堆叠式MOCT抗磁干扰特性分析及测量误差消除方法

作     者：万君 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：李岩松

授予年度：2021年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：磁光玻璃 光学电流互感器 抗磁干扰 误差消除 

摘      要：为了实现现代电网的集成化、紧凑化,应用电磁感应原理的老式电流互感器无法胜任。而磁光玻璃光学电流互感器（MOCT）能明显地节省空间成本,可以方便地与一次设备组合安装。目前,MOCT有两类结构,双层光路式MOCT由于光路传播方向的改变,导致其稳定性低且整体光强衰减,直通光路式MOCT存在测量误差大、易受外磁干扰的问题。为此,本文综合考虑两类结构的优点与问题,对磁光传感结构进行优化,分析所提出的堆叠式MOCT传感机理,探究磁场干扰误差的消除方法。首先,从Biot-Savart定律出发,针对MOCT中的有限长导体推导其磁场空间场点的磁场强度计算式,对MOCT中有限长导体磁场强度分布进行轴向分析和径向分析。建立有限长导体空间不均匀磁场的三维模型,通过COMSOL Multiphysics有限元仿真软件计算,对比验证了理论推导的正确性。其次,根据堆叠式MOCT光学传感机理,分析了无外界磁场干扰和考虑邻相磁场干扰两种情况下磁场强度沿光路的积分过程,探究了堆叠式MOCT的测量误差的影响因素,测量误差由结构参数和磁场参数共同决定,建立了完整的堆叠式MOCT光学传感数学模型。再次,分析测量相对误差ε与堆叠式MOCT结构参数,包括磁光玻璃a段长度和b段长度的关系;分析测量相对误差ε与堆叠式MOCT磁场参数,包括干扰源距离d和安装角度θ的关系;建立了堆叠式MOCT光-电-磁三维多物理场耦合模型,仿真计算验证了堆叠式MOCT抗磁场干扰特性。考虑到测量误差相关非线性方程组具有良好的收敛性,提出一种基于牛顿迭代法的堆叠式MOCT测量误差消除方法,结合算例验证了该方法能有效地消除外界磁场干扰带来的误差。最后,搭建堆叠式MOCT测量实验台,利用NI数据采集分析软件,编写数据分析程序;进行堆叠式MOCT测量误差消除实验,分析有无外磁干扰情况下的电流测量结果,验证了测量误差消除方法的有效性。