本发明涉及光纤传感相关，特别是一种光纤电流测量阵列系统、电流测量方法、电子设备、存储介质及计算机程序产品。
背景技术：
1、光纤电流传感器是一种基于法拉第磁光效应的电流测量仪器，传感部分为光纤结构，具有抗电磁干扰强、绝缘结构简单、测量频带宽、动态范围大等优点，在超/特高压电网、电解冶金、电化学和核物理等复杂电磁环境领域有着广泛的应用前景。
2、目前，电力系统中的干路及各支路通常采用1台传感器对应1个电流测点的“一对一”的方式，各测点电流的准确度和传感器的测量性能密切相关。由于实际的传感器系统中光学及电子器件不是完全理想的，不同传感器的输出零偏大小和稳定性差异较大。对于电解冶金和电化学等用电领域，实现分布电流的精准测量对生产过程控制具有重要的实际意义，干路和各支路中多个电流测点则意味着需要采用多台传感器，极大增加了生产成本。
3、以铝电解过程为例，其干路即母排电流约为200ka～600ka，各支路即分线电流约为30ka～80ka，各测点电流不仅幅值差异较大，在选用不同测量输出电流等级的传感器时，由于输出零偏特性不稳定产生了附加的测量输出电流误差，而且各支路之间距离较短，形成的复杂电磁环境对常规电流传感器抗电磁干扰性能要求较高。因而，在实际应用中对电流传感器的零偏稳定性以及抗电磁干扰性能要求更高，并且采用多支电流传感器使得整个测量系统的成本高昂，不利于实现。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对现有技术的光纤电流测量难以消除零偏的技术问题和规模化成本高昂的应用难题，提供一种光纤电流测量阵列系统、电流测量方法、电子设备、存储介质及计算机程序产品。
2、本发明提供一种光纤电流测量阵列系统，用于对分布电流系统进行测量，包括：信号发生处理模块、一级传感光纤环、多个连接光纤以及多个二级传感光纤环，所述一级传感光纤环包括多通道光开关以及多个一级传感光纤环分支；
3、所述信号发生处理模块与所述一级传感光纤环的输入端连接，所述一级传感光纤环的输入端与所述多通道光开关的公共端连接，所述多通道光开关分支端的多个分支通道分别与每一所述一级传感光纤环分支连接；
4、每一所述一级传感光纤环分支绕制在干路导体上，用于感应干路导体的干路电流，每一所述一级传感光纤环分支的输出端通过所述连接光纤与每一所述二级传感光纤环连接；
5、每一所述二级传感光纤环分别绕制在每一支路导体上，用于感应支路导体的支路电流，在分布电流系统中，所述干路导体电流经由多个所述支路导体输出；
6、所述信号发生处理模块还与所述多通道光开关的控制端电连接，控制所述多通道光开关分支端各分支通道的切换。
7、进一步地，所述一级传感光纤环还包括：一级输入尾纤、第一光纤波片以及光开关输入尾纤，，每一所述一级传感光纤环分支包括：一级传感光纤、第二光纤波片以及一级输出尾纤，所述信号发生处理模块依次通过所述一级输入尾纤、所述第一光纤波片、所述光开关输入尾纤与所述多通道光开关的公共端连接，所述一级传感光纤一端与所述多通道光开关的一个分支通道连接，所述一级传感光纤绕所述干路导体，且所述一级传感光纤的另一端通过所述第二光纤波片与所述一级输出尾纤连接；
8、所述二级传感光纤环包括：二级输入尾纤、第三光纤波片、二级传感光纤以及反射镜，所述二级输入尾纤一端与所述一级输出尾纤连接，另一端与所述第三光纤波片、所述二级传感光纤的一端依次连接，所述二级传感光纤绕所述支路导体，且所述二级传感光纤的另一端与所述反射镜连接，所述反射镜与所述第三光纤波片形成光路闭合。
9、更进一步地，所述一级输入尾纤、所述一级输出尾纤、所述二级输入尾纤为保偏尾纤，所述光开关输入尾纤、所述一级传感光纤、所述二级传感光纤为保圆偏振光纤、低双折射光纤、单模光纤或光子晶体光纤。
10、再进一步地，与所述多通道光开关的第n通道连接的第n个所述一级传感光纤环分支，在n为奇数时所述一级传感光纤环分支的绕制切向方向与经过所述干路导体的电流流向同向，在n为偶数时所述一级传感光纤环分支的绕制切向方向与经过所述干路导体的电流流向反向，第n支路的所述二级传感光纤环与第n通道对应的所述一级传感光纤环连接，第n支路的所述二级传感光纤环在n为奇数时，所述二级传感光纤环的绕制切向方向与经过所述支路导体的电流流向反向，在n为偶数时，所述二级传感光纤环的绕制切向方向与所述支路导体的电流流向同向。
11、本发明提供一种如前所述光纤电流测量阵列系统的电流测量方法，包括：
12、控制所述信号发生处理模块向所述一级传感光纤环输出光信号；
13、控制所述多通道光开关的所述公共端分别与所述分支端每一分支通道连接，获取所述公共端与每一所述分支通道连接时，所述信号发生处理模块得到的每一通道的测量输出电流；
14、根据多个所述分支通道的测量输出电流，计算得到所述干路导体的干路电流、和/或相邻两所述支路导体的支路电流之和。
15、进一步地，与所述多通道光开关的第n通道连接的第n个所述一级传感光纤环，在n为奇数时所述一级传感光纤环分支的绕制切向方向与经过所述干路导体的电流流向同向，在n为偶数时所述一级传感光纤环分支的绕制切向方向与经过所述干路导体的电流流向反向，第n支路的所述二级传感光纤环与第n通道对应的所述一级传感光纤环连接，第n支路的所述二级传感光纤环在n为奇数时，所述二级传感光纤环的绕制切向方向与经过所述支路导体的电流流向反向，在n为偶数时，所述二级传感光纤环的绕制切向方向与所述支路导体的电流流向同向；
16、所述根据多个所述分支通道的测量输出电流，确定所述干路导体的干路电流，包括：
17、确定所述干路导体的干路电流为：其中，i0为干路电流，ibn为所述多通道光开关的公共端与所述第n个通道连接时所述信号发生处理模块的测量输出电流，所述一级传感光纤环分支的数量与所述二级传感光纤环的数量均为2n，可选地，所述一级传感光纤环分支的绕制匝数为1，所述二级传感光纤环的绕制匝数为(2n-1)。
18、进一步地，与所述多通道光开关的第n通道连接的第n个所述一级传感光纤环，在n为奇数时所述一级传感光纤环分支的绕制切向方向与经过所述干路导体的电流流向同向，在n为偶数时所述一级传感光纤环分支的绕制切向方向与经过所述干路导体的电流流向反向，第n支路的所述二级传感光纤环与第n通道对应的所述一级传感光纤环连接，第n支路的所述二级传感光纤环在n为奇数时，所述二级传感光纤环的绕制切向方向与经过所述支路导体的电流流向反向，在n为偶数时，所述二级传感光纤环的绕制切向方向与所述支路导体的电流流向同向；
19、所述根据多个所述分支通道的测量输出电流，确定相邻两所述支路导体的支路电流之和，包括：
20、确定相邻两所述支路导体的支路电流之和为其中，in为第n支路的支路导体的电流，in+1为第n+1支路的支路导体的电流，ibn为所述多通道光开关的公共端与所述第n个通道连接时所述信号发生处理模块的测量输出电流，ib(n+1)为所述多通道光开关的公共端与所述第n+1个通道连接时的测量输出电流，i0为干路电流，所述一级传感光纤环分支的数量与所述二级传感光纤环的数量均为2n，可选地，所述一级传感光纤环分支的绕制匝数为1，所述二级传感光纤环的绕制匝数为(2n-1)。
21、本发明提供一种电子设备，包括：
22、至少一个处理器；以及，
23、与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，
24、所述存储器存储有可被至少一个所述处理器执行的指令，所述指令被至少一个所述处理器执行，以使至少一个所述处理器能够执行如前所述的光纤电流测量阵列系统的电流测量方法。
25、本发明提供一种存储介质，所述存储介质存储计算机指令，当计算机执行所述计算机指令时，用于执行如前所述的光纤电流测量阵列系统的电流测量方法的所有步骤。
26、本发明提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现如前所述的光纤电流测量阵列系统的电流测量方法。
27、本发明提供的光纤电流测量阵列系统，采用两级传感光纤环对电力系统中干路和各支路导体的电流进行测量，有效降低了单一光纤电流传感器零偏不稳定的影响，并通过阵列系统实现了对分布电流的测量，进一步抵消了各支路光纤电流传感器的输出零偏误差。此外得益于光纤传感中优异的抗电磁干扰特性，保证了系统的可靠测量。本发明使用一个光纤电流测量阵列系统就能够在线准确测量干路和多支路的电流分布，测量精度高，结构简单、可拓展性强，大幅降低测量成本。本发明的光纤电流测量阵列系统进一步降低了规模化应用成本，实现电力系统中电流分布的稳定可靠测量。
1.一种光纤电流测量阵列系统，用于对分布电流系统进行测量，其特征在于，包括：信号发生处理模块(1)、一级传感光纤环(3)、多个连接光纤(4)以及多个二级传感光纤环(5)，所述一级传感光纤环(3)包括多通道光开关(2)以及多个一级传感光纤环分支；
2.根据权利要求1所述的光纤电流测量阵列系统，其特征在于，所述一级传感光纤环(3)还包括：一级输入尾纤(31)、第一光纤波片(32)以及光开关输入尾纤(21)，每一所述一级传感光纤环分支包括：一级传感光纤(33)、第二光纤波片(34)以及一级输出尾纤(35)，所述信号发生处理模块(1)依次通过所述一级输入尾纤(31)、所述第一光纤波片(32)、所述光开关输入尾纤(21)与所述多通道光开关(2)的公共端连接，所述一级传感光纤(33)一端与所述多通道光开关(2)的一个分支通道连接，所述一级传感光纤(33)绕所述干路导体(6)，且所述一级传感光纤(33)的另一端通过所述第二光纤波片(34)与所述一级输出尾纤(35)连接；
3.根据权利要求2所述的的光纤电流测量阵列系统，其特征在于，所述一级输入尾纤(31)、所述一级输出尾纤(35)、所述二级输入尾纤(51)为保偏尾纤，所述光开关输入尾纤(21)、所述一级传感光纤(33)、所述二级传感光纤(53)为保圆偏振光纤、低双折射光纤、单模光纤或光子晶体光纤。
4.根据权利要求1至3任一项所述的光纤电流测量阵列系统，其特征在于，与所述多通道光开关(2)的第n通道连接的第n个所述一级传感光纤环分支，在n为奇数时所述一级传感光纤环分支的绕制切向方向与经过所述干路导体(6)的电流流向同向，在n为偶数时所述一级传感光纤环分支的绕制切向方向与经过所述干路导体(6)的电流流向反向，第n支路的所述二级传感光纤环(5)与第n通道对应的所述一级传感光纤环分支连接，第n支路的所述二级传感光纤环(5)在n为奇数时，所述二级传感光纤环(5)的绕制切向方向与经过所述支路导体(7)的电流流向反向，在n为偶数时，所述二级传感光纤环(5)的绕制切向方向与所述支路导体(7)的电流流向同向。
5.一种如权利要求1至4任一项所述光纤电流测量阵列系统的电流测量方法，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的光纤电流测量阵列系统的电流测量方法，其特征在于，与所述多通道光开关(2)的第n通道连接的第n个所述一级传感光纤环分支，在n为奇数时所述一级传感光纤环分支的绕制切向方向与经过所述干路导体(6)的电流流向同向，在n为偶数时所述一级传感光纤环分支的绕制切向方向与经过所述干路导体(6)的电流流向反向，第n支路的所述二级传感光纤环(5)与第n通道对应的所述一级传感光纤环分支连接，第n支路的所述二级传感光纤环(5)在n为奇数时，所述二级传感光纤环(5)的绕制切向方向与经过所述支路导体(7)的电流流向反向，在n为偶数时，所述二级传感光纤环(5)的绕制切向方向与所述支路导体(7)的电流流向同向；
7.根据权利要求5所述的光纤电流测量阵列系统的电流测量方法，其特征在于，与所述多通道光开关(2)的第n通道连接的第n个所述一级传感光纤环分支，在n为奇数时所述一级传感光纤环分支的绕制切向方向与经过所述干路导体(6)的电流流向同向，在n为偶数时所述一级传感光纤环分支的绕制切向方向与经过所述干路导体(6)的电流流向反向，第n支路的所述二级传感光纤环(5)与第n通道对应的所述一级传感光纤环(3)连接，第n支路的所述二级传感光纤环(5)在n为奇数时，所述二级传感光纤环(5)的绕制切向方向与经过所述支路导体(7)的电流流向反向，在n为偶数时，所述二级传感光纤环(5)的绕制切向方向与所述支路导体(7)的电流流向同向；
8.一种电子设备，其特征在于，包括：
9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储计算机指令，当计算机执行所述计算机指令时，用于执行如权利要求5至7任一项所述的光纤电流测量阵列系统的电流测量方法的所有步骤。
10.一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其特征在于，该计算机程序/指令被处理器执行时实现如权利要求5至7任一项所述的光纤电流测量阵列系统的电流测量方法。
