉(zhuǎn)換器提供邏輯控制信號，并對上述電信號進(jìn)行解碼，得到數(shù)字脈沖信號；數(shù)模轉(zhuǎn)換器用于將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)換為模擬信號；隔離放大器用于將上述模擬信號隔離并輸出。
本發(fā)明提出的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓和電流測量方法及其裝置，與現(xiàn)有技術(shù)比較，有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)(高壓側(cè))和控制室(低壓側(cè))之間的信息交換媒質(zhì)為電絕緣性能優(yōu)良的光纖，所以信號傳輸系統(tǒng)具有優(yōu)良的抗電磁干擾性能，能夠消除空間電磁干擾對信號傳輸通道的影響，進(jìn)而使得對轉(zhuǎn)子電壓、電流的測量結(jié)果更準(zhǔn)確、可靠。
2、本發(fā)明裝置具有優(yōu)良的抗電磁干擾特性，由于光纖數(shù)字化測量系統(tǒng)中，高、低壓側(cè)之間的信息是以數(shù)字化的光脈沖形式進(jìn)行傳輸?shù)?，傳輸過程中不會受到任何電磁干擾的影響。
3、本發(fā)明裝置的測量準(zhǔn)確度高、暫態(tài)性能優(yōu)良，光纖數(shù)字化測量系統(tǒng)的測量誤差小于±0.1％；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓、電流光纖測量裝置中，電流通道的測量誤差取決于分流器的測量準(zhǔn)確度，電壓通道的測量誤差小于±0.2％；轉(zhuǎn)子電壓、電流測量裝置的時間響應(yīng)特性小于8ms。
4、本發(fā)明裝置具有很好的溫度穩(wěn)定性和抗振動特性，在-40℃～+80℃的溫度變化范圍內(nèi)，光纖數(shù)字化測量系統(tǒng)因溫度變化引起的測量誤差小于±0.15％；外部振動對測量裝置的準(zhǔn)確度不會造成任何影響。


圖1是本發(fā)明提出的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓和電流測量裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本發(fā)明裝置中的分壓器的電路圖。
圖3是本發(fā)明裝置中的比例放大器的電路圖。
圖4是本發(fā)明裝置中的光調(diào)制器的邏輯框圖。
圖5是本發(fā)明裝置中的光信號接收轉(zhuǎn)換器的邏輯框圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提出的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓和電流測量方法，首先采集發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的電壓信號和電流信號；分別將采集的電壓信號和電流信號轉(zhuǎn)換為光信號；遠(yuǎn)距離傳輸和接收上述光信號，并將接收的光信號轉(zhuǎn)換為電信號后輸出。
本發(fā)明提出的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓和電流測量裝置的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，包括分壓器和比例放大器，分別用于采集發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的電壓信號和電流信號，分壓器和比例放大器分別與光調(diào)制器相連；光調(diào)制器，用于將電壓信號和電流信號分別轉(zhuǎn)換為光信號；光纖傳輸系統(tǒng)，用于接收和傳輸上述光信號，光纖傳輸系統(tǒng)分別與光調(diào)制器和光信號接收轉(zhuǎn)換器相連；光信號接收轉(zhuǎn)換器，用于將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號后輸出；隔離電源，用于為光調(diào)制器提供工作電源，隔離電源與光調(diào)制器相連。
上述測量裝置中的分壓器，其電路圖如圖2所示，由多個電阻相互串聯(lián)而成，用于將轉(zhuǎn)子的電壓按比例縮小，多個電阻的阻值之和與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓之比為阻值之和∶發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓＝600～1000千歐姆∶1千伏。
上述測量裝置中的比例放大器，其電路圖如圖3所示，由一個運(yùn)算放大器、第一電阻和第二電阻組成，比例放大器用于將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上分流器輸出的電壓信號放大，運(yùn)算放大器的同相端與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的分流器的一端相連；第一電阻并聯(lián)在運(yùn)算放大器的反相端和輸出端之間；第二電阻的一端與運(yùn)算放大器的反相端相連，另一端與分流器的另一端相連并接地。
上述測量裝置中的光調(diào)制器，其電路圖如圖4所示，由差分放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、邏輯控制與信號處理器以及電光轉(zhuǎn)換器組成；其中差分放大器用于將分壓器和比例放大器輸出的電壓信號進(jìn)行增益調(diào)整；模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將增益調(diào)整后的電壓信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字信號；邏輯控制與信號處理器用于為模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供邏輯控制信號，并對模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號進(jìn)行編碼，得到編碼信號；電光轉(zhuǎn)換器用于將上述編碼信號轉(zhuǎn)換成光信號。
上述測量裝置中的光信號接收轉(zhuǎn)換器，其電路圖如圖5所示，由光電轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和隔離放大器組成；其中光電轉(zhuǎn)換器用于將從光調(diào)制器接收的光信號轉(zhuǎn)換為電信號；數(shù)字信號處理器用于為數(shù)模轉(zhuǎn)換器提供邏輯控制信號，并對上述電信號進(jìn)行解碼，得到數(shù)字脈沖信號；數(shù)模轉(zhuǎn)換器用于將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)換為模擬信號；隔離放大器用于將上述模擬信號隔離并輸出。
本發(fā)明對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流的測量方法的原理是采用比例放大器將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上分流器輸出的信號進(jìn)行比例放大，并通過光調(diào)制器將之轉(zhuǎn)換為光信號，然后通過光纖傳輸系統(tǒng)傳送到控制室，位于控制室的光信號接收轉(zhuǎn)換器再將光信號解調(diào)為電信號，并提供給標(biāo)準(zhǔn)的輸出接口(±5V模擬量輸出/數(shù)字量輸出/4～20mA電流環(huán)輸出)，供監(jiān)測、控制設(shè)備所用。
本發(fā)明對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓的測量方法的原理是首先采用高準(zhǔn)確度分壓器將轉(zhuǎn)子電壓比例縮小成低電壓模擬信號，再通過光調(diào)制方法將該信號轉(zhuǎn)換為光信號，經(jīng)由光纖傳輸系統(tǒng)送至位于控制室的光信號接收轉(zhuǎn)換器中，將信號解調(diào)為電信號，并提供給標(biāo)準(zhǔn)的輸出接口(±5V模擬量輸出/數(shù)字量輸出/4～20mA電流環(huán)輸出)，供監(jiān)測、控制設(shè)備所用。
如附圖1所示，本發(fā)明的基于光纖數(shù)字化測量系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓和電流測量裝置包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)的分壓器和比例放大器、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)的光調(diào)制器、光纖傳輸系統(tǒng)、低壓側(cè)光信號接收轉(zhuǎn)換器及隔離電源。其中分壓器的電路圖見圖2，它由多個電阻組成，電阻精度為0.1％、溫度系數(shù)小于10×10-6/℃，分壓器輸出電壓Uo取自R25的端電壓，多個電阻的阻值之和與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓之比為阻值之和∶發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓＝600～1000千歐姆∶1千伏，本發(fā)明的一個實施例中，電阻為五個，如圖2所示，其中R21～R24的阻值均為200kΩ；R25的阻值為1.2kΩ，分壓比k＝(R21+R22+R23+R24)/R25＝666.67。
比例放大器的一個實施例的電路圖如圖3所示，它由一個運(yùn)算放大器U31和兩個電阻R31、R32構(gòu)成，它將分流器輸出的幾十毫伏(額定值為50mV)的信號放大至模數(shù)轉(zhuǎn)換器的量程附近(1.25V)，U31采用的Analog Device公司的OP27，R31和R32的阻值分別為1kΩ和24kΩ，精度為0.1％，溫度系數(shù)小于10×10-6/℃，比例放大器的放大倍數(shù)為1+R62/R61＝25。
發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)光調(diào)制器的邏輯框圖見圖4，包括差分放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、邏輯控制與信號處理器和電光轉(zhuǎn)換器，其中，差分放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器分別采用美國Analog Device公司的AD620和AD7894芯片，邏輯控制與信號處理器采用的是美國Altera公司的MAX7064，電光轉(zhuǎn)換器采用的是Agilent公司的HFBR1414T；光纖傳輸系統(tǒng)采用的普通通信用光纖芯徑為125/62.5μm的多模鎧裝光纜。
低壓側(cè)光信號接收轉(zhuǎn)換器的邏輯框圖見圖5，包括光電轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器及隔離放大器，其中光電轉(zhuǎn)換器采用的是Agilent公司的HFBR2412，數(shù)字信號處理器采用的是Altera公司的EP1C6，數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用的是Analog Device公司的AD7841BR，隔離放大器采用的是美國TI公司的ISO124。隔離電源采用C&D Technoligies公司的NMS1205隔離輸出DC-DC轉(zhuǎn)換器。分壓器輸出的信號被光調(diào)制器調(diào)制為數(shù)字化的光脈沖信號，通過光纖傳輸系統(tǒng)傳至低壓側(cè)光信號接收轉(zhuǎn)換器中，光信號接收轉(zhuǎn)換器將該光脈沖信號進(jìn)行解調(diào)后輸出轉(zhuǎn)子電壓信息，供發(fā)電機(jī)監(jiān)控設(shè)備采用。分流器輸出信號經(jīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)的比例放大器放大后，被光調(diào)制器調(diào)制為數(shù)字化的光脈沖信號，通過光纖傳輸系統(tǒng)傳至低壓側(cè)光信號接收轉(zhuǎn)換器中，光信號接收轉(zhuǎn)換器將該光脈沖信號進(jìn)行解調(diào)后輸出轉(zhuǎn)子電流信息，供發(fā)電機(jī)監(jiān)控設(shè)備采用。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓和電流測量方法，其特征在于該方法包括以下各步驟(1)采集發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的電壓信號和電流信號；(2)分別將上述電壓信號和電流信號轉(zhuǎn)換為光信號；(3)遠(yuǎn)距離傳輸和接收上述光信號，并將接收的光信號轉(zhuǎn)換為電信號后輸出。
2.一種發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓和電流測量裝置，其特征在于該裝置包括分壓器和比例放大器，分別用于采集發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的電壓信號和電流信號，分壓器和比例放大器分別與光調(diào)制器相連；光調(diào)制器，用于將電壓信號和電流信號分別轉(zhuǎn)換為光信號；光纖傳輸系統(tǒng)，用于接收和傳輸上述光信號，光纖傳輸系統(tǒng)分別與光調(diào)制器和光信號接收轉(zhuǎn)換器相連；光信號接收轉(zhuǎn)換器，用于將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號后輸出；隔離電源，用于為光調(diào)制器提供工作電源，隔離電源與光調(diào)制器相連。
3.如權(quán)利要求2所述的測量裝置，其特征在于其中所述的分壓器由多個電阻相互串聯(lián)而成，用于將轉(zhuǎn)子的電壓按比例縮小，多個電阻的阻值之和與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓之比為阻值之和∶發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓＝600～1000千歐姆∶1千伏。
4.如權(quán)利要求2所述的測量裝置，其特征在于其中所述的比例放大器由一個運(yùn)算放大器、第一電阻和第二電阻組成，比例放大器用于將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上分流器輸出的電壓信號放大，運(yùn)算放大器的同相端與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的分流器的一端相連；第一電阻并聯(lián)在運(yùn)算放大器的反相端和輸出端之間；第二電阻的一端與運(yùn)算放大器的反相端相連，另一端與分流器的另一端相連并接地。
5.如權(quán)利要求2所述的測量裝置，其特征在于其中所述的光調(diào)制器由差分放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、邏輯控制與信號處理器以及電光轉(zhuǎn)換器組成；其中差分放大器用于將分壓器和比例放大器輸出的電壓信號進(jìn)行增益調(diào)整；模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將增益調(diào)整后的電壓信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字信號；邏輯控制與信號處理器用于為模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供邏輯控制信號，并對模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號進(jìn)行編碼，得到編碼信號；電光轉(zhuǎn)換器用于將上述編碼信號轉(zhuǎn)換成光信號。
6.如權(quán)利要求2所述的測量裝置，其特征在于其中所述的光信號接收轉(zhuǎn)換器由光電轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和隔離放大器組成；其中光電轉(zhuǎn)換器用于將從光調(diào)制器接收的光信號轉(zhuǎn)換為電信號；數(shù)字信號處理器用于為數(shù)模轉(zhuǎn)換器提供邏輯控制信號，并對上述電信號進(jìn)行解碼，得到數(shù)字脈沖信號；數(shù)模轉(zhuǎn)換器用于將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)換為模擬信號；隔離放大器用于將上述模擬信號隔離并輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓和電流測量方法及其裝置，屬于發(fā)電機(jī)勵磁參數(shù)測量技術(shù)領(lǐng)域。本方法首先采集發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的電壓信號和電流信號；將采集的信號轉(zhuǎn)換為光信號；遠(yuǎn)距離傳輸和接收該光信號，并將其轉(zhuǎn)換為電信號后輸出。本裝置包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)的分壓器和比例放大器、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)光調(diào)制器、光纖傳輸系統(tǒng)、低壓側(cè)光接收轉(zhuǎn)換器及隔離電源。分壓器將轉(zhuǎn)子電壓進(jìn)行比例縮小，比例放大器將分流器輸出的反映轉(zhuǎn)子電流變化信息的電壓信號進(jìn)行放大，經(jīng)光調(diào)制器成為光脈沖信號，經(jīng)光纖傳輸系統(tǒng)傳至光信號接收轉(zhuǎn)換器中，并完成對光信號的解調(diào)，輸出轉(zhuǎn)子電壓、電流的測量信號。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是測量結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，并具有很好的溫度穩(wěn)定性和抗振動特性。
文檔編號G01R19/00GK101055294SQ200710099860
公開日2007年10月17日 申請日期2007年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月31日
發(fā)明者王鵬, 賀麗英 申請人:王鵬, 賀麗英