一种新型电流互感器及实现方法技术

一种新型电流互感器及实现方法，属于互感器领域，包括高压端模块和低压端模块；其特征在于：还包括空心线圈和远距离无线供电装置；光纤一端与电光转换电路模块相连接，另一端与光电转换电路模块相连接。通过采用智能增益控制电路模块消除空心线圈的制造误差、电子元器件参数偏差以及电子电路因温湿度变化造成的温漂，测量精度高。通过脉宽调制电路模块、逆变驱动电路模块、功率逆变桥和低通滤波器使电流互感器能够输出与传统电磁式电流互感器二次端同样的电流量值和功率，与现有各类仪表、配电柜相配合。远距离无线供电装置，解决了空心线圈式电流互感器高压端采集头的供电问题，不存在供电死角和测量盲区，安全维护方便，稳定性好，工作寿命长。

A new type of current transformer and its realization

【技术实现步骤摘要】
一种新型电流互感器及实现方法
本专利技术属于互感器领域，尤其涉及一种新型电流互感器及实现方法。
技术介绍
电流互感器是一种用于将高电压、大电流按照一定的比列转换成便于测量和使用的低电压、小电流的装置，包括传统的电磁式电流互感器和电子式电流互感器，电子式电流互感器主要是用光纤将高压端采集的电参量传到低压端，低压端经过光—电转换变成电信号后进一步处理。电子式电流互感器从原理上可分为：光学电流互感器、空心线圈电流互感器和铁心线圈式低功率电流互感器三种。光学电流互感器传感头部分一般不需要供电装置。由于传感头部分是较复杂的光学系统，容易受到温度、震动等多种环境因素的影响，运行时的精度难以保证，长期稳定性较差。铁心线圈式低功率电流互感器(LPCT)，是传统电磁式电流互感器的一种发展，仍旧采用铁心。由于有铁芯，并且铁芯的材质、形状等技术参数有一定要求，因此单纯在成本上就要比空心线圈式的要高。空心线圈电流互感器，又称Rogowski（罗氏）线圈式电流互感器，通常用漆包线均匀绕制在环形骨架上制成，骨架采用塑料、陶瓷等非铁磁材料，这是空心线圈电流互感器有别于带铁心的电流互感器的一个显著特征，绝大多数电子式电流互感器采用空心线圈作为电流采集器件。但是目前市场上的电子式电流互感器存在以下缺点：1、智能化程度不够；现有的电子式电流互感器仅能完成高压端将采集信号用光纤传输到低压端，低压端将接收到的信号转换成4V小电压模拟信号或处理成规定的数字信号。在消除制造误差、原材料参数偏差、温度变化造成的温漂等影响测量精度的方法及控制方式上还比较粗放，基本都是纯硬件。首先，空心线圈的制作除了能保证绕制的匝数一样外，其它参数的一致性难以保证，这就会使其采集的信号出现偏差。其次，由于空心线圈感应到的电压信号幅值较小需进行放大，而信号放大电路中的芯片和电子元件都会有数值偏差，同时这些芯片和电子元件也会受到电磁干扰和环境温湿度的影响，造成输出信号的漂移，也称温漂，降低测量信号的准确性。另外，空心线圈感应到的信号与穿过其的电流呈微分关系，因此感应线圈两端的波形一般并不能代表被测电流的波形，需通过积分电路进行转换。而积分电路中的芯片和电子元件同样会有前文所述问题，使测量的准确性降低。2、适用范围窄；现有的电子式电流互感器其低压端输出的均为4V小电压模拟信号或数字信号。除非是新建纯数字化电站，否则根本无法与那些需要输入5A模拟电流的仪表（很多还是指针式仪表）配合使用，也驱动不了继电装置。对于在用的、需要维修或改造的老式配电柜、变电站，这种只能输出4V小电压模拟信号或数字信号的电子式电流互感器无法与原有仪表、装置进行配套，极大限制了其应用范围。3、供电困难；电子式电流互感器的高压端采集头通常都有电子电路，需要提供电源才能工作。高压端采集头的供电目前已知主要采用激光供能或高压母线CT供能。激光供能方式一是光电转换效率太低，通常仅10%左右，二是大功率激光发光管的可用寿命还不能满足实际使用要求，三是需要大直径光纤。大功率激光发光管和大直径光纤的价格通常都较高，带电情况下更换发光管的危险性较大，因此激光供能方式的维护复杂性较高。高压母线CT供电则存在当母线电流较低时，会使母线电流发生波形畸变，影响供电质量，还有当母线电流低于10A时，较难获得足够的能量，高压端集头的电路不能正常工作，存在供电死角和测量盲区。而将激光供能与母线CT供电结合，需要进行激光供能与母线CT供能的切换，即电流小到设定值时用激光供能，电流大到一定程度时切换为CT供能。因此，整个系统的电路控制也更复杂，产品总成本变得更高，而可靠性会下降。
技术实现思路
本专利技术旨在解决上述问题，提供一种安全稳定、智能修偏、能输出标准5A电流模拟量的新型电流互感器及实现方法。本专利技术所述新型电流互感器，包括高压端模块和低压端模块；所述高压端模块和低压端模块通过光纤相连接；还包括空心线圈和远距离无线供电装置；所述高压端模块包括阻抗匹配电路模块、高压端智能增益控制电路模块、数字调制电路模块、电光转换电路模块、高压端MCU和高压端温度传感器。所述空心线圈与阻抗匹配电路模块的输入相连接；所述阻抗匹配电路模块、高压端智能增益控制电路模块、数字调制电路模块和电光转换电路模块依次电连接；所述高压端温度传感器通过高压端MCU分别与前述高压端智能增益控制电路模块和数字调制电路模块相电连接；所述高压端模块中高压端智能增益控制电路模块、数字调制电路模块、电光转换电路模块、高压端MCU和高压端温度传感器所用的电源均与远距离无线供电装置输出相电连接；高压端模块中高压端智能增益控制电路模块、数字调制电路模块、电光转换电路模块、高压端MCU和高压端温度传感器所用的电源和远距离无线供电装置的输出均为5V。所述低压端模块包括光电转换电路模块、数字解调电路模块、积分电路模块、低压端智能增益控制电路模块、低压端MCU、低压端温度传感器、脉宽调制电路模块、逆变驱动电路模块、功率逆变桥和低通滤波器；所述光电转换电路模块、数字解调电路模块、积分电路模块、低压端智能增益控制电路模块、脉宽调制电路模块、逆变驱动电路模块、功率逆变桥和低通滤波器依次电连接；所述数字解调电路模块和低压端温度传感器均与低压端MCU相电连接；所述低压端MCU与低压端智能增益控制电路模块、脉宽调制电路模块相电连接；所述光纤的一端与前述电光转换电路模块相连接，另一端与前述光电转换电路模块相连接。进一步，本专利技术所述新型电流互感器，所述脉宽调制电路模块、逆变驱动电路模块、功率逆变桥和低通滤波器依次电连接所组成的电路包括有相同设置的两路，分别为测量支路和保护支路；所述测量支路用于产生测量用电流信号；所述保护支路用于产生保护用电流信号。由于实际应用的需求，保护信号一般要求额定值40～50倍的过载，而测量信号则要求达到0.2S的精度。本专利技术所述新型电流互感器的实现方法，首先空心线圈从母线采集得到交流电压信号后，传输至阻抗匹配电路模块，通过阻抗匹配电路模块消除母线上产生的电磁干扰；高压端MCU通过高压端温度传感器实时检测高压端模块的环境温度，并与预存数据进行比对，结合预存的空心线圈的制造误差、电子元器件偏差和电子电路的温漂数据，生成相应的高压端增益放大系数；对流经高压端智能增益控制电路模块对信号进行修偏、校准和增益放大；然后将放大后的信号及高压端增益放大系数通过数字调制电路模块转换成数字脉冲信号，再由电光转换电路模块中的激光发射管生成激光，通过光纤将信号传输至低压端模块；高压端电路工作电源由远距离无线供电装置提供。高压端智能增益控制电路模块的输出由高压端MCU进行智能调整。高压端MCU在生产调试时预先存储了空心线圈的制造误差、电子元器件偏差和电子电路的温漂等数据。实际工作时，MCU实时采样信号大小和环境温度，与预存数据作对比，利用数字电位器自动调整增益放大电路的增益放大系数。消除线圈生产制造和电子元器件偏差等产生的差异，消除温湿度变化给电子电路造成的温漂，对采集系统的非线性进行补偿，保证测量输出信号的精度。低压端模块的光电转换电路模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型电流互感器，包括高压端模块和低压端模块；所述高压端模块和低压端模块通过光纤相连接；其特征在于：还包括空心线圈和远距离无线供电装置；/n所述高压端模块包括阻抗匹配电路模块、高压端智能增益控制电路模块、数字调制电路模块、电光转换电路模块、高压端MCU和高压端温度传感器；所述空心线圈与阻抗匹配电路模块的输入相连接；所述阻抗匹配电路模块、高压端智能增益控制电路模块、数字调制电路模块和电光转换电路模块依次电连接；所述高压端温度传感器通过高压端MCU分别与前述高压端智能增益控制电路模块和数字调制电路模块相电连接；所述高压端模块中高压端智能增益控制电路模块、数字调制电路模块、电光转换电路模块、高压端MCU和高压端温度传感器所用的电源均与远距离无线供电装置输出相电连接；/n所述低压端模块包括光电转换电路模块、数字解调电路模块、积分电路模块、低压端智能增益控制电路模块、低压端MCU、低压端温度传感器、脉宽调制电路模块、逆变驱动电路模块、功率逆变桥和低通滤波器；所述光电转换电路模块、数字解调电路模块、积分电路模块、低压端智能增益控制电路模块、脉宽调制电路模块、逆变驱动电路模块、功率逆变桥和低通滤波器依次电连接；所述数字解调电路模块和低压端温度传感器均与低压端MCU相电连接；所述低压端MCU与低压端智能增益控制电路模块、脉宽调制电路模块相电连接；/n所述光纤的一端与前述电光转换电路模块相连接，另一端与前述光电转换电路模块相连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种新型电流互感器，包括高压端模块和低压端模块；所述高压端模块和低压端模块通过光纤相连接；其特征在于：还包括空心线圈和远距离无线供电装置；
所述高压端模块包括阻抗匹配电路模块、高压端智能增益控制电路模块、数字调制电路模块、电光转换电路模块、高压端MCU和高压端温度传感器；所述空心线圈与阻抗匹配电路模块的输入相连接；所述阻抗匹配电路模块、高压端智能增益控制电路模块、数字调制电路模块和电光转换电路模块依次电连接；所述高压端温度传感器通过高压端MCU分别与前述高压端智能增益控制电路模块和数字调制电路模块相电连接；所述高压端模块中高压端智能增益控制电路模块、数字调制电路模块、电光转换电路模块、高压端MCU和高压端温度传感器所用的电源均与远距离无线供电装置输出相电连接；
所述低压端模块包括光电转换电路模块、数字解调电路模块、积分电路模块、低压端智能增益控制电路模块、低压端MCU、低压端温度传感器、脉宽调制电路模块、逆变驱动电路模块、功率逆变桥和低通滤波器；所述光电转换电路模块、数字解调电路模块、积分电路模块、低压端智能增益控制电路模块、脉宽调制电路模块、逆变驱动电路模块、功率逆变桥和低通滤波器依次电连接；所述数字解调电路模块和低压端温度传感器均与低压端MCU相电连接；所述低压端MCU与低压端智能增益控制电路模块、脉宽调制电路模块相电连接；
所述光纤的一端与前述电光转换电路模块相连接，另一端与前述光电转换电路模块相连接。


2.根据权利要求1所述新型电流互感器，其特征在于：所述脉宽调制电路模块、逆变驱动电路模块、功率逆变桥和低通滤波器依次电连接所组成的电路包括有相同设置的两路，分别为测量支路和保护支路；所述测量支路用于产生测量用电流信号；所述保护支路用于产生保护用电流信号。


3.根据权利要求2所述新型电流互感器的实现方法，其特征在于：首先空心线圈从母线采集得到交流电压信号后，传输至阻抗匹配电路模块，通过阻抗匹配电路模块消除母线上产生的电磁干扰；高压端MCU通过高压端温度传感器实时检测高压端模块的环境温度，并与预存数据进行比对，结合预存的空心线圈的制造误差、电子元器件偏差和电子电路的温漂数据，生成相应的高压端增益放大系数；对流经高压端智能增益控制电路模块的信号进行修偏、校准和增益放大；然后将放大后的信号及高压端增益放大系数通过数字调制电路模块转换成数字脉冲信号，再由电光转换电路模块中的激光发射管生成激光，通过光纤将信号传输至低压端模块；
低压端模块的光电转换电路模块接收到光纤传来的光信号后完成光电转换，经数字解调电路模块还原出高压端的模拟信号及高压端增益放大系数；将高压端增益放大系数送入低压端MCU；同时，低压端MCU通过低压端温度传感器实时采集低压端电路环境的温度信息，并与预存数据进行比对，并结合所接收的高压端增益放大系数信息生成相应的低压端增益放大系数，用于调整增益放大；将还原出的模拟信号通过积分电路模块转换成与被测母线电流呈同相关系的信号后再经低压端智能增益控制电路模块进行信号放大，信号的低压端增益放大系数来自低压端MCU实时生成的数据，其调整低压端智能增益控制电路模块输出信号的幅度、相位，对模拟信号进行校准；已校准的模拟信号分别送到测量端的脉宽调制电路模块和保护端的脉宽调制电路模块生成SPWM信号，SPWM信号通过逆变驱动电路模块驱动功率逆变桥，功率逆变桥的输出经低通滤波器产生所需的电流信号。


4.根据权利要求3所述新型电流互感器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：付涛阳，
申请(专利权)人：付涛阳，
类型：发明
国别省市：陕西;61