堅強可靠、經(jīng)濟高效、清潔環(huán)保的智能電網(wǎng)是中國乃至世界電網(wǎng)的必然發(fā)展趨勢。智能電網(wǎng)在電源構成、負荷種類、信息傳輸?shù)雀鱾�環(huán)節(jié)均呈現(xiàn)顯著的多樣性,實現(xiàn)智能電網(wǎng)除了構建靈活、穩(wěn)定和安全的能源網(wǎng)絡,更加重要的在于對發(fā)電、輸電、配電、用電側等關鍵節(jié)點狀態(tài)量進行實時測量反饋與動態(tài)調(diào)整,進一步實現(xiàn)信息智能感知和故障智能自愈。目前,電流/磁場傳感技術相對豐富和成熟,而電壓/電場傳感方案相比較少,亟需拓展電壓/電場傳感技術,研制出具有動態(tài)測量范圍大、頻帶范圍寬、精度高的電壓/電場傳感器,實現(xiàn)廣域分布式測量和傳輸關鍵節(jié)點狀態(tài),為電網(wǎng)控制決策提供信息支撐。本論文針對寬頻率測量范圍、大動態(tài)測量范圍和高穩(wěn)定的強電場傳感技術需求,提出了基于鈮酸鋰電光效應干涉式光學強電場傳感器。針對電場傳感器小型化需求,提出共路鈮酸鋰電場傳感方案,試驗獲取了共路傳感器基本特性,同時校準了電場傳感器時域響應和頻域響應特性。針對電場傳感器在寬溫濕區(qū)長期使用的需求,通過分析溫度對傳感器精度的影響機制,提出了雙晶補償電場傳感器和Z軸通光電場傳感器,開展溫度試驗獲取了傳感器寬溫區(qū)適應性,同時開展?jié)穸仍囼灚@取了傳感器寬濕區(qū)適應性。最后將溫濕度穩(wěn)... 

【文章來源】：重慶大學重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：123 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

具有水平電極結構的非對稱M-Z干涉儀示意圖

1緒論7研究人員Choi等組合外置平行板天線和M-Z光波導研制了強電場傳感器[50]，通過在不同等勢面上的導體平板獲取電壓，施加在鈮酸鋰光波導兩側電極，獲取電光響應，如圖1.5所示。該電場傳感器幅值測量范圍為10V/m6kV/m，頻率測量范圍為60Hz100kHz，并具有良好輸入輸出特性，但存在最大可測電場強度低和外置平板天線的劣勢。平板天線電極光波導光纖圖1.5利用平板天線測量低頻電場Fig.1.5Measuringlowfrequencyelectricfieldusingpanelantenna清華大學學者曾嶸等研制了高場強M-Z干涉結構電場傳感器。采用鈮酸鋰材料作為基底，通過鈦離子擴散技術在基底上刻蝕非對稱光波導，在光波導周圍沉積金屬電極，用于感應待測電場并作用于光波導上產(chǎn)生電光響應[51,52]。如圖1.6所示，激光通過光纖輸入/輸出光波導，在Y型輸入端將激光按50/50等比例分配進入非對稱光波導兩臂，當外施電場為0時，光波沿長度不等的分支光波導傳播產(chǎn)生固定相位差，在Y型輸出端干涉輸出；當增加外施電場E時，偶極子天線感應電場并作用于分支光波導，Pockels效應使得光波相位差改變，在Y型輸出端干涉產(chǎn)生與外施電場有關的光強信號。通過調(diào)整偶極子天線方向設計了垂直和水平兩種偶極子電極結構的M-Z集成式電場傳感器（圖1.7），半波電場分別為70kV/m和600kV/m[53]，保證測量誤差小于5%時，最大線性測量電場分別為12.5kV/m和89kV/m，傳感器在1MHz100MHz范圍內(nèi)具有平坦的頻率響應特性。電極光波導Y分叉X切鈮酸鋰晶體zy圖1.6集成式強電場傳感器結構示意圖Fig.1.6Structurediagramofintegratedintenseelectric-fieldsensor

重慶大學博士學位論文8天線電極波導波導天線與電極（a）半波電場為600kV/m（b）半波電場為70kV/m圖1.7使用偶極子電極的M-Z電場傳感器Fig.1.7M-Zelectric-fieldsensorwithdipoleelectrodes電子科技大學學者陳福深等人研制了分段電極結構M-Z電場傳感，如圖1.8所示，該傳感器能夠響應工頻電場，脈沖電場和雷電沖擊電場，電場測量范圍為75kV/m245kV/m[54]。圖1.8分段電極結構M-Z電場傳感器Fig.1.8M-Zelectric-fieldsensorwiththesegmentedelectrodestructure2)基于單屏蔽電極M-Z干涉式電場傳感器通過增加偶極子電極之間的距離可以提高最大可測電場強度，但隨著間隙增加使得Y型分支角度增加，可能導致Y型波導耦合處損耗成倍增加。曾嶸等人提出采用單屏蔽電極結構研制強電場傳感器[55]，在一分支光波導上刻蝕籌反轉區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)鈮酸鋰電光系數(shù)與正常區(qū)域的幅值相同，但符號相反，在兩個分支波導上產(chǎn)生推挽結構，增大了半波電場，結構如圖1.9所示，該電場傳感器半波電場接近1555kV/m，最大線性測量范圍為242kV/m。輸入輸出單屏蔽電極波導2波導1yz圖1.9單屏蔽電極M-Z電場傳感器Fig.1.9M-Zelectric-fieldsensorwithoneshieldelectrode

【參考文獻】：
期刊論文
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[7]光學電壓互感器中采用高斯算法的誤差分析[J]. 趙一男,張國慶,郭志忠,申巖,于文斌,程嵩.  高電壓技術. 2012(03)
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博士論文
[1]集成光學電磁場傳感器研究[D]. 孫豹.電子科技大學 2010

碩士論文
[1]基于一次電光效應的非接觸式過電壓監(jiān)測傳感器研究[D]. 董恒.重慶大學 2014
[2]基于Pockels效應的大氣電場測量傳感器研究[D]. 周龍.南京信息工程大學 2013
[3]高壓絕緣子電場計算與均壓環(huán)參數(shù)優(yōu)化[D]. 曹龍威.華中科技大學 2013
[4]球型電場傳感器測量系統(tǒng)的研究及應用[D]. 胡平.重慶大學 2011



本文編號：3246790