一種基于復合磁路雙閉環補償的抗直流偏磁電流互感器的制作方法

本發明涉及電力測量，尤其涉及一種基于復合磁路雙閉環補償的抗直流偏磁電流互感器。

背景技術：

1、電流互感器在輸電線路計量、電氣設備保護等領域得到廣泛應用。但是，當被測電流中含有直流分量時，傳統的電流互感器往往會出現鐵芯偏磁飽和，導致測量精度嚴重下降。現有的抗直流偏磁補償技術大多采用單一磁路和開環控制，難以兼顧補償速度和精度，難以滿足日益嚴格的互感器性能要求。

2、例如，一種在中國專利文獻上公開的“一種電流傳感器及其多磁通平衡控制電路”，其公告號“cn108732404b”，公開了包括由激勵磁通平衡模塊根據檢測到的干擾磁場產生激磁補償磁場，激磁補償磁場與干擾磁場相互疊加后的磁場穿過與其磁感線垂直的平面的磁通量為零；由交直流磁通平衡模塊根據檢測到的交流磁通信號和激磁模塊輸出的直流偏磁信號產生交直流補償磁場，交直流補償磁場、直流偏置磁場及交流磁場相互疊加后的磁場穿過與其磁感線垂直的平面的磁通量為零，但是該方案也使用開關控制，難以兼顧補償速度和精度。

技術實現思路

1、為了解決現有技術中互感器精度受到影響的問題，本發明提供一種基于復合磁路雙閉環補償的抗直流偏磁電流互感器，通過主副磁路分離檢測，內外環優化控制，實現直流偏磁的快速精準補償，顯著提升互感器測量性能。

2、為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

3、一種基于復合磁路雙閉環補償的抗直流偏磁電流互感器，包括：依次連接的復合磁路和雙閉環控制電路，復合磁路包括第一磁路和第二磁路在內的至少兩個磁路；

4、雙閉環控制電路包括分別與復合磁路連接的內環控制單元和外環控制單元；所述的內環控制單元根據第一磁路獲取反饋量在第一磁路進行直流補償；

5、所述的外環控制單元根據第二磁路獲取反饋量在第二磁路進行交流補償；所述的外環控制單元根據內環控制單元的補償比例進行模型更新。通過主副磁路分離檢測，內外環優化控制，實現直流偏磁的快速精準補償，顯著提升互感器測量性能，補償速度快、精度高、適應性強。

6、作為優選的，所述的第一磁路與內環控制單元連接，所述的第一磁路包括檢測直流分量的霍爾傳感器；所述的第一磁路包括生成直流補償磁場的副補償繞組。利用霍爾傳感器對直流磁場進行實時測量，響應速度快，靈敏度高，相比傳統的開環補償方法，可以更及時有效地抑制鐵芯的直流偏磁。

7、作為優選的，所述的第二磁路與外環控制單元連接，所述的第二磁路包括生成交流補償磁場的主補償繞組，所述的第二磁路包括輸出互感器信號的次級繞組。采用復合磁路結構，利用主副磁路分離實現直流和交流信號的獨立檢測，避免相互干擾，為閉環補償控制提供更準確的反饋信息。

8、作為優選的，所述的霍爾傳感器向內環控制單元發送反饋量，所述的內環控制單元包括比例積分控制模型，所述的比例積分控制模型根據反饋量輸出直流補償電流。動態調節副補償繞組電流，使其在鐵芯副磁路部分產生與直流偏磁場大小相當、方向相反的快速補償磁場，實現直流磁場的快速抵消。

9、作為優選的，所述的次級繞組向外環控制單元發送反饋量，所述的外環控制單元包括自適應諧振控制模型，所述的自適應諧振控制模型根據反饋量輸出交流補償電流。在外環中引入自適應諧振控制算法，通過動態調整補償電流參數，實現互感器輸出的最優化，提高系統的適應性和魯棒性。

10、作為優選的，所述的復合磁路和雙閉環控制電路之間設有信號調理電路，所述的信號調理電路分別與霍爾傳感器和次級繞組連接并進行信號放大。提高信噪比和測量分辨率，為控制電路提供高質量的采樣反饋。

11、作為優選的，所述的復合磁路連接有電源電路，所述的電源電路與霍爾傳感器連接并提供恒流偏置。為雙閉環控制電路提供穩定可靠的工作電源，并為霍爾傳感器提供恒流偏置，保證其測量精度。

12、作為優選的，所述的復合磁路連接有通信接口電路，所述的通信接口電路設有工業總線協議，所述的通信接口電路進行雙向通信。實現互感器與外部裝置之間的雙向通信，支持互感器測量數據的實時上傳和補償參數的遠程設定，提高了互感器的可測性和可控性。

13、作為優選的，所述的第一磁路還包括依次連接的第一初級繞組部和鐵芯副磁路部分，所述的鐵芯副磁路部分和第一初級繞組部分別與第二磁路連接。兩個磁路集成在同一鐵芯內，結構緊湊合理。

14、作為優選的，所述的第二磁路還包括依次連接的鐵芯主磁路部分和第二初級繞組部，所述的第二初級繞組部接入被測電流，第二初級繞組部與第一初級繞組部連串聯。兩個磁路集成在同一鐵芯內，事實上共用初級繞組，結構緊湊合理。

15、本發明具有如下優點：

16、（1）具有補償速度快、精度高、適應性強等優點，可廣泛應用于輸電線路電能計量、電力設備保護和直流輸電工程等領域；（2）采用復合磁路結構，利用主副磁路分離實現直流和交流信號的獨立檢測，避免相互干擾，為閉環補償控制提供更準確的反饋信息；（3）引入雙閉環控制方式，內環側重于直流磁場的快速補償，外環側重于互感器輸出的精細校正，通過兩級閉環的協同配合，在滿足補償速度要求的同時，顯著改善整體測量精度；（4）利用霍爾傳感器對直流磁場進行實時測量，響應速度快，靈敏度高，相比傳統的開環補償方法，可以更及時有效地抑制鐵芯的直流偏磁；（5）在外環中引入自適應諧振控制算法，通過動態調整補償電流參數，實現互感器輸出的最優化，提高系統的適應性和魯棒性。

技術特征：

1.一種基于復合磁路雙閉環補償的抗直流偏磁電流互感器，其特征在于，包括：依次連接的復合磁路和雙閉環控制電路，復合磁路包括第一磁路和第二磁路在內的至少兩個磁路；

2.根據權利要求1所述的一種基于復合磁路雙閉環補償的抗直流偏磁電流互感器，其特征在于，所述的第一磁路與內環控制單元連接，所述的第一磁路包括檢測直流分量的霍爾傳感器；所述的第一磁路包括生成直流補償磁場的副補償繞組。

3.根據權利要求2所述的一種基于復合磁路雙閉環補償的抗直流偏磁電流互感器，其特征在于，所述的第二磁路與外環控制單元連接，所述的第二磁路包括生成交流補償磁場的主補償繞組，所述的第二磁路包括輸出互感器信號的次級繞組。

4.根據權利要求2所述的一種基于復合磁路雙閉環補償的抗直流偏磁電流互感器，其特征在于，所述的霍爾傳感器向內環控制單元發送反饋量，所述的內環控制單元包括比例積分控制模型，所述的比例積分控制模型根據反饋量輸出直流補償電流。

5.根據權利要求3所述的一種基于復合磁路雙閉環補償的抗直流偏磁電流互感器，其特征在于，所述的次級繞組向外環控制單元發送反饋量，所述的外環控制單元包括自適應諧振控制模型，所述的自適應諧振控制模型根據反饋量輸出交流補償電流。

6.根據權利要求3或5所述的一種基于復合磁路雙閉環補償的抗直流偏磁電流互感器，其特征在于，所述的復合磁路和雙閉環控制電路之間設有信號調理電路，所述的信號調理電路分別與霍爾傳感器和次級繞組連接并進行信號放大。

7.根據權利要求2或3或4或5所述的一種基于復合磁路雙閉環補償的抗直流偏磁電流互感器，其特征在于，所述的復合磁路連接有電源電路，所述的電源電路與霍爾傳感器連接并提供恒流偏置。

8.根據權利要求1或2或3或4或5所述的一種基于復合磁路雙閉環補償的抗直流偏磁電流互感器，其特征在于，所述的復合磁路連接有通信接口電路，所述的通信接口電路設有工業總線協議，所述的通信接口電路進行雙向通信。

9.根據權利要求1所述的一種基于復合磁路雙閉環補償的抗直流偏磁電流互感器，其特征在于，所述的第一磁路還包括依次連接的第一初級繞組部和鐵芯副磁路部分，所述的鐵芯副磁路部分和第一初級繞組部分別與第二磁路連接。

10.根據權利要求9所述的一種基于復合磁路雙閉環補償的抗直流偏磁電流互感器，其特征在于，所述的第二磁路還包括依次連接的鐵芯主磁路部分和第二初級繞組部，所述的第二初級繞組部接入被測電流，第二初級繞組部與第一初級繞組部連串聯。

技術總結
本發明公開了一種基于復合磁路雙閉環補償的抗直流偏磁電流互感器，包括：依次連接的復合磁路和雙閉環控制電路，復合磁路包括第一磁路和第二磁路在內的至少兩個磁路；雙閉環控制電路包括分別與復合磁路連接的內環控制單元和外環控制單元；所述的內環控制單元根據第一磁路獲取反饋量在第一磁路進行直流補償；所述的外環控制單元根據第二磁路獲取反饋量在第二磁路進行交流補償；所述的外環控制單元根據內環控制單元的補償比例進行模型更新。通過主副磁路分離檢測，內外環優化控制，實現直流偏磁的快速精準補償，顯著提升互感器測量性能，補償速度快、精度高、適應性強，便于廣泛應用。

技術研發人員：祝順峰,祝祺
受保護的技術使用者：浙江天際互感器股份有限公司
技術研發日：
技術公布日：2024/10/21