直流电弧检测用多通道电流传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种直流电弧检测用多通道电流传感器，包括多个检测通道、模拟开关、电流互感器、运算放大器、带通滤波电路、信号处理器，电流互感器采集检测通道中的电流信号，并由第一运算放大器、带通滤波电路、模数转换器、信号处理器处理判断是否有电弧发生，第一模拟开关由信号处理器控制，以选择输入某路检测通道中电流互感器的信号；还包括霍尔传感器，霍尔传感器测量电流，通过第二运算放大器、模数转换器、信号处理器处理输出；第二模拟开关、第三模拟开关有信号处理器控制，第二模拟开关选择输入某路检测通道中霍尔传感器的信号，第三模拟开关选择电流互感器或霍尔传感器采集的信号输入模数转换器。

Multi channel current sensor for DC arc detection

The invention discloses a multichannel current sensor for DC arc detection, comprising a plurality of detection channels, analog switch, current transformer, operational amplifier, band-pass filter circuit, signal processor, current signal acquisition of current transformer in the detection channel, and the first operational amplifier, band-pass filter circuit, analog-to-digital converter the signal processor determines whether there is arc, the first analog switch is controlled by the signal processor to select the input signal of a current transformer detecting in the channel; including Holzer sensor, measuring the current Holzer sensor, through the second operational amplifier, analog-to-digital converter and signal processor output; second analog switches, third analog switch signal processor control, second analog switch selection input signal Holzer sensor detection channel in a road The third analog switch selects the signal input analog to digital converter that the current transformer or Holzer sensor collects.

【技术实现步骤摘要】
直流电弧检测用多通道电流传感器
本专利技术涉及光伏发电领域用的电流传感器，尤其是检测光伏直流拉弧的电流传感器。
技术介绍
随着光伏发电的发展，尤其是分布式光伏发电的普及，对光伏电站的安全性提出了越来越高的要求。光伏发电系统中有众多的电连接点，并且光伏发电系统的直流电压越来越高，如果有连接点出现连接不良，就会出现拉弧现象，并且由于光伏系统是直流电，没有过零点，所以这种电弧一旦燃烧就不容易熄灭，会造成严重的危害。轻者烧毁电气设备，重者引起火灾。所以，要在电弧还没有形成灾害之前把线路切断熄灭电弧。光伏电弧检测就是实时的检测光伏直流系统中有没有产生电弧，一旦发现电弧，并且电弧的强度达到防护水平就要及时发出信号，去操作断路器切断线路。当前有许多种光伏直流电弧检测技术，主要为集成拉弧、电流检测一体输出或通过高频CT和电流检测分体输出。但主要缺点为整体系统成本高，检测精度低。例如公告号为CN205620492U的中国专利文献公开了一种光伏电弧检测传感器，由霍尔电流传感器、微分电路、带通滤波器、模数采样和数字处理电路组成，霍尔电流传感器输出的信号经过微分电路变成微分信号，微分信号通过带通滤波器保留对电弧敏感的频段，并去除其他频段，然后经过模数采样和数字处理电路来计算检测是否有电弧，如果有电弧就发出报警信号。霍尔电流传感器输出的信号也直接与模拟采样和数字处理电路相连，这样就测量出光伏电流的大小。该方案采用单片机将带通滤波后的20KHz至200KHz的带通进行计算判断输出电弧信号，该方案的分辨率、速度不高，容易造成误报或漏报拉弧状态。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的上述不足而提供一种直流电弧检测用多通道电流传感器，高精度、快速地实现拉弧检测。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案为：直流电弧检测用多通道电流传感器，包括多个检测通道、模拟开关、电流互感器、运算放大器、带通滤波电路、信号处理器，电流互感器采集检测通道中的电流信号，并由第一运算放大器将电流信号转换为电压信并放大，经过第一模拟开关后由带通滤波电路进行高低通滤波处理，经过第三模拟开关后输出到模数转换器，经过模数转化后输出到信号处理器，信号处理器为16位以上的可编程处理器，通过快速傅里叶算法评估是否有电弧发生，并将评估信号通过接口端子输出；第一模拟开关由信号处理器控制，以选择输入某路检测通道中电流互感器的信号；所述传感器还包括霍尔传感器、第二运算放大器、第二模拟开关，霍尔传感器测量电流，通过第二运算放大器进行二阶低通滤波有源滤波调理，经过第三模拟开关输入模数转换器并传递给信号处理器处理输出；第二模拟开关、第三模拟开关有信号处理器控制，第二模拟开关选择输入某路检测通道中霍尔传感器的信号，第三模拟开关选择电流互感器或霍尔传感器采集的信号输入模数转换器。所述高低通滤波处理电路由一个四极点巴特沃斯高通滤波电路和一个五极点低通滤波电路组成。所述信号处理器的接口端子为多个，包括通讯接口、通讯电源接口、电弧的开关量输出接口。所述信号处理器连接有数码管，数码管显示被测测量通道的电流、电压、拉弧状态信息。所述传感器还带有切换按键，切换按键控制选择数码管显示的信息。所述信号处理器连接有指示灯，指示传感器的运行状态。所述霍尔传感器为可编程霍尔传感器。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：通过信号处理器控制模拟开关可以快速切换电弧、电流检测通道，并且信号处理器为16位以上的可编程处理器，并通过快速傅里叶算法计算，检测分析拉弧的响应时间快。电流互感器和霍尔传感器电流检测分体输出，增加了电弧检测的可靠性。高低通滤波处理电路由一个四极点巴特沃斯高通滤波电路和一个五极点低通滤波电路组成，可形成40KHz到100KHz的带通滤波，提高检测分辨率。信号处理器通过设置接口实现通讯、开关量信号传输等，带有数码管、指示灯等可直观的显示传感器的工作状态。附图说明图1是本专利技术实施例的原理框图。图2是图1中电弧检测电路中的运算放大电路。图3是图1中电弧检测电路中的高低通滤波处理电路。具体实施方式下面结合附图、实施例对本专利技术进一步说明。实施例，该传感器包括外壳、壳盖、检测组件，检测组件位于外壳及壳盖围成的腔体内，检测组件包括电流及电弧采集磁芯、电流互感器、霍尔传感器、多个模拟开关、接口端子、数码管、切换按键、指示灯、运算放大器、模数转换器、信号处理器，其原理框图如图1所示。电流及电弧采集磁芯共有16组，也就是有16路检测通道，每路检测通道均有电流互感器及电流传感器（霍尔传感器）采集其电流信号。电弧检测电路包括电流互感器、第一运算放大器、第一模拟开关、带通滤波电路、第三模拟开关、模数转换器、信号处理器。电流检测电路包括霍尔传感器、第二运算放大器、第二模拟开关、第三模拟开关、模数转换器、信号处理器。其中电弧检测电路与电流检测电路共用第三模拟开关、模数转换器、信号处理器。第三模拟开关由信号处理器控制，以选择输入模数转换器的信号是电流互感器或者霍尔传感器采集的信号。第一模拟开关、第二模拟开关由信号处理器控制，以选择哪一路检测通道的电流互感器、霍尔传感器的信号输出至后续电路。电流互感器为高频电流互感器，用于采集光伏组串电流信号，输出至第一运算放大器，运算放大器内集成运算放大电路，运算放大电路如图2所示，运算放大器采用5V供电，偏置电压为供电电压的一半。第一运算放大器将电流信号转换为电压信号，将电压放大10倍后经过第一模拟开关选择后由带通滤波电路进行高低通滤波处理，高低通滤波处理电路如图3所示，高低通滤波处理电路由一个四极点巴特沃斯高通滤波电路和一个五极点低通滤波电路组成，信号放大后经过第三模拟开关输出到模数转换器，经过模数转化后输出到信号处理器，此带通滤波电路形成40KHz到100KHz的带通滤波，从而使信号处理器处理电弧数据的效果更加有效。信号处理器为16位以上架构可编程处理器，通过快速傅里叶算法（FFT）检测直流总线上高频噪声的振幅（峰值）变化，然后评估是否正在发生电弧事件。精确的算法能提高故障电弧检测的成功率，并且减少误报率。当检测到电弧事件时，利用脉冲宽度调制驱动的模拟输出来关闭前段断路器仪断开太阳能板串的连接，并触发信号器（声音和/或可视警报），利用数字输出作为通信接口以将消息发送到远程控制器，也可以使用此通信接口来远程启动自检。霍尔传感器主要用于测量光伏板上的电流，通过第二运算放大器进行二阶低通滤波有源滤波调理，然后经过第二模拟开关、第三模拟开关输入模数转换器并传递给信号处理器进行进一步处理，霍尔传感器采用可编程霍尔传感器。信号处理器连接有多个接口端子、数码管、指示灯，多个接口端子可用作防雷状态开关量输入、通讯接口、通讯电源、差分电压输入、断路器状态的开关量输入、电弧的开关量输出、预留接口等。数码管显示被测测量通道的序列号、电流、电压、拉弧状态等信息，切换按键可切换选择数码管显示的信息。指示灯用于指示传感器的通讯状态和运行状态。本文档来自技高网...

【技术保护点】
直流电弧检测用多通道电流传感器，其特征在于：所述传感器包括多个检测通道、模拟开关、电流互感器、运算放大器、带通滤波电路、信号处理器，电流互感器采集检测通道中的电流信号，并由第一运算放大器将电流信号转换为电压信并放大，经过第一模拟开关后由带通滤波电路进行高低通滤波处理，经过第三模拟开关后输出到模数转换器，经过模数转化后输出到信号处理器，信号处理器为16位以上的可编程处理器，通过快速傅里叶算法评估是否有电弧发生，并将评估信号通过接口端子输出；第一模拟开关由信号处理器控制，以选择输入某路检测通道中电流互感器的信号；所述传感器还包括霍尔传感器、第二运算放大器、第二模拟开关，霍尔传感器测量电流，通过第二运算放大器进行二阶低通滤波有源滤波调理，经过第三模拟开关输入模数转换器并传递给信号处理器处理输出；第二模拟开关、第三模拟开关有信号处理器控制，第二模拟开关选择输入某路检测通道中霍尔传感器的信号，第三模拟开关选择电流互感器或霍尔传感器采集的信号输入模数转换器。

【技术特征摘要】
1.直流电弧检测用多通道电流传感器，其特征在于：所述传感器包括多个检测通道、模拟开关、电流互感器、运算放大器、带通滤波电路、信号处理器，电流互感器采集检测通道中的电流信号，并由第一运算放大器将电流信号转换为电压信并放大，经过第一模拟开关后由带通滤波电路进行高低通滤波处理，经过第三模拟开关后输出到模数转换器，经过模数转化后输出到信号处理器，信号处理器为16位以上的可编程处理器，通过快速傅里叶算法评估是否有电弧发生，并将评估信号通过接口端子输出；第一模拟开关由信号处理器控制，以选择输入某路检测通道中电流互感器的信号；所述传感器还包括霍尔传感器、第二运算放大器、第二模拟开关，霍尔传感器测量电流，通过第二运算放大器进行二阶低通滤波有源滤波调理，经过第三模拟开关输入模数转换器并传递给信号处理器处理输出；第二模拟开关、第三模拟开关有信号处理器控制，第二模拟开关选择输入某路检测通道中霍尔传感器的信号，第三模拟开关选择电流互感器或霍...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴如兆，李德来，杨秀培，张文江，郑华雄，任浩，刘志强，胡冬青，朱胜平，
申请(专利权)人：宁波中车时代传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33