【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于全光纖電流互感器信號解調(diào)的，更具體地，涉及一種光纖電流互感器相位解調(diào)方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、隨著社會智能化、數(shù)字化的進步，對用電量不斷增長的電力傳輸行業(yè)提出了更高的要求，因此能夠及時有效的對電力系統(tǒng)進行監(jiān)測就十分重要。其中最重要的就是電流測量，是維系電力系統(tǒng)正常運行的關(guān)鍵性因素。相應的出現(xiàn)了脈沖電流法、射頻法、光纖傳感法等。而電流互感器需要還需要滿足以下苛刻條件：在電力設(shè)備內(nèi)部特定條件下與絕緣介質(zhì)(油或氣體)不發(fā)生化學反應、高絕緣性能長久穩(wěn)定工作以及很小的尺寸。而其中基于光纖傳感的傳感器能夠滿足上述的應用場景。基于法拉第效應的全光纖電流互感器具有靈敏度高、體積小、抗電磁干擾能力強等優(yōu)點在電力監(jiān)測領(lǐng)域已有很好的應用場景。
2、設(shè)計一個性能良好的信號解調(diào)算法是全光纖電流互感器設(shè)計的重要一環(huán)。常見的解調(diào)方法根據(jù)其調(diào)制原理主要分為強度解調(diào)、波長解調(diào)和相位解調(diào)三種，其中相位解調(diào)法廣泛的受到關(guān)注。依據(jù)添加載波的方式分為內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制兩種，外調(diào)制方法采用壓電陶瓷、電光調(diào)制器等器件對輸出光進行相位調(diào)制，但外調(diào)制法增大了系統(tǒng)體積，降低了系統(tǒng)抗電磁干擾能力。內(nèi)調(diào)制通過調(diào)節(jié)激光器電流進而實現(xiàn)對波長(頻率)的調(diào)制。然而，內(nèi)調(diào)制會導致原本穩(wěn)定的光功率上疊加一個紋波，引入伴生調(diào)幅問題。同時電磁干擾、光路傳輸、電路轉(zhuǎn)換等因素會引起載波相位延遲，此外，還存在一種非線性因素載波相位調(diào)制深度c與efpi腔長和激光器調(diào)制特性有關(guān)。以上非線性因素會使得解調(diào)算法精度降低、甚至使得解調(diào)失敗，無法從傳感器中輸出電流檢測需要的信號。
4、現(xiàn)有技術(shù)至少還存在以下技術(shù)問題：
5、1、橢圓擬合參數(shù)容易受到信號值波動影響造成與理想值形成較大偏差，系統(tǒng)魯棒性差；
6、2、現(xiàn)有技術(shù)中額外引入正弦倍頻信號計算相位調(diào)制深度值從而進行反饋調(diào)整，在計算過程非常容易受信號波動影響導致較大波動，導致計算出的相位調(diào)制深度值錯誤，而用錯誤的相位調(diào)制深度值進行反饋調(diào)節(jié)，導致解調(diào)出現(xiàn)誤差。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本專利技術(shù)提供一種光纖電流互感器相位解調(diào)方法，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中由于非線性因素導致相位解調(diào)信號不準確的技術(shù)問題。
2、本專利技術(shù)采用如下的技術(shù)方案。
3、一種光纖電流互感器相位解調(diào)方法，包括以下步驟：
4、獲取全光纖電流互感器輸出的光強信號，以及對全光纖電流互感器的輸出信號進行載波調(diào)制的載波生成器生成的一倍頻載波信號和二倍頻載波信號，并將光強信號轉(zhuǎn)換為輸出信號id；
5、對輸出信號id、一倍頻載波信號和二倍頻載波信號進行信號內(nèi)調(diào)制，得到第一正切信號p(t)和第二正切信號q(t)；
6、對第一正切信號p(t)和第二正切信號q(t)的離散采樣點進行橢圓擬合，得到第一初始橢圓參數(shù)集合；
7、構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并進行訓練，將第一正切信號p(t)和第二正切信號q(t)輸入訓練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行橢圓曲面擬合，得到第二初始橢圓參數(shù)集合；
8、對比第一初始橢圓參數(shù)集合和第二初始橢圓參數(shù)集合，得到最優(yōu)橢圓參數(shù)，結(jié)合最優(yōu)橢圓參數(shù)計算并處理得到正確的解調(diào)信號。
9、優(yōu)選地，獲取全光纖電流互感器輸出的光強信號，具體包括：
10、全光纖電流互感器輸出的光強信號，為兩束相干光i1和i2進行干涉后的光強結(jié)果：
11、
12、式中，a和b為常數(shù)項，a＝i1+i2，c為載波相位調(diào)制深度，ω0為載波頻率，是外界對傳感器影響所產(chǎn)生的相位；
13、將光強信號，通過光電探測器轉(zhuǎn)換后得到的電信號作為輸出信號id。
14、優(yōu)選地，對輸出信號id、一倍頻載波信號和二倍頻載波信號進行信號內(nèi)調(diào)制，得到第一正切信號p(t)和第二正切信號q(t)，具體包括：
15、將輸出信號id、一倍頻載波信號和二倍頻載波信號，通過載波生成器進行信號內(nèi)調(diào)制，得到第一正切信號p(t)和第二正切信號q(t)；
16、其中，進行信號內(nèi)調(diào)制包括：對輸出信號id、一倍頻載波信號和二倍頻載波信號相乘后經(jīng)過低通濾波器濾波。
17、優(yōu)選地，對第一正切信號p(t)和第二正切信號q(t)的離散采樣點進行橢圓擬合，得到第一初始橢圓參數(shù)集合，具體包括：
18、采用基于分塊矩陣的直接最小二乘法，對第一正切信號p(t)和第二正切信號q(t)的離散采樣點進行橢圓擬合，其中，橢圓擬合所使用的橢圓隱式方程滿足：
19、k(e，xi)＝ex2+exy+fy2+lx+my+n＝0
20、式中，k(e，xi)表示點(xi，yi)到二次曲線k(e，xi)的代數(shù)距離，點(xi，yi)為第一正切信號p(t)和第二正切信號q(t)的離散采樣點坐標，e、e、f、l、m、n分別表示橢圓二次曲線的第一系數(shù)、第二系數(shù)、第三系數(shù)、第四系數(shù)、第五系數(shù)和第六系數(shù)；
21、設(shè)置橢圓約束條件得到橢圓的最佳擬合狀態(tài)，得到橢圓的最佳擬合狀態(tài)下的參數(shù)e、f、l、m、n作為第一初始橢圓參數(shù)集合。
22、優(yōu)選地，構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并進行訓練，具體包括：
23、構(gòu)建bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，包含輸入層、隱藏層、輸出層，輸入特征經(jīng)過隱藏層的非線性運算，用于對任意二次曲面進行擬合；
24、獲取訓練數(shù)據(jù)集，具體為，使用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集全光纖電流互感器輸出信號和一倍頻、二倍頻載波信號計算第一正切信號p(t)和第二正切信號q(t)，并獲取對應的實際相位，以第一正切信號p(t)和第二正切信號q(t)作為輸入，橢圓擬合參數(shù)e、f、l、m、n作為輸出；
25、將訓練數(shù)據(jù)集送入bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中進行訓練，并結(jié)合實際相位判斷是否完成訓練。
26、優(yōu)選地，對比第一初始橢圓參數(shù)集合和第二初始橢圓參數(shù)集合，得到最優(yōu)橢圓參數(shù)，具體包括：
27、在實際工況下進行標定測試，測試并記錄第一初始橢圓擬合出的最小代數(shù)距離平方之和，利用第一初始橢圓參數(shù)計算出相位信號參數(shù)，將計算得到的相位信號參數(shù)與實際相位值進行比較，得出在不同最小代數(shù)距離平方之和條件下相位信號參數(shù)的失真情況；
28、根據(jù)系統(tǒng)所處的工況對失真情況的要求確定最小代數(shù)距離平方之和的閾值，若第一初始橢圓擬合結(jié)果的最小代數(shù)距離平方之和小于閾值，選擇第一初始橢圓參數(shù)集合作為最優(yōu)橢圓參數(shù)集合，否則選擇第二初始橢圓參數(shù)集合作為最優(yōu)橢圓參數(shù)集合。
29、優(yōu)選地，結(jié)合最優(yōu)橢圓參數(shù)計算并處理得到正確的解調(diào)信號，具體包括：
30、根據(jù)第一正切信號p(t)、第二正切信號q(t)和最優(yōu)橢圓參數(shù)集合中的參數(shù)e、f、l，通過反正切運算得到受到非線性因素影響下的解調(diào)信號值；
31、對受到非線性因素影響下的解調(diào)信號值進行高通濾波得到正確的解調(diào)信號。
32、優(yōu)選地，受到非本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種光纖電流互感器相位解調(diào)方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的光纖電流互感器相位解調(diào)方法，其特征在于，
3.如權(quán)利要求1所述的光纖電流互感器相位解調(diào)方法，其特征在于，
4.如權(quán)利要求1所述的光纖電流互感器相位解調(diào)方法，其特征在于，對第一正切信號P(t)和第二正切信號Q(t)的離散采樣點進行橢圓擬合，得到第一初始橢圓參數(shù)集合，具體包括：
5.如權(quán)利要求1所述的光纖電流互感器相位解調(diào)方法，其特征在于，
6.如權(quán)利要求1所述的光纖電流互感器相位解調(diào)方法，其特征在于，
7.如權(quán)利要求1所述的光纖電流互感器相位解調(diào)方法，其特征在于，
8.如權(quán)利要求7所述的光纖電流互感器相位解調(diào)方法，其特征在于，
9.一種利用權(quán)利要求1-8任一項權(quán)利要求所述光纖電流互感器相位解調(diào)方法的光纖電流互感器相位解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，包括：信號采集模塊、信號處理模塊、橢圓擬合模塊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊、參數(shù)比較模塊和信號計算模塊；
10.如權(quán)利要求9所述的光纖電流互感器相位解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，
11.如權(quán)利要求9所述的光纖電流互感器相位解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，
12.如權(quán)利要求9所述的光纖電流互感器相位解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，
13.如權(quán)利要求9所述的光纖電流互感器相位解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，
14.如權(quán)利要求9所述的光纖電流互感器相位解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，
15.如權(quán)利要求9所述的光纖電流互感器相位解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，
16.如權(quán)利要求15所述的光纖電流互感器相位解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，
17.一種終端，包括處理器及存儲介質(zhì)；其特征在于：
18.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，其特征在于，該程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)權(quán)利要求1-8任一項所述光纖電流互感器相位解調(diào)方法的步驟。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種光纖電流互感器相位解調(diào)方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的光纖電流互感器相位解調(diào)方法，其特征在于，
3.如權(quán)利要求1所述的光纖電流互感器相位解調(diào)方法，其特征在于，
4.如權(quán)利要求1所述的光纖電流互感器相位解調(diào)方法，其特征在于，對第一正切信號p(t)和第二正切信號q(t)的離散采樣點進行橢圓擬合，得到第一初始橢圓參數(shù)集合，具體包括：
5.如權(quán)利要求1所述的光纖電流互感器相位解調(diào)方法，其特征在于，
6.如權(quán)利要求1所述的光纖電流互感器相位解調(diào)方法，其特征在于，
7.如權(quán)利要求1所述的光纖電流互感器相位解調(diào)方法，其特征在于，
8.如權(quán)利要求7所述的光纖電流互感器相位解調(diào)方法，其特征在于，
9.一種利用權(quán)利要求1-8任一項權(quán)利要求所述光纖電流互感器相位解調(diào)方法的光纖電流互感器相位解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，包括：信號采集模塊...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉占元，陳碩，牛曉晨，黃杰，趙磊，
申請(專利權(quán))人：中國電力科學研究院有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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