专利名称：一种基于合金电阻的电流传感器及其实现方法
技术领域：
本发明属于电力系统自动化信息采集与控制领域，具体涉及一种基于合金电阻的电流传感器的实现方法。
背景技术：
目前，智能电网已成为全球能源发展和变革中的重大研究课题。智能电网的基本思想是利用先进的数字化信息网络将发电、输电、变电、配电和用电服务以及蓄能与能源终端用户的各种电气设备和其他用能设施连接在一起，通过智能化控制实现对电能的管理，通过精确供能、对应供能、互助供能和互补供能等方式，达到提高资源利用效率，提高供电质量和可靠性的目标。传感器和测量技术是实现智能电网监测、控制、分析和决策的基础，也是智能电网发展的关键。只有采用先进的传感技术，建设发达的传感器网络，再配合发达的通信体系和仿真技术，才能实现整个电网智能化。在传统的电力系统测控与保护技术领域，由于电网和电力设备的具有高电压强电流，而保护或测控等二次设备属于弱电电子设备，因此两者之间具有天然的鸿沟。因此，传统的技术在电力系统一次与二次系统之间建立了屏障，打破两者的电气联系，利用电磁或光学转换作为双方联系的纽带。尽管电流互感器从最初的模拟技术走入了数字化阶段，在设备小型化等方面也取得了重大进展。但是，其本质未发生根本变化，电磁或光学转换原理复杂，线性化不够理想且不稳定，一次与二次系统之间的隔阂依旧，频率响应、动态特性以及交直流等电气特性依然对通过电磁转换或光学转换的电流测量的可靠性和通用性等方面构成潜在威胁。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明打破了电流传感测量中一次系统与二次系统电气连接的鸿沟，不再借助于电磁转换或光学转换等方法，利用纯电路原理实现电力系统电压的感知测量。本发明提出一种基于合金电阻的电流传感器及其实现方法，利用合金电阻作为电压传感器的核心元件，实现电力系统强电设备与弱电设备的电气关联，简化电压的测量原理，改善其对于电力系统频率、动态等特性的适应性，并提高精度缩小体积。本发明提供的一种基于合金电阻的电流传感器，其改进之处在于，所述电流传感器包括合金电阻、电压测量单元、供电单元和控制器；所述合金电阻串入被测电路；所述电压测量单元测量出所述合金电阻两端的电压并传给所述控制器；所述控制器根据所述合金电阻阻值计算出被测电路的电流值并输出；所述供电单元为所述电压测量单元和所述控制器供电。其中，所述电压测量单元并联在所述合金电阻两端，并与所述控制器连接；所述供电单元分别与所述电压测量单元和所述控制器连接。其中，所述电流传感器包括通信单元，用于所述控制器的远程输出；当所述控制器向远端或后台提供测量数据时，通过所述通信单元进行传输；所述供电单元给所述通信单元供电。其中，所述合金电阻的阻值小于0.001欧姆。其中，所述电压测量单元包括二次电子回路；所述二次电子回路包括电压感应装置、模数转换器以及DSP微处理器；所述DSP微处理器控制所述电压感应装置测量出所述合金电阻的电压，传给模数转换器转换成数字信号输出。本发明基于另一目的提供的一种电流传感器的实现方法，其改进之处在于，将合金电阻串入被测电路，所述电压测量单元测量出所述合金电阻两端的电压并传给所述控制器，所述控制器根据所述合金电阻阻值计算出被测电路的电流值并输出；其中，所述供电单元为所述电压测量单元和所述控制器供电。其中，当所述控制器向远端或后台提供测量数据时，所述控制器通过通信单元进行传输。其中，所述供电单元为所述电压测量单元、所述控制器的通信单元提供直流24V电压。与现有技术比，本发明的有益效果为:本发明的电流传感器一次部分与二次部分具有直接的电气连接，无任何电磁或光学转换过程，输出的测量值与被测电流之间具有简单的基于电路理论的电气关联，原理简单、线性良好，不存在温漂、抗机械振动能力差和体积过大等问题，同时改善其对于电力系统频率、动态等特性的适应性，并提高精度缩小体积。本发明的电流传感器测量所得电流值进行数字化输出、易于与处理器的接口处理，传递的数字信息可通过以太网UDP/IP通讯协议进行传递，方便安装、运营和维护。本发明的电流传感器原理与结构简单，具有结构组合化特征，利用电子式微功率、小型化优势，数据采集装置可以组件方式组合于变压器、GIS、HGIS、断路器、隔离刀等组合电器中，减少占地，降低造价，还可以通过功能复用促进一次电气设备本身的小型化和智能化。本发明与霍尔效应传感器元件相比，无饱和、温漂小、抗机械振荡能力强、绝缘简单、体积小。全量程线性度好、精度高。与新型光纤电流传感器相比，其结构简单，消除了光学互感器环境适应性差、温漂大、抗干扰能力差的缺点，更适宜大规模推广使用。本发明的合金电阻的阻值小于0.001欧姆，保证了装置的安全性和准确性。
图1为本发明提供的电流传感器的原理图。图2为本发明提供的电流传感器的电路图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的详细说明。本实施例提出的一种基于合金电阻的电流传感器，包括合金电阻、供电单元、电压测量单元、控制器和通信单元；其原理示意图如图1所示，图中W1、W2直接与被采集电路相连接，W3、W4是感测线路，X是基于合金电阻的测量装置，Y是外围放大电路。该传感器将高精度的合金电阻直接串联接入被测的高电压强电流电路。所述合金电阻具有足够小和精度稳定的欧姆值，被测的强电流流过电阻片所产生的电压降落在弱电测量设备的测量范围之内。所述合金电阻由被测强电流产生的电压降落直接作为电压测量单元的输入，精确测量该电压降落。通过该电压与已知合金电阻片的欧姆值的比值计算出被测电流值。具体的，如图2所示，为本实施例提供的电流传感器的电路图。电流传感器包括合金电阻、供电单元、电压测量单元、控制器和通信单元；合金电阻串入被测电路；电压测量单元测量出合金电阻两端的电压并传给控制器(如虚线所示)；控制器根据合金电阻阻值计算出被测电路的电流值并输出；供电单元为电压测量单元、控制器和通信单元供电。其电路连接为:合金电阻串入被测电路；电压测量单元并联在合金电阻两端，并与控制器连接；控制器与通信单元连接；供电单元分别与电压测量单元、控制器和通信单元连接。本实施例采用微控制器实现控制器的功能。其是该传感器的数据处理和计算的核心单元，可按照设定程序对输入的电压测量结果进行处理运算。所串接的合金电阻的特征信息，包括其欧姆值，通过交互接口提前预置于微控制器存储单元内。微控制器在接获测量电压值后，可按照预先内置程序根据测量电压值以及合金电阻值计算获得所测电流值。此夕卜，根据该装置应用场景和环境的需求，如对所测量数据有其它进一步的处理需求，可以通过对处理程序的设定灵活实现，使该装置具有智能化特性。如该传感器作为变压器、GIS、HGIS、断路器、隔离刀等智能电器的组件，可将处理结果由微控制器通过本地输出(如串口)，与其它设备处理单元接口并驱动。该传感器需要向远端或后台等提供测量数据，则微控制器将处理结果输出给专用通讯单元。专用通讯单元根据现场通讯通道和协议的要求，例如以太网UDP/IP通讯协议，将测量数据进行处理后 向后台远端进行传输。本实施合金电阻选择具有足够小和精度稳定的欧姆值(小于0.001欧姆)，强电流流过合金电阻所产生的电压降落在弱电测量设备的测量范围之内。合金电阻可采用镍铬合金、铜镍合金等。本实施例的电压测量单元包括二次电子回路；所述二次电子回路包括电压感应装置、模数转换器以及DSP微处理器；所述DSP微处理器控制所述电压感应装置测量出所述合金电阻的电压，传给模数转换器转换成数字信号输出。本实施例的供电单元，采取适合现场应用环境的技术，对电压测量单元、微控制器以及通信单元提供直流24V驱动电力。本专利基于新型采集材料(合金电阻)设计的新型电流传感器数据采集装置，将开创国内电力系统测量领域的先河，可实现与保护控制设备的直接弱电接口，且具有良好的测量性能，与传统电流互感器性能对比如下表I。表1:新型智能型电子式数据采集装置与传统电流互感器性能对比
权利要求
1.一种基于合金电阻的电流传感器，其特征在于，所述电流传感器包括合金电阻、电压测量单元、供电单元和控制器； 所述合金电阻串入被测电路；所述电压测量单元测量出所述合金电阻两端的电压并传给所述控制器；所述控制器根据所述合金电阻阻值计算出被测电路的电流值并输出； 所述供电单元为所述电压测量单元和所述控制器供电。
2.如权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述电压测量单元并联在所述合金电阻两端，并与所述控制器连接； 所述供电单元分别与所述电压测量单元和所述控制器连接。
3.如权利要求1或2所述的电流传感器，其特征在于，所述电流传感器包括通信单元，用于所述控制器的远程输出；当所述控制器向远端或后台提供测量数据时，通过所述通信单元进行传输； 所述供电单元给所述通信单元供电。
4.如权利要求1或2所述的电流传感器，其特征在于，所述合金电阻的阻值小于0.0Ol欧姆。
5.如权利要求1或2所述的电流传感器，其特征在于，所述电压测量单元包括二次电子回路； 所述二次电子回路包括电压感应装置、模数转换器以及DSP微处理器； 所述DSP微处理器控制所述电压感应装置测量出所述合金电阻的电压，传给模数转换器转换成数字信号输出。
6.一种电流传感器的实现方法，其特征在于，将合金电阻串入被测电路，所述电压测量单元测量出所述合金电阻两端的电压并传给所述控制器，所述控制器根据所述合金电阻阻值计算出被测电路的电流值并输出；其中，所述供电单元为所述电压测量单元和所述控制器供电。
7.如权利要求6所述的实现方法，其特征在于，当所述控制器向远端或后台提供测量数据时，所述控制器通过通信单元进行传输。
8.如权利要求6所述的实现方法，其特征在于，所述供电单元为所述电压测量单元、所述控制器的通信单元提供直流24V电压。
全文摘要
本发明公开了一种基于合金电阻的电流传感器及其实现方法，包括合金电阻、电压测量单元、供电单元、控制器和通信单元；合金电阻串入被测电路；电压测量单元测量出合金电阻两端的电压并传给控制器；控制器根据合金电阻阻值计算出被测电路的电流值并输出；所述供电单元为所述电压测量单元、所述控制器和所述通信单元供电。通信单元用于控制器的远程输出；当所述控制器向远端或后台提供测量数据时，通过所述通信单元进行传输。本发明与现有的电流互感器相比，具有无温漂、抗机械振动、频率特性好、交直流通用以及体积小、可组装等优势。
文档编号G01R19/00GK103217565SQ20131010356
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月28日 优先权日2013年3月28日
发明者雷宪章, 吕志来, 薛飞 申请人:国家电网公司, 国网智能电网研究院