CN104246519B - 宽带宽、超高精确度hvdc电流测量设备 - Google Patents

Abstract

本发明的主题是一种用于对高电压导体(5)中流动的电流(I_LB)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(I_LB)。

Description

宽带宽、超高精确度HVDC电流测量设备

技术领域

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

现代的HVDC(High Voltage Direct Current，高压直流)变电站，例如AIS(AirInsulated 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800kV幅度的电压。

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)。

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(MOSFET、IGBT、晶闸管类型)阻塞或者处于饱和的目的。

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：

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；

测量的稳定性；

不存在电压方面的限制；

测量不受温度等环境参数的影响。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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的旋转，由下式给出：

其中，V是波导管的费尔德常数，该常数的值取决于材料和温度，以及在波导管中传播的偏振波的波长；并且μ₀为真空磁导率；x为波导管中光路径的长度。

通常情况下，可能用于形成法拉第传感器的光波导管的材料在对于穿过该波导管的线性偏振光波的波长而言具有特别高的费尔德常数的材料中选择。

在法拉第传感器中，光波导管围绕有待测量的电流I_LB流经的电导体。应用安培定律使得能够将磁场B(t)与电流I_LB相连：

其中，I_LB＝I_DC+I_AC(t)

I_DC和I_AC分别为电流的直流电流分量和交变电流分量，并且k为取决于所使用的光波导管的常数。

光波导管尤其能够是安置在围绕电流I_LB流过的电导体的闭合环路中的光导纤维，正如公开申请WO 2010/012300 A1中所述，或者是配备有中心孔的透明介质(“环状玻璃”类型的传感器)，导体穿过该中心孔，并且该透明介质被机械加工使得光通过一系列45°的全反射形成闭合路径。例如，专利FR 93 01991中公开了一种环状玻璃类型的传感器。

环状玻璃类型的传感器尤其具有针对测量高电流体积更小的优点并且使得能够使用通过偏振测量的分析技术。实际上，在使用纤维光学传感器的情况下并且对于高电流，必须在导体的很大长度上实现光导纤维的缠绕，并且在使用通过偏振测量的分析时，纤维的固有缺陷大幅限制了测量的敏感度。

法拉第传感器测量旋转角度以从中推导电流I_LB。图1示出了现有技术中已知的法拉第传感器的框图。

图1以非限制的方式示出了法拉第传感器的主要元件。

法拉第传感器1包括发射单色光的光源2。由光源2发射的光借助于输入偏振器3被线性偏振。线性偏振光波随后穿过围绕有待测量的电流I_LB流过的导体5的波导管4。在波导管4的输出处，光波穿过检偏器6，该检偏器的偏振轴相对于输入偏振器3的偏振轴偏移角度θ。检偏器6将光波分解到两个正交参考轴上，以此方式得到两个光信号。位于检偏器6的输出处的光学检测器7包括光检测装置，该光检测装置对在检偏器6的输出处接收到的两个光信号中的至少一个的光强进行测量。检测器7的计算装置在检测到至少一个信号的强度的基础上计算角度并且产生电压信号V_OUT，该电压信号是待测量的电流I_LB的函数。

光源2与偏振器3、偏振器3与光导管4、光导管4与检偏器6，以及检偏器6与检测器7之间的光学连接借助于光导纤维实现。

检偏器的输出处并且在导体5中有电流I_LB流过的情况下，由光学检测器7的光检测器件接收到的两个光信号的强度A(t)和A'(t)由马吕斯定律给出：

和

其中，a(t)为可变系数，该系数将光强A(t)和A'(t)转化为依赖于光源2的功率、光连接器的耦合、光缆传输的缺陷以及与法拉第传感器的耦合。

通常情况下，对θ进行选择以使得或如果针对对给出第一光信号的光强的方程式进行展开，则得到下式：

$A\left(t\right)=\frac{a\left(t\right)}{2}+\frac{a\left(t\right)}{2}.\sin (2.k.V.I_{\mathrm{LB}}\left(t\right))---\left(4\right)$

来自检测第一信号的光检测装置并标记为S的电压信号则为：

$S\left(t\right)=\frac{a^{\′}\left(t\right)}{2}+\frac{a^{\′}\left(t\right)}{2}.\sin (2.k.V.I_{\mathrm{LB}}\left(t\right))---\left(5\right)$

其中，a′＝ε.a和ε是与检测器7的电子组件的敏感度相关的常数。

为了对法拉第传感器的某些测量不精确的情况进行解释，应当考虑到角度2.k.V.I_LB(t)很小。则之前的表达式变为：

$S\left(t\right)=\frac{a^{\′}\left(t\right)}{2}+a^{\′}\left(t\right).k.V.I_{\mathrm{LB}}\left(t\right)---\left(6\right)$

关系(5)的展开示出了，法拉第传感器1的输出处的电压信号V_OUT随后能被写作直流电流分量与交变电流分量之和。

V_out＝S＝V_DC-Faraday+V_AC-Faraday(t) (7)

其中：

$V_{\mathrm{DC}-\mathrm{Faraday}}=a^{\′}\left(t\right)(\frac{1}{2}+k.V.I_{\mathrm{DC}})$

V_AC-Faraday(t)＝a′(t)(k.V.I_AC(t))

因数a'(t)被称为法拉第传感器的系数。

法拉第传感器的显著特征在于该传感器满足以上所述的大多数需求。实际上，法拉第传感器的优点在于具有低于零流量传感器的成本、良好的温度稳定性(对于最新一代的法拉第传感器)以及使其能够用于观测谐波和过渡的宽带宽。

然而，法拉第传感器具有测量稳定性上的缺陷。实际上，根据表达式(7)，应当理解的是，检测器7的输出处的与电流I_LB的测量相关联的电压V_OUT取决于值a'(t)。

在对法拉第传感器进行校准时确定用于法拉第传感器的a'(t)。由此理想地，关系(7)得到验证并且法拉第传感器的精确度极好。

然而，a'(t)将来自法拉第传感器的测量转化为依赖于元件，这些元件会随着时间退化或在测量过程中这些元件的敏感度或者工作状况会发生变化。a'(t)因而能够变化并且具有未知值的偏移δa′，该偏移对法拉第传感器的精确度造成影响，这是因为在V_OUT与I_LB之间的关系(7)随后变为：

$V_{\mathrm{OUT}}=(1+\frac{{\mathrm{\δa}}^{\′}}{a^{\′}}).(V_{\mathrm{DC}-\mathrm{Faraday}}+V_{\mathrm{AC}-\mathrm{Faraday}}\left(t\right))---\left(8\right)$

一种用于知悉偏移δa′并且用于修正该偏移的简单方法是经常对法拉第传感器进行校准。应当避免这样的校准因为它非常昂贵。实际上，这包括针对每个校准操作来关闭变电站。

诸如Tadashi SATO和Isamu SONE的文献“Development of Bulk-Optic CurrentSensor Using Glass Ring Type Faraday Cells(发展利用环状玻璃类法拉第电池的全光电流传感器)”中或者公开专利US 5115846中所述的处理能够得到实现，以便对法拉第传感器的输出处的信号V_OUT上的法拉第传感器的系数a'的一部分偏移进行抑制。

当考虑到检偏器6的输出处的两个光信号时，这些处理包括对来自检测器7的光检测装置的两个电压信号进行数学处理。然而，这些处理并不适用于测量具有DC分量和多个频谱分量的宽带电流I_LB。

本发明的目标是提出一种高电压导体中的电流测量装置，该电流检测装置使得能够得到“完整或复合”电流的信号的非常精确的测量。

发明内容

该目标通过本发明实现，本发明通过一种用于对高电压导体中流动的电流进行测量的电流测量设备进行限定，其特征在于，所述设备包括：

法拉第传感器，其包括连接到光学检测器上的光波导管，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，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；

测量分流器，其串联安装在所述导体上并提供第二数字信号，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的函数；

计算装置，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，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。

所述计算装置适用于在下文的描述中所定义的方程式(16)和(17)的基础上计算所述电流。

有利地，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分量通过在0至0.1Hz的带宽中对所述第一数字信号和所述第二数字信号进行滤波得到。

所述第二数字信号能够在配备光电元件的主板卡的输出处得到，所述主板卡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。

优选地，所述法拉第传感器为环状玻璃类型的传感器并且所述分流器具有小于或者等于0.1的精度等级。

有利地，所述分流器由锰铜制成。

在本发明的一个优选实施例中，所述法拉第传感器的所述光学检测器和所述计算装置被添加到相同的电子板上，所述电子板被接地且与所述导体隔离，并且进一步包括所述法拉第传感器的单色光源以借助偏振器将线性偏振光信号经由光导纤维输送到所述光波导管，同时，所述电子板与所述主板卡之间的连接以及所述光学检测器与所述波导管之间的连接经由光导纤维来实现。

所述电子板与所述导体的隔离更加优选地使用由硅树脂制成的合成隔离器来实现。

本发明进一步涉及一种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，其用于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根据本发明的电流测量设备，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。

根据本发明的HVDC变电站能够包括多个根据本发明的设备，所述设备被依次安装在所述电流导体上，至少两个所述设备具有共享的高精度测量分流器。

附图说明

当阅读参照附图所描述的本发明的优选实施例时，本发明的其它特点和优点将显而易见，在这些附图中：

图1示出了现有技术中已知的具有法拉第效应的磁光电流传感器的框图；

图2示出了对来自光传感器以及来自测量分流器的数字信号进行电子处理的框图，该电子处理借助于根据本发明的计算装置来实现；

图3示出了根据本发明的一个优选实施例的电流测量设备的示意图。

具体实施方式

在本发明基于的思想是将无源传感器与有源传感器相结合，该无源传感器与有源传感器沿着待测量的电流I_LB流过的导体进行安装。无源传感器是直接安装在导体上的具有高精确度以及高稳定性的测量分流器，并且有源传感器是其光波导管直接安装在导体上的法拉第传感器。

法拉第传感器能够是光导纤维类型或者是环状玻璃类型的传感器。参照图1对法拉第传感器的框图进行描述。在此假设作为来自法拉第传感器的输出的上文中标记为V_OUT的电压信号是数字信号。

本领域的技术人员将懂得如何对上述并且根据所使用的光波导管的性质组成的法拉第传感器的元件进行调整和修改。

测量分流器指的是与电压计类型的设备相关联的电阻式分流器，该电压计类型的设备与电阻式分流器并联，以便提供与电流I_LB成正比的模拟电压。

有利地，来自测量分流器的模拟信号借助于模数转换器进行数字化以简化测量分流器在传感器网络中的积分。

法拉第传感器被用于测量在导体中流过的从DC(0Hz)直到待测量的最高频率的电流。测量分流器被用于以最大的精度和稳定性来测量DC电流。两个传感器的互补性使得能够得到宽带宽、超高精度的HVDC电流测量设备。在连续工作中，在由法拉第传感器执行的电流测量上的偏移误差被计算装置校正。

更确切地说，图2示出了由根据本发明的计算装置执行的处理算法的框图。

在计算装置23上所实现的算法的各个步骤已被以模块的形式示出，从而便于对所执行的处理进行理解。

计算装置23借助于来自无源传感器的测量信号来对来自有源传感器的测量信号执行自动校正。

计算装置23接收第一数字信号S1和第二数字信号S2作为输入并且提供数字信号I_LB的精确测量作为输出。

在检测器的光检测装置只检测到两个光信号中的一个光信号的情况下，第一信号S1对应于法拉第传感器的检测器的输出处的数字化信号。回顾关系(6)得到以下结果：

S₁(t)＝V_OUT(t)＝V_DC-FaradayV_AC-Faraday(t) (9)

使用具有标记为G(0.1f)的增益的低通滤波模块10对第一信号进行滤波，该低通滤波模块对0至0.1Hz的带宽中的信号进行滤波。

低通滤波模块10的输出处的信号给定为：

$\stackrel{\‾}{S_1}=S_1.G\left(0.1f\right)=a^{\′}\left(t_0\right)(\frac{1}{2}+k.V.I_{\mathrm{DC}})---\left(10\right)$

时间t₀对应于0.1Hz带宽的滤波器的积分时间并因而对应于在该滤波时间下a'(t)的精确值。在下文中，该值将被标记为2′₀。

由法拉第传感器得到并且标记为I_DC-Faraday的电流的直流分量由以下表达式给出：

$I_{\mathrm{DC}-\mathrm{Faraday}}=\frac{\stackrel{\‾}{S_1}-{a^{\′}}_0/2}{{a^{\′}}_0.k.V}---\left(11\right)$

第二数字信号S2通过将来自测量分流器的模拟信号进行数字化得到。第二数字信号S2被给定为：

S₂(t)＝R(f).I_LB(t) (12)其中，R(f)是测量分流器的比例。

使用具有标记为G(0.1f)的增益的低通滤波模块11对第二信号进行滤波，该低通滤波模块与低通滤波模块10相同，以便得到由下式给出的信号

$\stackrel{\‾}{S_2}=S_2.G\left(0.1f\right)=R\left(f\right).I_{\mathrm{DC}}---\left(13\right)$

在的基础上，能够以极高的精确度得到电流的准确直流分量I_DC。鉴于所使用的滤波器的尺寸，通过测量分流器和滤波器的联合形成的直流部分I_DC的精度等级为0.1。借助于分流器得到的标记为I_DC-Shunt的分量I_DC由以下关系给出：

$I_{\mathrm{DC}-\mathrm{Shunt}}=\stackrel{\‾}{S_2}.\frac{1}{R\left(f\right)}---\left(14\right)$

测量分流器的比例R(f)的值在从0至0.1Hz的带宽中完全恒定。

由测量分流器给出的信号I_DC-Shunt被用作待测量的电流的直流分量值的参考。

当法拉第传感器的系数a′并未偏离校准过程中所确定的值时，低通滤波模块10和11的输出处的两个信号相等，这因而核实了关系：I_DC-Faraday＝I_DC-Shunt。该关系因而适用于在接收到的信号的基础上不断地计算系数a′以核实这种相等性。

法拉第传感器的系数a′值被给定为：

$a^{\′}=\frac{2.\stackrel{\‾}{S_1}.R\left(f\right)}{2.\stackrel{\‾}{S_2}.k.V.+R\left(f\right)}---\left(15\right)$

则有可能在方程式(5)的基础上，通过得知法拉第传感器的系数a′的值来得到电流I_LB的极其精确的测量值，即：

$I_{\mathrm{LB}}=\frac{1}{2.k.V.}.\mathrm{Arc}\sin \left(\frac{{2.S}_1-a^{\′}}{a^{\′}}\right)---\left(16\right)$

上文中所述的方法还使得能够当费尔德常数的值非常小时，在方程式(6)的基础上以简单的方式得到电流I_LB的值。尽管进行了近似，电流的测量仍旧保持精确并且实现的近似使得能够减小计算器的负荷。因此得到下式：

$I_{\mathrm{LB}}=\frac{1}{2.k.V.}.\left(\frac{2.S_1-a^{\′}}{a^{\′}}\right)---\left(17\right)$

由计算装置23实现的算法使得能够更加优选地通过计算表达式(16)来计算电流I_LB的精确值。对应表(查找表)能被用于计算表达式(16)以减小计算装置23的负荷。电流I_LB的值利用计算装置23的两个模块来得到。

称为法拉第系数的计算模块的第一模块使得能够计算诸如在表达式(15)中给定的a′的值。法拉第系数的计算模块12接收信号和以及测量分流器的比例R(f)作为输入。

有利地，比例R(f)的值由对应表给定。

计算装置23已知k和V的值。

法拉第系数的计算模块12的输出处的信号随后被发送到称为计算模块13的第二模块上，第二模块同样接收信号S₁(t)作为输入。该计算模块对方程式(16)或者方程式(17)求解，并且在该模块13的输出处得到数字信号I_LB。所实现的处理使得能够对由法拉第传感器进行的电流测量上的任何偏移误差进行校正。

计算装置23对由法拉第传感器给出的电流的值执行的处理是迭代的，并且a′的值被不断计算并存储在存储器中。

在下文的描述中，将参照图3对根据本发明的电流测量设备的一个优选实施例进行说明。

电流测量设备20包括测量分流器21和法拉第传感器1。法拉第传感器的光导管4以及测量分流器21沿着导体5依次直接安装。

计算装置23接收第一数字信号S₁和第二数字信号S₂作为输入并且提供数字信号I_LB的精确测量作为输出，该数字信号的精确测量随后能够通过连接34被发送到电子控制设备上。

CPHV3类型的主电子板22将来自测量分流器21的模拟电压信号数字化为数字信号。该板卡产生第二数字信号S₂作为输出，该第二数字信号借助于光导纤维31被传送到计算装置23上。

第一数字信号S₁来自上文中已经指出的法拉第传感器的光学检测器7。

在本发明的优选实施例中，法拉第传感器是环状玻璃类型的传感器，该传感器使得能够简化设备20的实现。在此情况下，光波导管4是配备有中心孔的透明介质，导体5穿过该中心孔，并且该透明介质被机械加工使得进入到波导管中的线性偏振光经过一系列45°的全反射形成闭合路径。

所使用的针对DC电流的测量分流器是具有高精确度和高稳定性的分流器。分流器的等级优选地小于或者等于0.1。分流器被用于对大约800kV或者以上幅度的DC电流进行测量。

应当理解的是，测量分流器21的精度等级决定了设备20的精度等级。因此，根据测量分流器21的选择能够得到在800kV处以0.1的等级以及宽带宽来测量电流并且没有任何电压限制的电流测量设备20。

对测量分流器21进行校准以防引起温度的增加，温度的增加对由法拉第传感器给出的测量的质量是不利的。实际上，回顾光波导管4的费尔德常数取决于温度。测量分流器21有利地由锰铜合金类型的耐热材料组成，该耐热材料具有很高的热稳定性并且具有很小的偏差，该偏差能被视为是确定性的并且能被以电学方式进行修正。

优先地，选择测量分流器21以使得导体中待测量的电流不超过该测量分流器的标称电流的三分之二，优选地为标称电流的一半。如果针对待测量的电流对该测量分流器进行校准，则由测量分流器21导致的温度增加可以忽略。

为了进一步简化根据本发明的设备20的实现，法拉第传感器的光学检测器7有利地被添加到PC9-G3类型的电子板24上，在该电子板上还添加有计算装置23。同样地，借助于该板卡的金属轨道实现计算装置23与光学检测器7之间的连接。

借助于光导纤维41实现光波导管4与检偏器6之间以及检偏器6与光学检测器7之间的连接。

电子板24还含有作为法拉第传感器的单色光源2的LED。来自LED的光束通过光导纤维40被传送到法拉第传感器的偏振器3以及光波导管4上。

法拉第传感器的输入偏振器3被更优选地置于光源2上并且法拉第传感器的检偏器6被有利地置于光学检测器7上。

电子板24的接地被有利地连接到地电势GND上。当导体5位于高处时，该电子板被放置在地面上。通过光导纤维的连接使得能够将电子板24放置在距离导体5一定的安全距离处。同样地，限定接近导体5为高电压HV区域并且地面上为低电压LV区域。

主板卡22优先地是配备光电元件的。在此情况下，安装在该主板卡上的光电转换器借助于光导纤维32来接收由位于主板卡22一定距离处的激光器25发射的光能。激光器25位于更低的低电压LV部分，并且通常当导体5位于特定高度时位于地面上。

实际上，由于该主板卡与测量分流器21之间的模拟连接33，主板卡22位于接近导体5的区域中，即，位于高电压HV区域中，这在需要维护操作的情况下是非常危险的。

高电压HV区域包含导体5、主板卡22、测量分流器21以及法拉第传感器的光波导管4，同时低电压LV区域包括设备20的其它元件。因此，仅低电压LV区域包括能够被故障影响的元件。高电压HV部分与光导纤维的下降之间的隔离通过硅树脂类型的复合隔离器来实现，该合成隔离器包含有用的光导纤维。该隔离是廉价并且非易燃的。针对维修和维护的访问因而能够在低电压LV部分以最小的风险实现。

光导纤维对不利环境不敏感并且具有非常低的热导率，这因而有益于设备20的测量的精确度。

根据本发明的设备20能够被实现用于具有低于800kV或者500kV电压的应用。当根据本发明的优选实施例，尤其是使用环状玻璃类型的法拉第传感器来实现设备20时，该设备有限的负担使得能够减小该装置的安装成本以及所使用材料的成本，同时依然保证最大程度的精确度。

根据本发明的设备适用于被集成在HVDC变电站中。

HVDC变电站包括用于将AC电压转换为DC电压的至少一个变流器或者变流器的多个阶段。这些变流器位于HVDC变电站的围场内。

为了将变流器的电输出连接到高压线上或者连接到位于变电站围场外部的电气系统上，穿壁套管类型的设备将变流器连接到变电站的外部。

根据本发明的电流测量设备则被安装在变电站内部的电流导体上，该电流导体将整流器连接到位于围场内的穿壁套管的末端上，以便测量变电站的输出处的电流。

根据优选实施例实现的减小的设备负担使得能够将根据本发明的多个设备安装在HVDC变电站中以用于电子冗余。在此情况下，该设备能够被依次安装在电流导体上。因此，倘若出现测量通道的故障，则避免了必须中断变电站的运行(即断电)，这是非常昂贵的。

然而，该装置具有成本方面的优势，仅增加有源传感器以及与有源传感器相关联的电子元件。实际上，作为测量分流器的无源传感器具有接近于零的故障率。多个有源传感器因而能够实现为对相同的测量分流器以及与测量分流器相关联的相同的电子元件进行共享。

另一方面，由于采用了低电压部分与高电压部分之间的隔离，能够不中断变电站就轻易修复有缺陷的测量频道。低电压部分的元件优选地位于上文中已经指出的地面上。

根据本发明的设备适合于所谓“智能电网”的电网络，该电网络的结果是改善了服务质量以及电网络的可靠性。

Claims (12)

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I_LB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R_f的函数；

计算装置(23)，其接收所述第一数字信号和所述第二数字信号作为输入，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：

$I_{LB}=\frac{1}{2.k.V}.Arc\sin \left(\frac{2.S_1-a^{\′}}{a^{\′}}\right)$

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I_LB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：

$I_{LB}=\frac{1}{2.k.V}.\left(\frac{2.S_1-a^{\′}}{a^{\′}}\right),$

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I_LB是所述电流。

4.根据权利要求1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分量通过在0至0.1Hz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.根据权利要求1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.根据权利要求1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.根据权利要求1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.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述分流器由锰铜制成。

9.根据权利要求5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.根据权利要求9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.根据权利要求11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)具有共享的精度等级小于或者等于0.1的测量分流器。