本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)自動化技術(shù)領(lǐng)域的光纖電流互感器技術(shù)，特別涉及一種高可靠低時(shí)延全光纖電流互感器。

背景技術(shù)：

全光纖電流互感器敏感部分采用全光纖器件，具有絕緣性好，抗電磁干擾性能好、測量范圍大、響應(yīng)頻帶寬、可測量交直流、安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，正在成為電子式電流互感器發(fā)展的趨勢。

目前全光纖電流互感器均通過合并單元與后臺設(shè)備相連接，其數(shù)據(jù)需要在合并單元中進(jìn)行同步處理，然后再按照標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)到后臺設(shè)備中。由于存在合并單元環(huán)節(jié)，一方面由于增加設(shè)備，降低了系統(tǒng)的可靠性；另一方面，合并單元的處理帶來750us～2000us的延時(shí)，該延時(shí)將會對后臺系統(tǒng)的操作及時(shí)性帶來較大影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提供一種既能提高全光纖電流互感器的可靠性、又能降低其數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_設(shè)備時(shí)延的全光纖電流互感器。

為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種高可靠低時(shí)延全光纖電流互感器，包括信號調(diào)制解調(diào)單元及光路敏感單元，所述信號調(diào)制解調(diào)單元包括光電探測器、采樣信號調(diào)理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、主控模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、反饋調(diào)理模塊、增益控制模塊；所述光路敏感單元包括光源驅(qū)動模塊、光源、耦合器、起偏器、調(diào)制器、延遲環(huán)、傳感環(huán)；還包括通訊處理單元，所述通訊處理單元包含與主控模塊相接的外部同步模塊、網(wǎng)絡(luò)通訊模塊。

本發(fā)明增加網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，增加國際電力通訊標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議支持，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)直接輸出到后臺設(shè)備，減小傳輸時(shí)延；增加外部同步對時(shí)功能，能夠做到與外部設(shè)備實(shí)時(shí)同步傳輸。省掉合并單元降低數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延，提高系統(tǒng)可靠性。

所述網(wǎng)絡(luò)通訊模塊采用以光纖或者電纜為傳輸介質(zhì)的以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，具備不少于1路網(wǎng)絡(luò)接口，可擴(kuò)展為多路(大于等于2路)網(wǎng)絡(luò)接口。網(wǎng)絡(luò)通訊模塊采用標(biāo)準(zhǔn)化通訊協(xié)議，包括但不限于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議、DL/T860標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議、TCP/IP協(xié)議、UDP協(xié)議等將信號調(diào)制解調(diào)單元的處理結(jié)果傳輸?shù)胶笈_設(shè)備，具備專用通訊協(xié)議擴(kuò)展能力。網(wǎng)絡(luò)通訊模塊能將全光纖電流互感器采樣值數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送到后臺，也能將系統(tǒng)告警信息通過網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送到后臺。該采樣值數(shù)據(jù)和告警信息可以通過不同網(wǎng)口發(fā)送，也可以通過相同網(wǎng)口發(fā)送。不同網(wǎng)口的功能可以通過后臺進(jìn)行配置。網(wǎng)口傳輸介質(zhì)可以為光纖或者電纜。

外部同步模塊包括信號源控制模塊及連接于信號源控制模塊輸入端的GPS信號解碼模塊、北斗信號解碼模塊、以太網(wǎng)對時(shí)信號解碼模塊、本地同步信號產(chǎn)生模塊、秒脈沖解碼模塊、IRIG-B碼解碼模塊；信號源控制模塊輸出端接系統(tǒng)采樣脈沖生成模塊，系統(tǒng)采樣脈沖生成模塊輸出至系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步處理模塊。

所述本地同步信號生成模塊用于產(chǎn)生本地同步信號，在沒有外部同步信號接入時(shí)，系統(tǒng)將采用本地同步信號。

所述信號源控制模塊用于選擇外部信號源，根據(jù)后臺配置，準(zhǔn)確選擇需要的外部同步信號源或者內(nèi)部信號源。

所述系統(tǒng)采樣脈沖生成模塊，用于將同步信號轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)同步信號，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置，可以將同步信號分為4000Hz、8000Hz、12800Hz等脈沖信號，也可以根據(jù)后臺配置，生成其余頻率的采樣脈沖，用于對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采樣和同步。

所述系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步處理模塊，包含但不限于以下三種處理方式：一是同步采樣方式，即系統(tǒng)采樣值輸出時(shí)刻與采樣脈沖完全同步，當(dāng)采樣脈沖到來時(shí)，立即產(chǎn)生采樣信號。二是采樣值與同步脈沖不同步，利用插值方法，將采樣值數(shù)據(jù)插值到采樣脈沖到來時(shí)刻。三是在方式一的基礎(chǔ)上增加預(yù)采樣功能，通過系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算采樣需要時(shí)間，通過提前采樣，確保系統(tǒng)采樣脈沖到來時(shí)，采樣數(shù)據(jù)也剛準(zhǔn)備好，達(dá)到同時(shí)輸出的效果。

所述的通訊處理單元包括合并單元通訊模塊。改進(jìn)之后，光纖電流互感器同時(shí)具備網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，合并單元通訊模塊，外部同步對時(shí)模塊，也可以只具備網(wǎng)絡(luò)通訊模塊和外部同步對時(shí)模塊。

所述合并單元通訊模塊采用電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的FT3協(xié)議輸出，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有合并單元的兼容性。硬件上支持可擴(kuò)展為其余串行通訊協(xié)議。

所述主控模塊主要完成信號調(diào)制解調(diào)、同步信號處理、網(wǎng)絡(luò)通訊處理、合并單元通訊處理等功能。實(shí)現(xiàn)有效信號的解調(diào)，并以解調(diào)結(jié)果為基礎(chǔ)，計(jì)算反饋數(shù)值大小并反饋。另外將解調(diào)結(jié)果進(jìn)行積分和濾波數(shù)據(jù)處理后，作為計(jì)算結(jié)果輸出到后臺設(shè)備中。

所述主控模塊采用處理器包括但不限于FPGA、DSP、CPU等芯片完成核心處理算法運(yùn)算，得到反饋數(shù)據(jù)和采樣值。處理器芯片可以為1個(gè)或者多個(gè)芯片。

所述一種高可靠低時(shí)延全光纖電流互感器，不需要與合并單元相連接，可以直接與后臺設(shè)備通訊，將采樣值和告警信號直接傳輸?shù)胶笈_。減少了合并單元環(huán)節(jié)，提高了設(shè)備可靠性，降低了數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延。

所述一種高可靠低時(shí)延全光纖電流互感器，具備同步功能，能實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)數(shù)據(jù)的同步傳輸，做到信息及時(shí)準(zhǔn)確反饋。

本發(fā)明具有以下有益效果：1)全光纖電流互感器具備網(wǎng)絡(luò)通訊功能，不需要合并單元轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，降低網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延，提高系統(tǒng)的可靠性；(2)具備同步信號接收功能，能實(shí)時(shí)接收外部同步信號，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間數(shù)據(jù)同步；(3)具備數(shù)據(jù)同步處理功能，可以實(shí)現(xiàn)多種同步處理方式，適應(yīng)不同的應(yīng)用場景。(4)具備將告警信息直接傳輸?shù)胶笈_的能力，方便故障信息傳輸。(5)具備多網(wǎng)口擴(kuò)展功能，能同時(shí)進(jìn)行多路網(wǎng)口收發(fā)。

說明書附圖

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)總體功能單元示意圖；

圖2為本發(fā)明系統(tǒng)詳細(xì)功能模塊示意圖；

圖3為本發(fā)明外部同步模塊功能示意圖；

圖4為本發(fā)明外部設(shè)備連接示意圖；

1-通訊處理單元；2-信號調(diào)制解調(diào)單元；3-光路敏感單元；

11-外部同步模塊；12-網(wǎng)絡(luò)通訊模塊；13-合并單元通訊模塊；

21-探測器；22-采樣調(diào)理模塊；23-模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；24-主控模塊；25-增益控制模塊；26-數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊；27-反饋調(diào)理模塊；

31-光源驅(qū)動模塊；32-光源；33-耦合器/環(huán)形器；34-起偏器；35-調(diào)制器；36-延遲環(huán)；37-傳感環(huán)；

111-GPS信號解碼模塊；112-北斗信號解碼模塊；113-以太網(wǎng)對時(shí)信號解碼模塊；114-本地同步信號產(chǎn)生模塊；115-秒脈沖解碼模塊；116-信號源控制模塊；117-IRIG-B碼解碼模塊；118-系統(tǒng)采樣脈沖生成模塊；119-系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步處理模塊；

A11-同步源1；A12-同步源2；A21-同步接口1；A22-同步接口2；

B11-合并單元1；B12-合并單元2；B21-合并單元接口1；B22-合并單元接口2；

C11-保護(hù)裝置；C12-測量裝置；C13-其他裝置；C21-網(wǎng)口1；C22-網(wǎng)口2；C23-網(wǎng)口n；

E0-高可靠低時(shí)延全光纖電流互感器。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明一種高可靠低時(shí)延全光纖電流互感器做進(jìn)一步的說明。

如圖1所示為本發(fā)明一種高可靠低時(shí)延全光纖電流互感器總體功能單元示意圖。系統(tǒng)中包含通訊處理單元1，完成與通訊相關(guān)的處理功能；信號調(diào)制解調(diào)單元2，完成系統(tǒng)信號控制，外部信號處理等功能；光路敏感單元3，用于完成電流信號敏感功能。

如圖2所示為本發(fā)明一種高可靠低時(shí)延全光纖電流互感器系統(tǒng)詳細(xì)功能模塊示意圖，本系統(tǒng)中包括外部同步模塊11，用于管理外部同步信號，并將系統(tǒng)數(shù)據(jù)與外部同步信號進(jìn)行對齊處理；網(wǎng)絡(luò)通訊模塊12，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)功能，該模塊包含一個(gè)或者多個(gè)(例如3個(gè)、6個(gè)、9個(gè)等)，該接口可以與后臺設(shè)備相連接，通過該模塊能取代合并單元，減少設(shè)備使用數(shù)量；合并單元通訊模塊13，完成將互感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶喜卧墓δ埽撃K能保證設(shè)備能正常兼容現(xiàn)有系統(tǒng)體系；探測器21，實(shí)現(xiàn)光信號轉(zhuǎn)換為電信號，便于后續(xù)信號處理；采樣調(diào)理模塊22，進(jìn)行小信號的變換，使得電壓值滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊23輸入信號的要求，并具備外部干擾的抑制和防護(hù)功能；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊23，主要完成將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的功能，便于后續(xù)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)運(yùn)算；主控模塊24，完成互感器有用信號的調(diào)制和解調(diào)，閉環(huán)反饋、增益控制、接口通訊、同步控制等功能，是核心處理模塊；增益控制模塊25，用于控制反饋鏈路增益，減小全溫范圍內(nèi)誤差；數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊26，完成數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號功能，用于控制相位調(diào)制器；反饋調(diào)理模塊27，完成反饋信號幅度調(diào)整，使其滿足相位調(diào)制器電壓要求；光源驅(qū)動模塊31，產(chǎn)生光源32需要的驅(qū)動電流信號，溫控電流信號，使其工作在最佳狀態(tài)；光源32，產(chǎn)生整個(gè)光路信號傳輸所需要的光信號；耦合器/環(huán)形器33，完成光路定向傳輸功能；起偏器34，完成線偏光轉(zhuǎn)換功能；調(diào)制器35，完成電信號轉(zhuǎn)換為光相位變化功能，調(diào)制器35與起偏器34之間采用45°熔接；延遲環(huán)36，提高光傳輸時(shí)間，降低對模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的要求；傳感環(huán)37，用于敏感電流變化，將電流值大小轉(zhuǎn)換為光信號的相位變化。

如圖3所示為本發(fā)明一種高可靠低時(shí)延全光纖電流互感器外部同步模塊功能示意圖，該模塊包含GPS信號解碼模塊111，完成GPS信號的接收和解碼；北斗信號解碼模塊112，完成北斗信號的接收和解碼；以太網(wǎng)對時(shí)信號解碼模塊113，以太網(wǎng)對時(shí)信號的接收和解碼；本地同步信號產(chǎn)生模塊114，用于利用系統(tǒng)時(shí)鐘產(chǎn)生同步信號，在外部沒有同步信號輸入時(shí)，保證系統(tǒng)正常工作；秒脈沖解碼模塊115，完成外部輸入秒脈沖信號的解碼；信號源控制模塊116，用于控制系統(tǒng)同步信號的輸入類型和輸入來源，可根據(jù)后臺配置進(jìn)行設(shè)置；IRIG-B碼解碼模塊117，完成IRIG-B信號的接收和解碼；系統(tǒng)采樣脈沖生成模塊118，根據(jù)信號源控制模塊116輸出的同步信號，按照系統(tǒng)配置的采樣率要求，生成采樣同步信號；系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步處理模塊119，根據(jù)系統(tǒng)同步方式設(shè)置，按照采樣同步信號進(jìn)行。

如圖4所示為本發(fā)明一種高可靠低時(shí)延全光纖電流互感器外部設(shè)備連接示意圖，外部設(shè)備包括同步源1A11，與同步接口1A21連接，用于連接外部同步信號，該接口支持同步信號類型配置，也可支持類型自動識別；同步源2A12，同步接口2A22連接，其功能與外部設(shè)備包括同步源1A11相同；合并單元1B11，與合并單元接口1B21連接，用于將互感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶喜卧?，然后通過合并單元再到達(dá)后臺設(shè)備，該接口可以提高互感器的兼容性能；合并單元2B12，與合并單元接口2B22連接；保護(hù)裝置C11，與網(wǎng)口1C21相連接；測量裝置C12，與網(wǎng)口2C22相連接；其他裝置C13，與網(wǎng)口n C23相連接；網(wǎng)口1C21、網(wǎng)口2C22、網(wǎng)口n C23用于將互感器數(shù)據(jù)直接和后臺連接，之間不需要合并單元。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。