宽带宽、超高精确度hvdc电流测量设备的制作方法
【专利摘要】本发明的主题是一种用于对高电压导体(5)中流动的电流(ILB)进行测量的电流测量设备(21)，其特征在于，所述设备(20)包括：法拉第传感器(1)，其包括围绕所述导体(5)安装的波导管(4)，所述法拉第传感器(1)提供第一数字信号(S1)，所述第一数字信号代表所述电流的值，并且所述电流的值取决于被称作法拉第系数的可变系数(a')；测量分流器(21)，其串联安装在所述导体(5)上并提供第二数字信号(S2)，所述第二数字信号代表所述电流的值并且作为所述分流器的比例(R(f))的函数；计算装置(23)，其接收所述两个数字信号(S1、S2)作为输入，并且适用于从所述第一数字信号中提取第一DC分量(S1)并从所述第二数字信号中提取第二DC分量(S2)，并且适用于以这些分量为基础计算所述法拉第系数(a')的值，所述计算装置适用于以由此根据所述法拉第系数并根据所述第一数字信号(S1)计算出的值为基础得到所述电流(ILB)。
【专利说明】宽带宽、超高精确度HVDC电流测量设备
【技术领域】
[0001] 本发明涉及对超高压直流电能进行传送的领域。本发明尤其涉及一种能够在开关 变流器的输出处对高压电站中的DC电流进行测量的设备。
【背景技术】
[0002] 现代的 HVDC(High Voltage Direct Current,高压直流）变电站，例如 AIS(Air Insulated Station，空气绝缘电站）以及GIS(Gas Insulated Station，气体绝缘电站）变 电站，要求受控阶段的变流器具有很高的切换频率、快速动力以及大约SOOkV幅度的电压。
[0003] 在变流器或整流器类型的变流器的输出端处的电流频谱除了零频率分量（DC分 量）之外，还包括有高达几千赫兹频率范围处的残余谐波（AC分量）。
[0004] 需要知悉"完整或复合"电流信号（即，从DC到最高的AC频率）的值，以便估计 所实现的整流的质量并且实现PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）用于控制切 换。在此情况下，知悉电流的精确值使得能够以最佳方式对调制参数进行调整以达到在合 适的瞬间使变流器的半导体开关（M0SFET、IGBT、晶闸管类型）阻塞或者处于饱和的目的。
[0005] 为此，特定于HVDC应用的电流传感器被集成到变电站中。HVDC电流传感器必须具 有以下特性：
[0006] 宽带宽，用于测量"完整或复合"电流的信号，以便提供对电流的残余和过渡波动 的快速响应；
[0007] 测量的稳定性；
[0008] 不存在电压方面的限制；
[0009] 测量不受温度等环境参数的影响。
[0010] 电流传感器通常为两种类型：所谓的"零流量"（或无流量）传感器以及磁光传感 器，零流量传感器使用霍尔效应以及受控系统，磁光传感器使用法拉第效应。
[0011] 在下文的描述中，法拉第传感器指的是利用法拉第效应的磁光传感器。
[0012] 由于采用了与有电流流过的初级棒隔离的次级测量芯，零流量传感器利用霍尔效 应的原理来测量与电流密度成正比的电压。反作用电子元件使得能够消除连续的磁通量并 因而阻止磁芯饱和。
[0013] 这样的传感器能够对交变并且复杂的电流的波形进行测量，同时仍提供电流隔 离。此外，这样的传感器的优点在于具有从DC直到几万赫兹的宽带宽。
[0014] 然而，对于直流电流而言，使用"零通量"类型的传感器来测量电流被限制在 500kV，因为在500kV以上，初级和次级之间的隔离在成本、重量以及负担方面变得无法实 现。此外，不受控制的磁效应能够使传感器无法热稳定并且存在潜在的危险。实际上，初级 与次级之间的隔离使用在压力下的液体或者气体，这些气体或者液体可爆炸或燃烧。
[0015] 法拉第传感器利用了磁场B在光波导管中引起圆双折射这一事实。该波导管由各 向同性的非吸收反磁性或者顺磁性材料制成。
[0016] 在这样的波导管中，左圆偏振波具有与右圆偏振波不同的传播速度。如果线性偏 振波通过波导管，则线性偏振波的偏振平面经过角度φ的旋转，由下式给出：
【权利要求】
1. 一种用于对高电压导体（5)中流动的电流进行测量的电流测量设备（20)，其特征在 于，所述设备包括： 法拉第传感器（1)，其包括连接到光学检测器（7)上的光波导管（4)，所述光波导管围 绕所述导体安装，所述法拉第传感器提供第一数字信号（S1)，所述第一数字信号代表所述 电流（Ij的值，并且所述电流的值取决于被称作法拉第系数的可变系数（a'）； 测量分流器（21)，其串联安装在所述导体上并提供第二数字信号（S2)，所述第二数字 信号代表所述电流的值并且作为所述分流器的比例（Rf)的函数； 计算装置（23)，其接收所述两个数字信号作为输入，并且适用于从所述第一数字信号 中提取第一DC分量（& )并从所述第二数字信号中提取第二DC分量（J2 )，并且适用于以 所述第一DC分量、所述第二DC分量和所述比例为基础计算所述法拉第系数的值，所述计算 装置（23)适用于以由此根据所述法拉第系数并根据所述第一数字信号计算出的值为基础 得到所述电流。
2. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述计算装置（23)适用于在以下方程式 的基础上计算所述电流：
其中，a'是所述法拉第系数，V是所述法拉第传感器的费尔德常数，k是取决于所使用 的波导管的常数，S1是所述第一数字信号并且L是所述电流。
3. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述计算装置（23)适用于在以下方程式 的基础上计算所述电流：
其中，a'是所述法拉第传感器的系数，V是所述法拉第传感器的费尔德常数，k是取决 于所使用的波导管的常数，S1是所述第一数字信号并且L是所述电流。
4. 根据任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，来自所述第一数字信号的所述第 一DC分量（& )和来自所述第二数字信号的所述第二DC分量（I2 )通过在0至0.IHz的频 带中对所述第一数字信号（S1)和所述第二数字信号（S2)进行数字滤波得到。
5. 根据任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，所述第二数字信号（S2)为来自配 备光电元件的主板（22)的输出，所述主板被安装在包括所述导体、所述测量分流器和所述 光波导管的高电压区域中。
6. 根据任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，所述法拉第传感器是环状玻璃类 型的传感器。
7. 根据任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，所述测量分流器（21)是精度等级 小于或者等于0.1的分流器。
8. 根据任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，所述分流器由锰铜制成。
9. 根据任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，所述法拉第传感器的所述光学检 测器（7)和所述计算装置（23)被添加到相同的电子板（24)上，所述电子板被连接到地电 势（GND)且与所述导体（5)隔离，并且所述电子板进一步包括所述法拉第传感器的单色光 源（2)以借助偏振器（3)将线性偏振光信号经由光导纤维（40)输送到所述光波导管（4)， 同时，所述电子板（24)与所述主板（22)之间的连接以及所述光学检测器（7)与所述波导 管（4)之间的连接经由光导纤维（31、41)来实现。
10. 根据前项权利要求所述的设备，其特征在于，所述电子板（24)与所述导体（5)的隔 离通过由硅树脂制成的合成隔离器来实现。
11. 一种HVDC变电站，包括： 至少一个变流器，其用于将AC电压转换为DC电压，所述变流器被包括在界定了所述变 电站的围场中； 穿壁套管，其将所述至少一个变流器连接到位于所述围场外部的电气系统上； 其特征在于，所述变电站包括至少一个如任一前述权利要求中所述的设备（20)，所述 设备被安装在电流导体上，所述电流导体将所述至少一个变流器连接到位于所述围场内的 所述穿壁套管的末端。
12. 根据前项权利要求所述的HVDC变电站，其特征在于，所述变电站包括多个根据权 利要求1至10中任一项所述的设备，所述多个设备被依次安装在所述电流导体上，至少两 个所述设备（20)具有共享的高精度测量分流器。
【文档编号】G01R15/24GK104246519SQ201380018184
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年2月8日 优先权日:2012年2月10日
【发明者】丹尼斯·查特佛, 让-弗朗索瓦·米若纽, 蒂埃里·荣格, 朱利安·伯德斯 申请人:阿尔斯通技术有限公司