一種附帶測量電流微分信號的電子式電流互感器的制造方法
【專利摘要】一種附帶測量電流微分信號的電子式電流互感器，包括高壓側、低壓側，所述低壓側包括合并單元、PC機，合并單元連接PC機。高壓側的傳感單元輸出端通過數據光纖與低壓側的采集傳輸單元相連，高壓側的傳感單元的輸出信號傳輸至低壓側的采集傳輸單元后，經濾波、放大、數字積分、微處理器處理后，通過數據光纖將信號給后續的合并單元、PC機進行處理。本實用新型一種附帶測量電流微分信號的電子式電流互感器，在各種故障下,可直接利用電子式互感器輸出的微分信號進行故障測距并實現距離保護功能，在保證可靠性的基礎上縮短了保護動作時間。
【專利說明】
一種附帶測量電流微分信號的電子式電流互感器
技術領域
[0001]本實用新型一種附帶測量電流微分信號的電子式電流互感器，可以精確測量電流微分信號，實現快速故障測距和精確的距離保護。
【背景技術】
[0002]隨著電網的發展、能源結構的調整以及新能源發電技術的不斷增加，傳統電網已難以滿足未來電網的發展要求。為此人們提出了智能電網的概念，以彌補傳統電網的諸多不足。由于目前智能電網的不斷發展，電磁式電流互感器日益暴露出大量缺點。在這種情況下，電子式電流互感器將會成為未來電力系統測量發展的主要方向之一。Rogowski線圈(羅氏線圈)電子式電流互感器由于頻帶寬、動態范圍大、無磁飽和等優點，近年來發展十分迅速。由于羅氏線圈的輸出為微分信號，需要接積分器將其輸出信號還原為與一次電流成比例的信號，否則其輸出會受頻率波動的影響。但基于羅氏線圈的電子式電流互感器的輸出信號皆為被測信號的微分，為了還原原始信號，需要在信號處理環節中加入積分環節，由此帶來一定的時間延時和相位偏移，并會降低頻響帶寬和增加高壓側功耗，在此測量基礎上計算出的電流微分信號，會有積分環節與計算環節兩重誤差。
[0003]目前電流微分信號測量中存在一些問題，主要包括缺乏一種可直接獲取微分信號的高精度測量系統、采用差值做商法準確度較差、差值做商精度受采樣時間間隔限制、用于保護算法的信號在測量中經過了積分環節還存在誤差等問題。
【發明內容】
[0004]為上述問題帶來的不利影響，本實用新型提供一種附帶測量電流微分信號的電子式電流互感器，以羅氏線圈的電子式電流互感器為前提基礎，在深入研究了傳統R-L模型算法的微分形式后，改進目前已有的空心線圈電子式電流互感器，從而使相關基于微分信號建立的繼保裝置更加準確迅速，該電流互感器測量輸出電路中電流的一次微分信號，進行故障測距與繼電保護動作，比傳統的差值做商求微分方法的準確度要高，也無需考慮積分環節帶來的誤差。該電流互感器提供的微分信號，可以有效的簡化一些使用微分方程的故障測距或者距離保護算法，提高了繼保裝置的靈敏性與準確性，且相比測量電壓電流信號的電子式互感器結構要簡單。
[0005]本實用新型所采用的技術方案是:
[0006]—種附帶測量電流微分信號的電子式電流互感器，包括高壓側、低壓側，所述低壓側包括合并單元、PC機，合并單元連接PC機。高壓側的傳感單元輸出端通過數據光纖與低壓側的采集傳輸單元相連，高壓側的傳感單元的輸出信號傳輸至低壓側的采集傳輸單元后，經濾波、放大、數字積分、微處理器處理后，通過數據光纖將信號給后續的合并單元、PC機進行處理。
[0007]所述合并單元包括電源模塊，電源模塊通過同步光纖連接高壓側。
[0008]所述高壓側包括空心線圈、數字積分器、第一放大電路、第一低通濾波器、第二放大電路、第二低通濾波器、A/D轉換器、單片機模塊。空心線圈連接數字積分器，數字積分器連接第一放大電路、第一放大電路連接第一低通濾波器，第一低通濾波器連接A/D轉換器，A/D轉換器連接單片機模塊。空心線圈連接第二放大電路，第二放大電路連接第二低通濾波器，第二低通濾波器連接A/D轉換器。
[0009]所述數字積分器包括A/D轉換模塊、T型數字積分器、FFT快速傅氏變換模塊、PID控制器;電子式互感器輸出的模擬信號經前置的第一低通濾波器濾波后，再通過A/D轉換模塊轉換為數字信號，通過T型數字積分器還原出原始信號，最后經FFT快速傅氏變換模塊提取直流信號大小，在閉環反饋控制系統中，經PID控制器調整大小消除直流干擾。
[0010]所述單片機模塊為SST89E/V564RD單片機，SST89E/V564RD單片機通過同步光纖接受合并單元傳來的同步數據，控制A/D轉換器進行采樣，通過數據光纖將數據傳入合并單
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[0011]所述第一低通濾波器、第二低通濾波器為切比雪夫濾波器。
[0012]本實用新型一種附帶測量電流微分信號的電子式電流互感器，技術效果如下:
[0013]1)、該電子式電流互感器，在各種故障下，可直接利用電子式互感器輸出的微分信號進行故障測距并實現距離保護功能，在保證可靠性的基礎上縮短了保護動作時間。
[0014]2)、該電子式電流互感器借助低通濾波器減少高頻分量的影響，消除了高頻分量的干擾，使得基于微分信號分析建立的故障測距的改進R-L模型算法等方案更加精確有效，實現直接獲取微分信號的高精度測量。
[0015]3)、該電子式電流互感器，在閉環反饋控制系統中，由于反饋結構的跟隨特性和FFT可以準確提取出直流分量而阻止交流分量的通過，從原理上提高了保護的動作速度，能在更短的時間內準確求出故障線路的短路阻抗，保證了FFT算法在金屬性短路時測距的可靠性和精確性。
[0016]4)、該電子式電流互感器，可直接利用電子式互感器輸出的微分信號經過改進的T型數字積分進行處理后，輸出直流分量可通過FFT快速傅氏變換模塊獲取，然后直流分量通過PID控制器之后反饋至輸入信號中，形成一個閉環反饋控制系統，消除了直流分量干擾。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型電子式電流互感器整體框圖；
[0018]圖2為本實用新型數字積分器結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019]如圖1、圖2所示，一種附帶測量電流微分信號的電子式電流互感器，包括高壓側A、低壓側B，所述低壓側B包括合并單元13、PC機14，合并單元13連接PC機14。
[0020]高壓側A的傳感單元輸出端通過數據光纖12與低壓側B的采集傳輸單元相連，高壓偵仏的傳感單元的輸出信號傳輸至低壓側B的采集傳輸單元后，經濾波、放大、數字積分、微處理器處理后，通過數據光纖12將信號給后續的合并單元13、PC機14進行處理，所述合并單元13包括電源模塊11，電源模塊11通過同步光纖10連接高壓側。
[0021]所述高壓側A包括附在母線2上的空心線圈1、數字積分器3、第一放大電路4、第一低通濾波器5、第二放大電路6、第二低通濾波器7、A/D轉換器8、單片機模塊9。空心線圈I連接數字積分器3，數字積分器3連接第一放大電路4、第一放大電路4連接第一低通濾波器5，第一低通濾波器5連接A/D轉換器8，A/D轉換器8連接單片機模塊9。空心線圈I連接第二放大電路6，第二放大電路6連接第二低通濾波器7，第二低通濾波器7連接A/D轉換器8。
[0022]本實用新型一種附帶測量電流微分信號的電子式電流互感器，一次傳感器電流測量采用空心線圈1，輸出信號為一次電流的微分和泄漏電流的微分，二者均與一次側信號的頻率有關，當頻率發生變化時，其輸出也會發生變化。被測電流的微分信號采用了數字積分器3將其輸出的微分信號進行還原，有效克服模擬積分存在的電路復雜、準確度低等問題。
[0023]數字積分器3如圖2所示，包括A/D轉換模塊15、T型數字積分器16、FFT快速傅氏變換模塊17、PID控制器18;電子式互感器輸出的模擬信號經前置的第一低通濾波器5濾波后，再通過A/D轉換模塊15轉換為數字信號，通過T型數字積分器16還原出原始信號，最后經FFT快速傅氏變換模塊17提取直流信號大小，在閉環反饋控制系統中，經PID控制器18調整大小消除直流干擾。PID控制器18根據系統的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量控制反饋量消除誤差，根據被控過程的特性確定PID控制器18的比例系數、積分時間和微分時間的大小。
[0024]所述第一低通濾波器5、第二低通濾波器7為切比雪夫濾波器，以消除高頻分量的干擾。
[0025]所述單片機模塊9為SST89E/V564RD單片機，SST89E/V564RD單片機通過同步光纖10接受合并單元13傳來的同步數據，控制A/D轉換器8進行采樣，通過數據光纖12將數據傳入合并單元13。合并單元13對一次互感器傳輸過來的電氣量進行合并和同步處理，并將處理后的數字信號按照特定格式轉發給間隔層設備使用的裝置，是電子式電流互感器的接口裝置。輸出信號進入PC機14后，然后對傳感器的輸出信號進行分析處理得到保護測量的結果，這樣可以有效的利用微分方程實現故障測距或者距離保護算法，提高了繼保裝置的靈敏性與準確性，能在更短的時間內準確求出故障線路的短路阻抗。
【主權項】
1.一種附帶測量電流微分信號的電子式電流互感器，包括高壓側(A)、低壓側(B)，所述低壓側(B)包括合并單元(13)、PC機(14)，合并單元(13)連接PC機(14)；其特征在于，高壓側(A)的傳感單元輸出端通過數據光纖(12)與低壓側(B)的采集傳輸單元相連，高壓側(A)的傳感單元的輸出信號傳輸至低壓側(B)的采集傳輸單元后，經濾波、放大、數字積分、微處理器處理后，通過數據光纖(12)將信號給后續的合并單元(13)、PC機(14)進行處理。2.根據權利要求1所述一種附帶測量電流微分信號的電子式電流互感器，其特征在于，所述合并單元(13)包括電源模塊(11)，電源模塊(11)通過同步光纖(10)連接高壓側。3.根據權利要求1所述一種附帶測量電流微分信號的電子式電流互感器，其特征在于，所述高壓側(A)包括空心線圈(1)、數字積分器(3)、第一放大電路(4)、第一低通濾波器(5)、第二放大電路(6)、第二低通濾波器(7)、A/D轉換器(8)、單片機模塊(9); 空心線圈(I)連接數字積分器(3)，數字積分器(3)連接第一放大電路(4)，第一放大電路(4)連接第一低通濾波器(5)，第一低通濾波器(5)連接A/D轉換器(8)，A/D轉換器(8)連接單片機t吳塊(9)； 空心線圈(I)連接第二放大電路(6)，第二放大電路(6)連接第二低通濾波器(7)，第二低通濾波器(7)連接A/D轉換器(8)。4.根據權利要求1所述一種附帶測量電流微分信號的電子式電流互感器，其特征在于，所述數字積分器(3)包括A/D轉換模塊(15 )、T型數字積分器(16)、FFT快速傅氏變換模塊(17)、PID控制器(18);電子式互感器輸出的模擬信號經前置的第一低通濾波器(5)濾波后，再通過A/D轉換模塊(15)轉換為數字信號，通過T型數字積分器(16)還原出原始信號，最后經FFT快速傅氏變換模塊(17)提取直流信號大小，在閉環反饋控制系統中，經PID控制器(18)調整大小消除直流干擾。5.根據權利要求3所述一種附帶測量電流微分信號的電子式電流互感器，其特征在于，所述單片機模塊(9)為SST89E/V564RD單片機，SST89E/V564RD單片機通過同步光纖(10)接受合并單元(13)傳來的同步數據，控制A/D轉換器(8)進行采樣，通過數據光纖(12)將數據傳入合并單元(13)。6.根據權利要求3所述一種附帶測量電流微分信號的電子式電流互感器，其特征在于，所述第一低通濾波器(5)、第二低通濾波器(7)為切比雪夫濾波器。
【文檔編號】G01R15/18GK205539323SQ201620265172
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月1日
【發明人】王毅, 吳成明, 劉向民, 王彥淞, 陳鐵, 魯明芳
【申請人】三峽大學