【導(dǎo)讀】本文首先設(shè)計(jì)了直流光學(xué)電流互感器的結(jié)構(gòu)，對(duì)其在測(cè)量過程中引入的。其次，分析和比較了微弱信號(hào)檢測(cè)的各種方法，針對(duì)直流輸電系統(tǒng)。量，采用相關(guān)檢測(cè)方法測(cè)量直流輸電線路的諧波電流。統(tǒng)能夠滿足測(cè)量要求。

　　

【正文】 模擬給出，調(diào)制信號(hào)及解調(diào)信號(hào)用信號(hào)發(fā)生器生成，高通濾波及低通濾波功能由濾波器模塊實(shí)現(xiàn)。 根據(jù)仿真結(jié)果，當(dāng)高通濾波器選擇不同的截止頻率時(shí)，輸出直流值與輸入直流值呈現(xiàn)不同的純屬關(guān)系。設(shè) y kx b??，式中 y 為輸出直流， x 為輸入直流， k為系數(shù)， b 為常數(shù)，則對(duì)于 不同的截止頻率下輸出與輸入直流值之間的關(guān)系如表41 所示，高通濾波器截止頻率的選定主要取決于光電探測(cè)器所帶來的內(nèi)部噪聲。 表 41 輸入、輸出直流的線性關(guān)系 高通濾波器截止頻率（ kHZ） 30 31 32 33 34 k b 通過這種純屬關(guān)系對(duì)輸出電流進(jìn)行修正，即對(duì)于仿真中輸出的電流值 y ，反推出輸入電流 x ，再與輸入的電流值的準(zhǔn)確值進(jìn)行比較分析。 經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)高通濾波器的截止頻率選取不同的值時(shí)，修正后的直流值與輸入直流值的誤差維持在 級(jí)以內(nèi)，滿足國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。用 LabVIEW 中的信號(hào)檢測(cè)模塊對(duì)不同頻率下的輸入、輸出噪聲電壓有效值進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)量結(jié)果顯示，經(jīng)低通濾波器后輸出噪聲幅值明顯減小。 經(jīng)過測(cè)量，得到噪聲有效值在 （ .）左右，針對(duì)直流光學(xué)電流互感器弱信號(hào)強(qiáng)噪聲的特點(diǎn)，選擇了高通濾波器截止頻率在 30kHZ時(shí) （ .）間的十個(gè)輸入電 流值對(duì)輸 入 信噪比和 輸出信噪比 進(jìn)行測(cè)量 ，信噪比20 log ( / )snSN R V V? ，其中 sV 和 nV 分別為信號(hào)及噪聲電壓的有效值，得到的信噪比曲線如圖 45 所示。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 圖 45 輸入、輸出信噪比曲線 當(dāng)輸入信號(hào)為 （ .） 時(shí)，未采用調(diào)制解調(diào)法時(shí)，信噪比達(dá)到 27dB，經(jīng)過調(diào)制解調(diào)信號(hào)處理后，輸出信噪比達(dá)到 54dB，測(cè)量精度達(dá)到 %。 當(dāng)輸入信號(hào)為 （ .） 時(shí)，未采用調(diào)制解調(diào)法時(shí)，信噪 比達(dá)到 27dB，經(jīng)過調(diào)制解調(diào)信號(hào)處理后，輸出信噪比達(dá)到 54dB，測(cè)量精度達(dá)到 %。 當(dāng)輸入信號(hào)從 （ .） 到 （ .） 變化時(shí)，輸出信噪比就快速減小，達(dá)到 25dB，測(cè)量精度達(dá)到 %，而未采用調(diào)制解調(diào)法時(shí)，信噪比達(dá)到 47dB。 當(dāng)輸入信號(hào)從 （ .） 開始增加時(shí)，由于信號(hào)增加而噪聲不變，輸出信噪比可以超過 54dB，達(dá)到 %的測(cè)量精度，如圖 46 所示。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 圖 46 直流電流檢測(cè)誤差曲線圖 由此可見，利用調(diào)制解調(diào)的微弱信號(hào)檢測(cè)方法對(duì)直流電流進(jìn)行微弱信號(hào)檢測(cè)，信噪比有了明顯的 改善，噪聲得到了有效濾除。 本章小結(jié) 本章針對(duì)基于調(diào)制解調(diào)法的直流光學(xué)電流互感器的直流電流測(cè)量展開研究，設(shè)計(jì)了測(cè)量系統(tǒng)框圖，推導(dǎo)了測(cè)量過程的相應(yīng)公式，并在 LabVIEW 環(huán)境下進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果證明，所設(shè)計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)能夠有效消除系統(tǒng)中的噪聲，輸出信噪比有了明顯改善，表明測(cè)量精度滿足 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 第 5 章 總結(jié)與展望 全文總結(jié) 現(xiàn)階段，高壓直流輸電已在我國得到了快速發(fā)展，直流電流互感器是直流系統(tǒng)中測(cè)量與保護(hù)的最基本單元，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到直流輸電設(shè)備的安全以及運(yùn)行的穩(wěn)定性。隨著電力系統(tǒng)傳輸 容量的不斷增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的直流互感器暴露出越來越多的缺點(diǎn)，難以適應(yīng)我國迅速發(fā)展的高壓直流輸電事業(yè)的需求。而基于法拉第磁光效應(yīng)的直流光學(xué)電流互感器以其種種優(yōu)點(diǎn)發(fā)展迅速，必將取代傳統(tǒng)的電流互感器。但是直流光學(xué)電流互感器在實(shí)用化的道路上依然存在一些問題。本文針對(duì)直流光學(xué)電流互感器的信號(hào)檢測(cè)展開研究。論文取得了如下成果： 1 基于法拉第磁光效應(yīng)設(shè)計(jì)了直流光學(xué)電流互感器的結(jié)果，其中光學(xué)傳感部件采用了直通式光路結(jié)構(gòu)，從而提高了光學(xué)電流互感器的運(yùn)行穩(wěn)定性。通過對(duì)直流光學(xué)電流互感器在測(cè)量過程中引入的內(nèi)部噪聲及其信噪特性進(jìn)行理論 分析和試驗(yàn)，驗(yàn)證了其存在噪聲與信號(hào)頻帶相重疊的問題，無法用傳統(tǒng)的器方法進(jìn)行噪聲濾除，需要采用微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電流和諧波電流的準(zhǔn)確測(cè)量。 2 分析和比較了微弱信號(hào)檢測(cè)的各種方法，包括調(diào)制隨機(jī)共振、相關(guān)檢測(cè)、小波分析、希爾伯特黃、混沌理論、二維相干技術(shù)、取樣積分與數(shù)字式平均法、鎖定放大器、自適應(yīng)噪聲抵消法、調(diào)制解調(diào)法等，針對(duì)直流輸電系統(tǒng)電流測(cè)量的要求，確定采用調(diào)制解調(diào)方法對(duì)直流輸電線路上的直流電流進(jìn)行測(cè)量，采用相關(guān)檢測(cè)方法測(cè)量直流輸電線路的諧波電流。 3 針對(duì)基于調(diào)制解調(diào)法的直流光學(xué)電流互感器的直流電 流測(cè)量展開了研究，設(shè)計(jì)了測(cè)量系統(tǒng)框圖，推導(dǎo)了測(cè)量過程的相應(yīng)公式，并在 LabVIEW 環(huán)境下進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表揚(yáng)，所設(shè)計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)能夠有效消除系統(tǒng)中的噪聲，輸出信噪比較調(diào)制解調(diào)前有了明顯改善，被測(cè)電流在 ，測(cè)量精度滿足 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，被沒電流在（ ） ，測(cè)量精度滿足 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。 工作展望 基于法拉第磁光效應(yīng)的高壓直流光學(xué)電流互感器從理論上不僅能夠測(cè)量直流電流，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波電流的測(cè)量。但是在其實(shí)用化道路上依然存在一些問題，比如溫度對(duì)傳感頭的影響，使得測(cè)量 精度不準(zhǔn)確的問題，以及長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性的問題。隨著我國高壓直流輸電事業(yè)如火如荼的開展，相關(guān)的直流檢測(cè)和保護(hù)設(shè)備的國產(chǎn)化顯得越來越重要。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 信號(hào)檢測(cè)與處理是一項(xiàng)艱苦的工作，由于時(shí)間緊迫，本文的研究?jī)?nèi)容是在較理想的善下進(jìn)行的，沒有考慮到諸多外界因素諸如環(huán)境溫度對(duì)信號(hào)檢測(cè)過程中產(chǎn)生的影響，只是在理論分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行的仿真分析和初步的實(shí)驗(yàn)研究，盡管誤差分析能夠滿足國家標(biāo)準(zhǔn)，但在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下是否依然準(zhǔn)確，有待進(jìn)一步的研究。在本文研究?jī)?nèi)容的基礎(chǔ)上，還有如下內(nèi)容有待深入： 1 針對(duì)基于調(diào)制解調(diào)法的直流光學(xué)電流互感器的直流電流測(cè) 量系統(tǒng)，對(duì)影響誤差的各種因素進(jìn)行詳細(xì)的分析，在此基礎(chǔ)上，研究提高直流光學(xué)電流互感器的精度的措施，最終實(shí)現(xiàn)直流光學(xué)電流互感器的實(shí)用化。 2 實(shí)現(xiàn)交流調(diào)制電流源，進(jìn)一步提高交流調(diào)制電流源的穩(wěn)定性和可靠性。 3 在考慮外界溫度影響的前提下，對(duì)本文提出的理論和設(shè)計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，并在此基礎(chǔ)上研究當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)提高直流光學(xué)電流互感器的測(cè)量性能的方法。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 參 考 文 獻(xiàn) [1] 徐雁 . 光電直流電流及諧波電流互感器的研究 [D]. 武漢：華中科技大學(xué)博士論文 20xx [2] 劉金亮，鐘輝煌，賀軍濤 .測(cè)量 ns 級(jí)脈沖大電流的同軸分流器 [J]. 高壓電器 .：5456 [3] 梁竹鍵 .電磁學(xué) [M] 北京：高等教育出版社， 20xx [4] 袁國勝，劉浙華 .霍爾效應(yīng)測(cè)量大電流的理論探討 [J].中國測(cè)量技術(shù) .20xx，31(2):1517 [5] 張維榮 .霍爾原理直流大電流互感器的研究 [D].北京：華北電力大學(xué)碩士論文， 20xx [6] 孟潞，法拉第直流電流測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)用化研究， 20xx 年碩士學(xué)位論文，華北電力大學(xué) [7] 馬大千，直流光學(xué)電流 互感器信號(hào)檢測(cè)技術(shù)研究， 20xx 年碩士學(xué)位論文，華北電力大學(xué) [8] 徐雁，張艷，朱明鈞，等 .基于空心線圈的 HVDC 諧波電流測(cè)量及性能分析 .電力系統(tǒng)自動(dòng)化， 20xx， 29（ 22）： 87~90 [9] 張德賽，羅道軍，彭劍 .國內(nèi)外光電式電流互感器研究現(xiàn)狀 .四川電力技術(shù) ,1999， 2：53~55 [10] 王曉菁 .光學(xué)電流互感器的研究方向與現(xiàn)狀 .電力科學(xué)工程 .20xx,24(2):34~36 [11] 李巖松 .高精席自適應(yīng)光學(xué)電流互感器及其穩(wěn)定性研究： [博士學(xué)位論文 ].北京，華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院， 20xx [12] 鄧凡 .基于 Rogowski 線圈的高壓直流諧波電流測(cè)量： [碩士學(xué)位論文 ].武漢，華中科技大學(xué)電氣學(xué)院， 20xx [13] 郭毅軍 .高壓直流輸電系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展概述 .中國西部科技， 20xx， 7（ 15）： 12~14 [14] 張健，及洪泉，遠(yuǎn)振海，李巖松，郭志忠 .光學(xué)電流互感器及其應(yīng)用評(píng)述 .高電壓技術(shù)，20xx， 33（ 5）： 32~36 [15] 高晉占 .微弱信號(hào)檢測(cè) .北京：清華大學(xué)出版社 ,20xx [16] 楊祥龍 .隨機(jī)共振理論在弱信號(hào)檢測(cè)中的應(yīng)用研究： [博士學(xué)位論文 ].杭州，激勵(lì)大學(xué)研究生院 ， 20xx [17] 張文愛，寧愛平 .混沌北京下基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的弱信號(hào)檢測(cè) .太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)，華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 20xx， 37（ 3）： 281~283 [18] 朱志宇，姜長(zhǎng)生，張冰，劉維亭 .基于混沌理論的微弱信號(hào)檢測(cè)方法 .傳感器技術(shù)， 20xx，24（ 5）： 65~68 [19] 陳華敏，師學(xué)明，李大心 .二維相干技術(shù)在微弱信號(hào)檢測(cè)中的應(yīng)用 .西安工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，20xx,24(2):118~122 [20] 鄒燕，馮麗爽，張春熹，劉軍 .鎖定放大器在微弱光信號(hào)檢測(cè)中的應(yīng)用 .電沒與儀表，20xx， 42（ 479）： 15~18 [21] 李巖松，張國慶，于文斌，楊以涵，高曙，郭志忠 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感謝導(dǎo)師李巖松對(duì)我的關(guān)心的教誨，從論文的選題到中期檢查到最終論文的完成無不滲透著老師的心血。李老師對(duì)學(xué)生在學(xué)業(yè)上嚴(yán)格要求，在生活上關(guān)心愛護(hù)，這些都令我銘記在心，李老師的博學(xué)多聞和寬廣的胸襟令我終生難忘。當(dāng)我遇到困難時(shí)李老師的指導(dǎo)和教誨讓我有勇氣和信心戰(zhàn)勝學(xué)習(xí)中的難題。在此向李老師表示崇高的敬意和深深的感謝。 同時(shí)還要感謝電氣 0810 的全體同學(xué)及我們的班主任徐衍匯老師，在大學(xué)四年的生活里對(duì)我學(xué)習(xí)和生活上無微不至的關(guān)懷，在這四年的生活里我們建立起深厚的師生情誼和同學(xué)友情，班級(jí)生活讓我終生難忘。和他們共度的時(shí)光將 是我最美好的回憶。 最后感謝我的父母和親人是他們含辛茹苦供我讀書，對(duì)我的學(xué)業(yè)一如既往的支持和鼓勵(lì)，他們的付出我將用一生來報(bào)答。