寬帶寬、超高精確度hvdc電流測量設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的主題是一種用于對高電壓導(dǎo)體(5)中流動的電流(ILB)進(jìn)行測量的電流測量設(shè)備(21)，其特征在于，所述設(shè)備(20)包括：法拉第傳感器(1)，其包括圍繞所述導(dǎo)體(5)安裝的波導(dǎo)管(4)，所述法拉第傳感器(1)提供第一數(shù)字信號(S1)，所述第一數(shù)字信號代表所述電流的值，并且所述電流的值取決于被稱作法拉第系數(shù)的可變系數(shù)(a')；測量分流器(21)，其串聯(lián)安裝在所述導(dǎo)體(5)上并提供第二數(shù)字信號(S2)，所述第二數(shù)字信號代表所述電流的值并且作為所述分流器的比例(R(f))的函數(shù)；計算裝置(23)，其接收所述兩個數(shù)字信號(S1、S2)作為輸入，并且適用于從所述第一數(shù)字信號中提取第一DC分量(S1)并從所述第二數(shù)字信號中提取第二DC分量(S2)，并且適用于以這些分量為基礎(chǔ)計算所述法拉第系數(shù)(a')的值，所述計算裝置適用于以由此根據(jù)所述法拉第系數(shù)并根據(jù)所述第一數(shù)字信號(S1)計算出的值為基礎(chǔ)得到所述電流(ILB)。
【專利說明】寬帶寬、超高精確度HVDC電流測量設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及對超高壓直流電能進(jìn)行傳送的領(lǐng)域。本發(fā)明尤其涉及一種能夠在開關(guān) 變流器的輸出處對高壓電站中的DC電流進(jìn)行測量的設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代的 HVDC(High Voltage Direct Current,高壓直流）變電站，例如 AIS(Air Insulated Station，空氣絕緣電站）以及GIS(Gas Insulated Station，氣體絕緣電站）變 電站，要求受控階段的變流器具有很高的切換頻率、快速動力以及大約SOOkV幅度的電壓。
[0003] 在變流器或整流器類型的變流器的輸出端處的電流頻譜除了零頻率分量（DC分 量）之外，還包括有高達(dá)幾千赫茲頻率范圍處的殘余諧波（AC分量）。
[0004] 需要知悉"完整或復(fù)合"電流信號（即，從DC到最高的AC頻率）的值，以便估計 所實(shí)現(xiàn)的整流的質(zhì)量并且實(shí)現(xiàn)PWM(Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制）用于控制切 換。在此情況下，知悉電流的精確值使得能夠以最佳方式對調(diào)制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到在合 適的瞬間使變流器的半導(dǎo)體開關(guān)（M0SFET、IGBT、晶閘管類型）阻塞或者處于飽和的目的。
[0005] 為此，特定于HVDC應(yīng)用的電流傳感器被集成到變電站中。HVDC電流傳感器必須具 有以下特性：
[0006] 寬帶寬，用于測量"完整或復(fù)合"電流的信號，以便提供對電流的殘余和過渡波動 的快速響應(yīng)；
[0007] 測量的穩(wěn)定性；
[0008] 不存在電壓方面的限制；
[0009] 測量不受溫度等環(huán)境參數(shù)的影響。
[0010] 電流傳感器通常為兩種類型：所謂的"零流量"（或無流量）傳感器以及磁光傳感 器，零流量傳感器使用霍爾效應(yīng)以及受控系統(tǒng)，磁光傳感器使用法拉第效應(yīng)。
[0011] 在下文的描述中，法拉第傳感器指的是利用法拉第效應(yīng)的磁光傳感器。
[0012] 由于采用了與有電流流過的初級棒隔離的次級測量芯，零流量傳感器利用霍爾效 應(yīng)的原理來測量與電流密度成正比的電壓。反作用電子元件使得能夠消除連續(xù)的磁通量并 因而阻止磁芯飽和。
[0013] 這樣的傳感器能夠?qū)蛔儾⑶覐?fù)雜的電流的波形進(jìn)行測量，同時仍提供電流隔 離。此外，這樣的傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于具有從DC直到幾萬赫茲的寬帶寬。
[0014] 然而，對于直流電流而言，使用"零通量"類型的傳感器來測量電流被限制在 500kV，因?yàn)樵?00kV以上，初級和次級之間的隔離在成本、重量以及負(fù)擔(dān)方面變得無法實(shí) 現(xiàn)。此外，不受控制的磁效應(yīng)能夠使傳感器無法熱穩(wěn)定并且存在潛在的危險。實(shí)際上，初級 與次級之間的隔離使用在壓力下的液體或者氣體，這些氣體或者液體可爆炸或燃燒。
[0015] 法拉第傳感器利用了磁場B在光波導(dǎo)管中引起圓雙折射這一事實(shí)。該波導(dǎo)管由各 向同性的非吸收反磁性或者順磁性材料制成。
[0016] 在這樣的波導(dǎo)管中，左圓偏振波具有與右圓偏振波不同的傳播速度。如果線性偏 振波通過波導(dǎo)管，則線性偏振波的偏振平面經(jīng)過角度φ的旋轉(zhuǎn)，由下式給出：

【權(quán)利要求】
1. 一種用于對高電壓導(dǎo)體（5)中流動的電流進(jìn)行測量的電流測量設(shè)備（20)，其特征在 于，所述設(shè)備包括： 法拉第傳感器（1)，其包括連接到光學(xué)檢測器（7)上的光波導(dǎo)管（4)，所述光波導(dǎo)管圍 繞所述導(dǎo)體安裝，所述法拉第傳感器提供第一數(shù)字信號（S1)，所述第一數(shù)字信號代表所述 電流（Ij的值，并且所述電流的值取決于被稱作法拉第系數(shù)的可變系數(shù)（a'）； 測量分流器（21)，其串聯(lián)安裝在所述導(dǎo)體上并提供第二數(shù)字信號（S2)，所述第二數(shù)字 信號代表所述電流的值并且作為所述分流器的比例（Rf)的函數(shù)； 計算裝置（23)，其接收所述兩個數(shù)字信號作為輸入，并且適用于從所述第一數(shù)字信號 中提取第一DC分量（& )并從所述第二數(shù)字信號中提取第二DC分量（J2 )，并且適用于以 所述第一DC分量、所述第二DC分量和所述比例為基礎(chǔ)計算所述法拉第系數(shù)的值，所述計算 裝置（23)適用于以由此根據(jù)所述法拉第系數(shù)并根據(jù)所述第一數(shù)字信號計算出的值為基礎(chǔ) 得到所述電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述計算裝置（23)適用于在以下方程式 的基礎(chǔ)上計算所述電流：
其中，a'是所述法拉第系數(shù)，V是所述法拉第傳感器的費(fèi)爾德常數(shù)，k是取決于所使用 的波導(dǎo)管的常數(shù)，S1是所述第一數(shù)字信號并且L是所述電流。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述計算裝置（23)適用于在以下方程式 的基礎(chǔ)上計算所述電流：
其中，a'是所述法拉第傳感器的系數(shù)，V是所述法拉第傳感器的費(fèi)爾德常數(shù)，k是取決 于所使用的波導(dǎo)管的常數(shù)，S1是所述第一數(shù)字信號并且L是所述電流。
4. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，來自所述第一數(shù)字信號的所述第 一DC分量（& )和來自所述第二數(shù)字信號的所述第二DC分量（I2 )通過在0至0.IHz的頻 帶中對所述第一數(shù)字信號（S1)和所述第二數(shù)字信號（S2)進(jìn)行數(shù)字濾波得到。
5. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述第二數(shù)字信號（S2)為來自配 備光電元件的主板（22)的輸出，所述主板被安裝在包括所述導(dǎo)體、所述測量分流器和所述 光波導(dǎo)管的高電壓區(qū)域中。
6. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述法拉第傳感器是環(huán)狀玻璃類 型的傳感器。
7. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述測量分流器（21)是精度等級 小于或者等于0.1的分流器。
8. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述分流器由錳銅制成。
9. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述法拉第傳感器的所述光學(xué)檢 測器（7)和所述計算裝置（23)被添加到相同的電子板（24)上，所述電子板被連接到地電 勢（GND)且與所述導(dǎo)體（5)隔離，并且所述電子板進(jìn)一步包括所述法拉第傳感器的單色光 源（2)以借助偏振器（3)將線性偏振光信號經(jīng)由光導(dǎo)纖維（40)輸送到所述光波導(dǎo)管（4)， 同時，所述電子板（24)與所述主板（22)之間的連接以及所述光學(xué)檢測器（7)與所述波導(dǎo) 管（4)之間的連接經(jīng)由光導(dǎo)纖維（31、41)來實(shí)現(xiàn)。
10. 根據(jù)前項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述電子板（24)與所述導(dǎo)體（5)的隔 離通過由硅樹脂制成的合成隔離器來實(shí)現(xiàn)。
11. 一種HVDC變電站，包括： 至少一個變流器，其用于將AC電壓轉(zhuǎn)換為DC電壓，所述變流器被包括在界定了所述變 電站的圍場中； 穿壁套管，其將所述至少一個變流器連接到位于所述圍場外部的電氣系統(tǒng)上； 其特征在于，所述變電站包括至少一個如任一前述權(quán)利要求中所述的設(shè)備（20)，所述 設(shè)備被安裝在電流導(dǎo)體上，所述電流導(dǎo)體將所述至少一個變流器連接到位于所述圍場內(nèi)的 所述穿壁套管的末端。
12. 根據(jù)前項(xiàng)權(quán)利要求所述的HVDC變電站，其特征在于，所述變電站包括多個根據(jù)權(quán) 利要求1至10中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，所述多個設(shè)備被依次安裝在所述電流導(dǎo)體上，至少兩 個所述設(shè)備（20)具有共享的高精度測量分流器。
【文檔編號】G01R15/24GK104246519SQ201380018184
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年2月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月10日
【發(fā)明者】丹尼斯·查特佛, 讓-弗朗索瓦·米若紐, 蒂埃里·榮格, 朱利安·伯德斯 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司