本实用新型专利技术涉及的一种基于新型直流隔离积分器的空心线圈电流互感器，包括电流传感模块和信号调理模块，通过将A/D采集卡模块前置，减少了模拟信号在测量系统中的传输距离和处理环节，从而提高了整体系统的抗干扰能力。通过采用计数器、寄存器或/和乘法器的逻辑器件构建积分器来处理A/D输出的数字信号，从而提高了积分还原的准确性，减小了比差和角差；不仅如此，本实用新型专利技术还提出了一种基于积分衰减和输出直流隔离的积分器结构，将数字积分中的直流量进行了滤除；基于这两点，本实用新型专利技术解决了数字积分器在空心线圈电流互感器实际运用中的关键性问题，提高了空心线圈电流互感器的测量精度。
【技术实现步骤摘要】
本技术属于智能电网运行状态在线监测领域，涉及的是一种基于新型直流隔 离积分器的空心线圈电流互感器。
技术介绍
随着科学技术的发展和人类社会的进步，电力系统正向着以测控技术、数字技术 和通信技术等现代化技术为技术支撑的智能电网方向发展。数字化变电站是智能电网的重 要组成部分，数字化变电站的关键设备之一，空心线圈电流互感器联系着高压电网和计量 或继电保护系统，其测量的准确度对维持系统稳定性、电能计量等方面起至关重要的作用。 现有的空心线圈电流互感器主要采用的是对采集信号输入模拟器件后进行模拟 信号处理，再将处理完的模拟信号进行数字化转换，传统空心线圈电流互感器存在的主要 问题就是其采用模拟器件对线圈采集信号积分还原，目前在空心线圈电流互感器中常采用 的模拟积分器主要分为无源积分和有源积分两种。无源积分器一般由电阻、电容等元件构 成，无需供电电源。无源积分器对输入信号有衰减效果，且由于输出阻抗较大，给测量带来 误差，因此一般常采用有源积分器实现。有源积分器一般由运算放大器和电阻、电容等模拟 元件构成，需要为运算放大器提供电源供电。理想积分电路很难在实际应用中得到预期的 效果。目前一般采用在积分电容上并联一个阻值较大的反馈电阻，如图2(a)所示，当反馈 电阻的阻值足够大时，此积分器的响应接近理想积分器。由于反馈电阻的存在，该积分器对 低频信号的放大倍数非常大，可能达到工频信号放大倍数的很多倍，因此低频干扰信号可 能会影响到积分电路的正常工作。带反馈电阻的积分电路的幅频响应曲线可以在整个频率 范围与理想积分较好的接近，但是存在的问题是低频增益过大，对于积分电路输入端极小 的低频或直流信号，都会放大很多倍，导致积分电路输出饱和。为了抑制低频干扰，有学者 对积分器进行了改进，如图2(b)所示，改进低频增益积分电路在频率较高时幅频特性曲线 与理想积分吻合，在低频段增益比前两种积分电路有所降低，但是并没有完全消除低频段 对积分电路带来的影响。另外，改进的两种电路在相频响应方面与理想积分相比效果不好， 不像理想积分器那样刚好是90°的相位。也有研宄人员设计了基于低通滤波器的积分电 路，可明显改善积分器的低频特性，但却导致其相频响应曲线与理想积分差距增大，需要 对相位进行调节。总而言之，模拟积分电路实现起来相对简单，但易受模拟器件分散性、温 漂和零漂等因素的影响，尽管有一些改进的措施，但并不能从根本上解决这些问题，改进的 积分电路性能也不是十分稳定。所以，模拟积分器在长时间的运行中很难达到高精度的要 求。 数字积分器是较好的能够解决模拟积分器所存在缺陷的一种方式，其核心是采用 各种不同的数字积分算法，使得积分器的频谱响应与理想积分器尽可能的接近，目前的数 字积分器在频谱特性上与理想积分器十分接近，但是从测量的角度来说，精度并不是很高， 因此，也需要对其进行改进。 不仅如此，数字积分器需要前置的A/D采集卡，模拟积分器需要有源运放存在，所 以，无论是采用数字积分器还是模拟积分器，都会在系统中引入直流偏置，虽然该偏置量很 小，但是在积分器的长时间积累下，微小的偏置量也会累加至很高的水平，影响测量。因此， 如何滤除积分器中直流偏置量也是需要考虑的问题。 随着数字信号处理技术以及网络的发展，将电力系统运行状态监测手段向着数字 化信息化方向改进也是智能电网未来的发展方向。作为监测电力系统运行状态的关键性设 备，空心线圈电流互感器的测量精度对于后续的电能计量、继电保护、调度等等工作有着深 远的影响。但是，无论是模拟器件的积分器还是数字积分器，目前都还存在着诸多缺陷亟待 解决，正是基于上述的缺陷，本技术提出了一种基于新型直流隔离数字积分器的空心 线圈电流互感器。
技术实现思路
本技术针对传统空心线圈电流互感器数字化程度并不高，测量结果受外界环 境条件局限依旧很大这一问题，提出了一种基于新型直流隔离数字积分器的空心线圈电流 互感器该互感器具有抗电磁干扰能力强，精度高和稳定性好的特点，并且，针对目前积分器 的缺陷，在Al-Alaoui积分器基础上加以改造，采用逻辑器件搭建了一种新型积分器，该新 型积分器具有比传统积分器精度高的特点，并且对测量系统中可能引入的直流分量能够进 行滤除。 为解决上述问题，本技术的技术方案为： 一种基于新型直流隔离积分器的空心线圈电流互感器，包括电流传感模块和信号 调理模块；其特征在于：电流传感模块包括电流传感头和A/D采集卡，信号调理模块主要 包括DSP数字信号处理单元、电信号转换模块；电流传感头为空心线圈结构，安装在一次 侧线路上，用于采集一次侧的电流信号，而A/D采集卡则紧跟在电流传感头之后，位于高压 侦L用于该电流信号进行数字化处理，并且发送至信号调理模块； A/D采集卡与信号调理模块的DSP数字信号处理单元相连，DSP数字信号处理单元 通过电光转换模块将积分还原出的电信号转换为光信号传输给控制室监测系统的计算机， 在DSP数字信号单元中搭建积分器和前馈控制。 所述积分器和前馈控制采用计数器、寄存器或/和乘法器的逻辑器件来实现。 电流传感模块包括空心线圈电流传感头和A/D采集卡，其主要作用是将线路电流 信息准确及时的进行采集，并且实时发送给后续数字信号处理部分进行信号处理。其中，空 心线圈电流传感头装在一次侧线路上，通过非接触测量的方式采集线路上的电流信号，由 于空心线圈结构所限，采集到的是电流的微分信号。A/D采集卡中采用16位A/D，目的是将 空心线圈输出电压模拟信号经A/D采集卡转化为数字信号，一是减少模拟信号在传递过程 中可能发生的波形畸变，二是为后续数字信号的处理做好数据准备。 数字信号处理部分主要包括积分器和前馈控制，所述的积分器和前馈控制采用计 数器、寄存器或/和乘法器的逻辑器件来实现。 新型积分器是针对目前积分器存在的问题进行的相应改进，使得该积分器在幅频 和相频上都与理想的积分器更加接近，从而获得了更高的测量精度，同时，对于输入积分器 的直流偏置，该积分器可以通过内置的积分衰减因子，使得直流量不会无限累加，而是稳定 下来，在保证测量和精度的同时也方便后面前馈结构进行滤除处理；前馈控制的主要作用 是将由A/D等有源器件可能引入的直流偏置通过直流含量分析，然后通过前馈控制进行消 除，从而保证积分器能够输出正比于一次侧电流大小的电压信号。 本技术通过前移数字信号处理环节，在传感器后直接将信号数字化，尽可能 的减少模拟信号在整个测量系统中的传输距离，从而既保证了测量精度不会随外界环境因 素发生变化，更好地适应各种复杂的测量环境，极大地降低了空心线圈电流互感器安装的 环境限制，同时，针对前移A/D引入的直流偏置量，本技术也提出了前馈控制结构，并 且改进了积分器，使得输出信号中并不含有直流偏置。【附图说明】 图1为本技术的结构示意图； 图2a、图2b分别为现有的典型有源模拟积分器电路图； 图3为理想积分器和Al-Alaoui积分器的幅值和相位响应；当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于新型直流隔离积分器的空心线圈电流互感器，包括电流传感模块和信号调理模块；其特征在于：电流传感模块包括电流传感头和A/D采集卡，信号调理模块主要包括DSP数字信号处理单元、电信号转换模块；电流传感头为空心线圈结构，安装在一次侧线路上，用于采集一次侧的电流信号，而A/D采集卡则紧跟在电流传感头之后，位于高压侧，用于该电流信号进行数字化处理，并且发送至信号调理模块；A/D采集卡与信号调理模块的DSP数字信号处理单元相连，DSP数字信号处理单元通过电光转换模块将积分还原出的电信号转换为光信号传输给控制室监测系统的计算机，在DSP数字信号单元中搭建积分器和前馈控制。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：窦峭奇，
申请(专利权)人：武汉格蓝若光电互感器有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。