用于多路母线电流检测的电流互感器及其电流检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于多路母线电流检测的电流互感器，包括传感光源、快速光衰减器、信号调理模块和信号解调模块；传感光源的输出端与快速光衰减器的光输入端连接；快速光衰减器的电输入端与信号调理模块的输出端连接；快速光衰减器的光输出端与信号解调模块的输入端连接；信号调理模块包括工作点设置模块、第二加法器和n个并联的电流调理单元，信号解调模块包括光电接收机和n个并联的电流解调单元。该电流互感器具有低功耗的功效，且可以同时对多路母线电流进行准确测量。同时，还公开了该电流互感器的母线电流检测方法，该检测方法具有测量精度高的功效，可以同时对多路母线电流进行测量。
【专利说明】用于多路母线电流检测的电流互感器及其电流检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统监测和保护领域，具体来说，涉及一种用于多路母线电流检 测的电流互感器及其电流检测方法。
【背景技术】
[0002] 随着国民经济的快速发展，对于电力的需求日益增长。电力系统在各个环节和不 同层次具有相应的信息与控制系统，对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和 调度，以保证用户获得安全、经济、优质的电能。测量电流是一种获取电力系统信息的常规 手段。目前电力系统中大量使用的传统电磁式电流互感器存在着磁饱和、电磁干扰、动态范 围小、频带范围窄以及易燃易爆等问题。同时，传统的电磁式电流互感器使用模拟输出，与 近年来快速发展的数字化电网不相匹配，这一切极大制约了电力系统向网络化、智能化方 向发展。
[0003] 为了解决这一问题，人们开始研究电子式互感器（ECT)，电子式互感器具有电磁式 互感器所不具备的优点：优良绝缘性、体积小、价格低、无磁饱和现象、无高压开路危险、频 率响应宽、适应电力计量和保护数字化、智能化发展的潮流。
[0004] 目前，电子式互感器分为全光型和混合型两种。全光型电流互感器无需高压供电， 简化了高压端的设计，但是灵敏度以及易受温度等因素影响，稳定性和可靠性存在问题。同 时，全光型电流互感器成本高，难以大规模应用。混合型电流互感器技术相对比较成熟，具 有广阔的应用前景，但是高压端需要供电，增加了系统复杂度。高压端供电技术被国际少数 几家大公司垄断，制约了国内电力行业的发展。
[0005] 如何有效地降低高压端功耗是混合型电流互感器的一个发展方向。2001年，华中 科技大学提出了通过利用Rogowski线圈、积分器以及压频转换器的0CT方案，使用的是传 统的CT供能方案，但是由于压频转换器的功耗较大，0CT整体功耗降低不明显。2005年，日 本冈山大学提出了利用（TbY)IG晶体制作成条状磁畴结构，以此来感应母线电流周围的磁 场变化，继而得到母线电流的变化。此方案的缺点在于测量装置易受到外界温度、磁场的干 扰，测量精度不高。
【发明内容】
[0006] 技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于多路母线电流检测的电 流互感器，该电流互感器具有低功耗的功效，且可以同时对多路母线电流进行准确测量。同 时，还提供了该电流互感器的母线电流检测方法，该检测方法具有测量精度高的功效，可以 同时对多路母线电流进行测量。
[0007] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
[0008] -种用于多路母线电流检测的电流互感器，该电流互感器包括传感光源、与传感 光源连接的快速光衰减器，以及分别与快速光衰减器连接的信号调理模块和信号解调模 块；所述的传感光源的输出端与快速光衰减器的光输入端连接；快速光衰减器的电输入端 与信号调理模块的输出端连接；快速光衰减器的光输出端与信号解调模块的输入端连接； 所述的信号调理模块包括工作点设置模块、第二加法器和η个并联的电流调理单元，每个 电流调理单元包括待测电流、第一加法器、直流偏量、乘法器和载波信号，第一加法器的第 一输入端与待测电流的输出端连接，第一加法器的第二输入端与直流偏量的输出端连接， 第一加法器的输出端与乘法器的第一输入端连接，乘法器的第二输入端与载波信号的输出 端连接，每个电流调理单元中的乘法器的输出端与第二加法器的一个输入端连接，第二加 法器的输出端与工作点设置模块的输入端连接；每个电流调理单元中的待测电流为信号调 理模块的输入端，工作点设置模块的输出端为信号调理模块的输出端；η个电流调理单元 中的载波信号的频率均不相同；η为大于1的正整数；所述的信号解调模块包括光电接收 机和η个并联的电流解调单元，每个电流解调单元包括带通滤波器、包络检波器、交流直流 分离模块、除法器和输出电压，带通滤波器的输出端与包络检波器的输入端连接，包络检波 器的输出端与交流直流分离模块的输入端连接，交流直流分离模块的输出端与除法器的输 入端连接，除法器的输出端与输出电压的输入端连接，每个电流解调单元中的带通滤波器 的输入端与光电接收机的输出端连接，光电接收机的输入端与快速光衰减器的光输出端连 接；光电接收机的输入端作为信号解调模块的输入端，每个电流解调单元中的输出电压作 为信号解调模块的输出端；η个电流解调单元中的带通滤波器的带通截止频率均不相同。
[0009] 进一步，所述的工作点设置模块包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三 电阻、第四电阻和基准电压，第一电阻的一端为工作点设置模块的输入端，第一运算放大器 的输出端为工作点设置模块的输出端，第一电阻的另一端分别与第二电阻的一端和第三电 阻的一端连接，第二电阻的另一端接地，第三电阻的另一端分别与第四电阻的一端和第一 运算放大器的反相端连接，第四电阻的另一端与第一运算放大器的输出端连接，第一运算 放大器的同相端与基准电压连接。
[0010] 进一步，所述的包络检波器包括第一检波二极管、第五电阻和第一电容，第一检波 二极管的一端作为包络检波器的输入端，第一电容的一端作为包络检波器的输出端；第一 检波二极管的另一端分别与第五电阻的一端和第一电容的一端连接，第五电阻的另一端接 地，第一电容的另一端接地。
[0011] 进一步，所述的交流直流分离模块包括第六电阻、第七电阻、第二电容、第三电容、 第二运算放大器和第三运算放大器，第六电阻的一端作为交流直流分离模块的输入端，第 二运算放大器的输出端作为交流直流分离模块交流分量的输出端，第三运算放大器的输出 端作为交流直流分离模块直流分量的输出端；第六电阻的一端与第二运算放大器的同相端 连接，第六电阻的另一端分别与第二电容的一端和第七电阻的一端连接，第二电容的另一 端与地连接，第七电阻的另一端分别与第三电容的一端、第二运算放大器的反相端和第三 运算放大器的同相端连接，第三电容的另一端与地连接，第三运算放大器的反向端与第三 运算放大器的输出端连接。
[0012] 一种利用上述用于多路母线电流检测的电流互感器的电流检测方法，该检测方法 包括以下步骤：
[0013] 第一步：将m路母线中q路母线同时接入电流互感器的电流调理单元中，q个电流 调理单元分别与一路母线连接，各路母线产生的待测电流分别和一个电流调理单元中的第 一加法器的输入端连接，在每个电流调理单元中，待测电流产生的待测电流信号传输至第 一加法器，待测电流信号与直流偏量相加产生带有直流偏量的待测电流信号，将带有直流 偏量的待测电流信号传输至乘法器，带有直流偏量的待测电流信号与载波信号相乘产生调 制待测电流信号，将q个电流调理单元产生的调制待测电流信号传输至第二加法器中，第 二加法器对q个调制待测电流信号相加后，传输至工作点设置模块中，进行工作点设置，得 到满足快速光衰减器输入量程的驱动信号；m和q均为正整数，且
【权利要求】
1. 一种用于多路母线电流检测的电流互感器，其特征在于，该电流互感器包括传感光 源（9)、与传感光源（9)连接的快速光衰减器（8)，以及分别与快速光衰减器（8)连接的信号 调理模块和信号解调模块； 所述的传感光源（9 )的输出端与快速光衰减器（8 )的光输入端连接；快速光衰减器（8 ) 的电输入端与信号调理模块的输出端连接；快速光衰减器（8)的光输出端与信号解调模块 的输入端连接； 所述的信号调理模块包括工作点设置模块（7)、第二加法器（6)和η个并联的电流调理 单元，每个电流调理单元包括待测电流（1)、第一加法器（2)、直流偏量（3)、乘法器（4)和载 波信号（5 )，第一加法器（2 )的第一输入端与待测电流（1)的输出端连接，第一加法器（2 )的 第二输入端与直流偏量（3)的输出端连接，第一加法器（2)的输出端与乘法器（4)的第一输 入端连接，乘法器（4)的第二输入端与载波信号（5)的输出端连接，每个电流调理单元中的 乘法器（4)的输出端与第二加法器（6)的一个输入端连接，第二加法器（6)的输出端与工作 点设置模块（7)的输入端连接；每个电流调理单元中的待测电流（1)为信号调理模块的输 入端，工作点设置模块（7)的输出端为信号调理模块的输出端；η个电流调理单元中的载波 信号（5)的频率均不相同；η为大于1的正整数； 所述的信号解调模块包括光电接收机（10)和η个并联的电流解调单元，每个电流解调 单元包括带通滤波器（11)、包络检波器（12)、交流直流分离模块（13)、除法器（14)和输出 电压（15)，带通滤波器（11)的输出端与包络检波器（12)的输入端连接，包络检波器（12)的 输出端与交流直流分离模块（13)的输入端连接，交流直流分离模块（13)的输出端与除法 器（14)的输入端连接，除法器（14)的输出端与输出电压（15)的输入端连接，每个电流解调 单元中的带通滤波器（11)的输入端与光电接收机（10)的输出端连接，光电接收机（10)的 输入端与快速光衰减器（8)的光输出端连接；光电接收机（10)的输入端作为信号解调模块 的输入端，每个电流解调单元中的输出电压（15)作为信号解调模块的输出端；η个电流解 调单元中的带通滤波器（11)的带通截止频率均不相同。
2. 按照权利要求1所述的用于多路母线电流检测的电流互感器，其特征在于，所述的 工作点设置模块（7)包括第一运算放大器（Α1)、第一电阻（R1)、第二电阻（R2)、第三电阻 (R3)、第四电阻（R4)和基准电压，第一电阻（R1)的一端为工作点设置模块（7)的输入端，第 一运算放大器(Α1)的输出端为工作点设置模块（7)的输出端，第一电阻（R1)的另一端分别 与第二电阻（R2)的一端和第三电阻（R3)的一端连接，第二电阻（R2)的另一端接地，第三电 阻（R3)的另一端分别与第四电阻（R4)的一端和第一运算放大器（Α1)的反相端连接，第四 电阻（R4)的另一端与第一运算放大器（Α1)的输出端连接，第一运算放大器(Α1)的同相端 与基准电压连接。
3. 按照权利要求1所述的用于多路母线电流检测的电流互感器，其特征在于，所述的 包络检波器（12)包括第一检波二极管（D1)、第五电阻（R5)和第一电容（C1)，第一检波二极 管（D1)的一端作为包络检波器的输入端，第一电容（C1)的一端作为包络检波器的输出端； 第一检波二极管（D1)的另一端分别与第五电阻（R5)的一端和第一电容（C1)的一端连接， 第五电阻（R5)的另一端接地，第一电容（C1)的另一端接地。
4. 按照权利要求1所述的用于多路母线电流检测的电流互感器，其特征在于，所述的 交流直流分离模块（13)包括第六电阻（R6)、第七电阻（R7)、第二电容（C2)、第三电容（C3)、 第二运算放大器（A2)和第三运算放大器（A3)，第六电阻（R6)的一端作为交流直流分离模 块的输入端，第二运算放大器(A2)的输出端作为交流直流分离模块交流分量的输出端，第 三运算放大器（A3)的输出端作为交流直流分离模块直流分量的输出端；第六电阻（R6)的 一端与第二运算放大器（A2)的同相端连接，第六电阻（R6)的另一端分别与第二电容（C2) 的一端和第七电阻（R7)的一端连接，第二电容（C2)的另一端与地连接，第七电阻（R7)的另 一端分别与第三电容（C3)的一端、第二运算放大器（A2)的反相端和第三运算放大器（A3) 的同相端连接，第三电容（C3)的另一端与地连接，第三运算放大器（A3)的反向端与第三运 算放大器（A3)的输出端连接。
5. -种利用权利要求1所述用于多路母线电流检测的电流互感器的电流检测方法，其 特征在于，该检测方法包括以下步骤： 第一步：将m路母线中q路母线同时接入电流互感器的电流调理单元中，q个电流调理 单元分别与一路母线连接，各路母线产生的待测电流（1)分别和一个电流调理单元中的第 一加法器（2)的输入端连接，在每个电流调理单元中，待测电流（1)产生的待测电流信号传 输至第一加法器（2)，待测电流信号与直流偏量（3)相加产生带有直流偏量的待测电流信 号，将带有直流偏量的待测电流信号传输至乘法器（4)，带有直流偏量的待测电流信号与载 波信号（5)相乘产生调制待测电流信号，将q个电流调理单元产生的调制待测电流信号传 输至第二加法器（6)中，第二加法器（6)对q个调制待测电流信号相加后，传输至工作点设 置模块（7)中，进行工作点设置，得到满足快速光衰减器（8)输入量程的驱动信号；m和q均 为正整数，且m彡q，n彡m; 第二步：利用传感光源（9)产生传感光，传感光经过光纤传输至快速光衰减器（8)中， 利用第一步产生的驱动信号对传感光进行电光调制，将调制后的光信号利用光纤传输至光 电接收机（10)中，光电接收机（10)对调制后的光信号进行光电转换，得到待分离信号； 第三步：将第二步得到的待分离信号传输至信号解调模块中的每一个电流解调单元 中，在每个电流解调单元中，利用带通滤波器（11)对待分离信号进行带通滤波，得到与带通 滤波器（11)带通截止频率相对应的待检波信号，将待检波信号传输至包络检波器（12)中 进行包络检波，得到待交直流分离的信号，将待交直流分离的信号传输至交流直流分离模 块（13)中进行交流、直流分离，得到交流分量和直流分量；将交流分量和直流分量传输至 除法器（14)中进行相除，得到输出电压（15)。
【文档编号】G01R19/00GK104267239SQ201410536412
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月11日 优先权日:2014年10月11日
【发明者】韦朴, 程澄, 孙小菡, 单雪康 申请人:东南大学