题目：光学电压传感机理及技术研究

数字式光学电压互感器能有效克服传统式电压互感器的固有缺陷，适应电力系统数字化、智能化和网络化的发展需求。随着我国特高压电力传输系统的建设及智能电网改造进程的加速，其技术优势更加凸显，具有广阔的应用前景。但光学电压互感器的技术方案仍然没有完全统一，其产业化的进程远远落后于光纤电流互感器，互感器的温度稳定性和长期可靠性是阻碍其实用化的最大问题，还需要新方案的探索以求技术上的突破。论文针对基于Pockels效应的光学电压传感机理及新型技术方案的探索展开研究，利用共光路反射式Sagnac干涉仪实现了用于电压传感的准互易反射式数字闭环方案。遵循理论研究、方案设计、误差描述、数学建模、仿真研究、误差补偿及实验验证的研究思路，依据光纤光学、晶体光学、微弱信号检测、偏振光学、静电场理论和数字信号处理等理论基础，围绕系统设计，以光路系统误差对互感器测量精度及稳定性的影响为主线，对准互易反射式数字闭环方案的可行性进行了详细论证。论文主要开展了以下研究：一、光学电压互感器传感机理及技术方案研究。研究了基于Pockels效应的光学电压传感机理，分析了块状晶体型光学电压互感器存在的技术局限，提出了解决措施，设计了准互易反射式数字闭环方案。从光路系统和闭环检测系统两方面详细论述了技术方案的实现，借助琼斯矩阵对光路各器件的物理模型和传输特性进行了描述，建立了准互易反射式光路的数字闭环模型，推导了定量表征互感器测量精度及稳定性的技术指标，为后续光路误差分析奠定理论基础。计算了所设计互感器的理论精度，分析了影响实际测量精度的误差因素，提出了本论文的研究思路及目标。二、准互易反射式光学电压互感器光路偏振误差研究。在明确光路各器件的物理模型及传输特性的基础上，提取描述光路偏振特性的误差源及误差特征参量。基于宽谱光源的部分相干性给出了光路偏振误差的分析方法，根据光学部分相干理论建立了准互易反射式光路的偏振误差模型，阐明了光路偏振误差特征参量与互感器测量精度及稳定性的理论关系，通过数值仿真和实验验证，明确了光路各误差源及其误差特征参量对互感器测量精度及稳定性的影响，定位出主要的偏振误差源，为光路系统设计、光路器件选型及误差抑制和补偿提供理论依据。三、准互易反射式光学电压互感器高压探头电场误差研究。设计封装了基于BGO晶体横向调制方式的高压探头，采用ANSYS有限元分析软件中的电磁场模块对所设计探头内的电场分布进行了计算，得到了探头的绝缘强度，由此建立了高压探头的电场误差模型，分析了电场分布不均匀及干扰电场对互感器测量精度及稳定性的影响，为探头结构的优化设计提供理论指导。四、准互易反射式光学电压互感器高压探头温度误差研究。在建立表征高压探头温度误差源的误差特征参量与温度的理论关系的基础上，明确温度误差传递过程，将其代入准互易反射式光路的偏振误差模型，得到高压探头的温度误差模型，通过数值仿真定量分析温度变化导致各误差源对互感器测量精度及稳定性的影响。针对各温度误差源不同的误差产生机理，分别采用不同的补偿抑制方法：当BGO晶体中圆双折射不存在或者较小的情况下，BGO晶体缺陷及热应力效应敏感温度扰动导致的低频相位漂移与工频电压产生的电光相移在频域上可以分离，通过滤波的方式进行抑制；剩余温度误差效应难以从原理上抑制补偿，本文基于多项式回归分析理论进行数学建模，通过改进闭环算法进行实时温度补偿。五、准互易反射式光学电压互感器实验研究。根据IEC 60044-7标准对所设计光学电压互感器的基本性能指标进行测试，以此验证技术方案的可行性和设计方法的有效性。测试实验包括：静态稳定性实验、交流小电压分辨率实验、交流准确度实验和温度稳定性实验。