一种电压电流微分信号在线测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明一种电压电流微分信号在线测量装置，用于测量电力系统中电压电流的一 次微分信号。
【背景技术】
[0002] 目前的电力系统中测量与保护装置的前端主要是互感器，用W测量电压电流信 号，供给继保或者测量系统使用。作为得到逐步推广的电子式互感器，基于空屯、线圈的电子 式电流互感器巧CT)和基于电容电流型原理的电子式电压互感器巧VT)传感头输出的信号 为一次侧被测信号的微分值，为还原出被测电压电流信号，电子式互感器中普遍加入了积 分环节，由此带来一定的时间延迟和相位偏移，并且会降低频响带宽和增加高压侧功耗。另 夕F，无论是模拟积分还是数字积分，当前都存在着一定的缺陷。对于模拟积分技术，传统的 模拟器件与理论值存在误差，运放的漂移、电容的泄露与损耗、时漂、溫漂等问题都会影响 着最后的精度，对模拟器件的研究是无法从根本上克服运些问题的。对于数字积分技术，当 前的缺陷是高频响应较差，因此多用于工频信号短时测量。
[0003] 空屯、线圈和电容传感器的输出均为微分信号，如果不加积分环节，直接利用其微 分输出进行测控和保护，则可W在很大程度上提高测量精度和继电保护的准确性。目前有 部分学者进行了相关方向的研究：其中，中国专利CN201210049142. 8提出《一种基于微分 信号的改进型R-L模型距离保护算法》，利用电压电流的一次微分值与电流的二次微分值即 可实现精准的故障测距与距离保护功能。类似的微分信号用途也逐渐被广泛研究，如徐岩、 王增平等人所提出的基于变压器电压电流微分波形特性的变压器保护，用作高压直流输电 新路主保护的微分欠压保护依靠检测电压、电流微分值和电压幅值水平实现保护。对于基 于微分方程的阻抗算法来说，直接获得微分信号可W省去重复迭代或者积分求解，既可W 节省时间也可W提高测量精度，增加继保装置的灵敏性与准确性。
[0004] 虽然对于微分信号的研究在逐步推广，但目前在工程中所需的微分信号化/dt，通 常采用差值做商的原理，利用电压采样值做差，再与采样间隔时间做商，虽然可W通过降低 采样间隔增加采样点数提高测量精度，但运种（Ul-u2)/(tl-t2)的方式显然没有电子式互 感器传感头输出的微分信号准确，精确度也受制于采样时间间隔，所W当前急需一种电压 电流微分信号高精度在线测量装置。
【发明内容】
[0005] 针对目前电压电流微分信号测量中存在的问题，包括缺乏一种可直接获取微分信 号的高精度测量系统、采用差值做商法准确度较差、差值做商精度受采样时间间隔限制、用 于保护算法的信号在测量中经过了积分环节存在误差等问题。本发明提供了一种电压电流 微分信号在线测量装置，该装置测量后输出电路中的电压电流的一次微分信号，供给PC机 进行故障测距或者求解过渡电阻，W进行保护动作，比传统的差值做商求微分的方法的准 确度要高，也无需考虑积分环节带来的误差。所提供的微分信号可W有效的简化一些使用 微分方程的故障测距或者距离保护算法，提高了继保装置的灵敏性与准确性；相比测量电 压电流信号的电子式互感器结构要简单。 阳006] 本发明所采用的技术方案是：
[0007] 一种电压电流微分信号在线测量装置，包括空屯、线圈、电压传感器，所述空屯、线圈 通过低通滤波电路连接A/D转换器，空屯、线圈采集信号后输出母线电流的一次微分信号， 该一次微分信号经过低通滤波电路消除高频干扰后，输送至A/D转换器。
[0008] 所述电压传感器通过低通滤波电路连接A/D转换器，电压传感器采集信号后输出 母线电压的一次微分信号，该一次微分信号经过低通滤波电路消除高频干扰后，输送至A/D 转换器。A/D转换器连接溫度传感器。所述A/D转换器连接微处理器，微处理器连接合并单 元，合并单元连接PC机。
[0009]A/D转换器用于把模拟信号转为数字信号，经过光纤送至微处理器中，微处理器用 于调整信号大小，根据溫度传感器进行误差补偿，最后送至合并单元，由合并单元送至PC 机使用。
[0010] 所述微处理器由合并单元控制，微处理器连接一根同步光纤，用于接收同步信号； 微处理器连接一根数据光纤，用于送出采集到的电压电流微分信号；微处理器连接一根电 缆，由合并单元提供工作电源。
[0011] 所述空屯、线圈为Rogowski线圈，具有测量范围宽，频率带宽高，体积小等优点。
[0012] 所述电压传感器等效电路为：电容。串联电阻R接地，电阻R的阻值大小相对于 电容C河从忽略，设母线L中的电压为U(t)，则电容C冲流过的电流相当于电压U(t)的 一次微分信号。
[0013] 所述低通滤波电路的带宽设计为400Hz，在输入信号上叠加了直流电平，在滤波网 络前加衰减网络，增加了A/D转换器的输入范围。
[0014] 所述溫度传感器使用TI系列中的TMP006,通过测量外部溫度变化在微处理器中 对信号进行误差补偿，从而有效抵抗因外界溫度变化带来的误差干扰。
[0015] 所述A/D转换器4选用A/D7685,精度为16位，接收到微处理器传来的控制信号后 将2路模拟信号转换为数字信号输送给微处理器。
[0016] 所述微处理器为DSP56200,微处理器用于接收由合并单元传来的采样脉冲信号， 捕捉到采样脉冲上升沿之后，控制A/D转换器进行采样，将A/D转换器传来的2路数据按比 例放大后组成规定的帖格式，然后通过电光变换模块，再传给合并单元。电光变换模块主要 作用是将微处理器中的电信号转换为光信号，W供合并单元直接使用，微处理器由合并单 元经过电缆供电，从数据光纤直接发送采集到的信号。
[0017] 所述微处理器需要将两路数据按比例调整，所输出的微分信号均需按比例调整。 电流一次微分信号需缩小的比例系数为空屯、线圈的互感系数M，电压一次微分信号需缩小 的比例系数为RCi。
[0018] 所述合并单元用于接收多个微处理器的数据并进行处理，按照IEC61850-9系列 格式传送给后续的PC机。合并单元发送采样脉冲信号控制微处理器发出同步信号给A/D 转换器，同时将收到的信号发送给PC机。
[0019] 一种电压电流微分信号在线测量方法，空屯、线圈和电压传感器作为一次侧传感 头，测量并输出母线L中电压和电流的一次微分信号，低通滤波电路消除高频干扰信号，溫 度传感器将电流一次微分信号再次微分并输出，A/D转换器接收同步采集信号将两路模拟 信号转换为数字信号后，输送到微处理器中进行比例调整、溫度误差补偿，微处理器调整信 号后，经过数据光纤送至合并单元，合并单元再进一步送给PC机。
[0020] 本发明一种电压电流微分信号在线测量装置，技术效果如下：
[0021] 1)、对于基于微分方程建立的继电保护算法如基于微分输出的改进R-L模型距离 保护算法等，直接获得微分信号可W省去重复迭代或者积分求解，免去了积分环节带来的 误差与延迟，既可W节省时间也可W提高测量精度，增加继保装置的灵敏性与准确性。
[0022] 2)、相对于差值做商求微分的方法，所设计的电压电流微分信号在线测量装置精 度更高，输出更准确，差值做商求微分需要两个时刻的值做一次减法一次除法运算，所设计 的系统只需要在微处理器中做一次乘法运算，计算量更少。
[0023] 3)、微处理器中S个比例系数：空屯、线圈的互感系数M、电压传感器的电容量。、高 精度电阻的阻值R，受溫度干扰都较小，另外又加入了溫度传感器，通过测量溫度变化在微 处理器中实现对测量结果的溫度误差补偿，因此所设计的装置可W抵抗一定程度的溫度干 扰，适宜户外使用。
[0024]4)、所设计的装置可W同时测量并输出电压的一次微分信号与电流的一次微分信 号，相比单独测量并计算出两个微分信号成本要低，构造要简单。
[00巧]5)、空屯、线圈和电压传感器输出的是电流与电压的一次微分值，相对于实际工程 中差值做商的求微分方法，直接测量的微分信号因为不存在积分环节所W精度更高，对于 基于微分方程建立的继电保护装置，直接获得微分信号可W省去重复迭代或者积分求解， 既可W节省时间也可W提高测量精度，增加继保装置的灵敏性与准确性。添加的溫度传感 器可W根据溫度变化在微处理器中对测量结果进行误差补偿，因而使得装置具有抵抗溫度 变化干扰的作用。本发明一种电压电流微分信号在线测量装置，可W直接输出被测电压电 流的一次微分信号，在电气测量与继电保护方面具有重要作用。
【附图说明】
[00%] 图1为本发明的结构示意图。
[0027] 图2为本发明中低通滤波电路原理图。
【具体实施方式】
[0028] 一种电压电流微分信号在线测量装置，结构如图1所示：包括空屯、线圈1、电压传 感器2,所述空屯、线圈1通过低通滤波电路3连接A/D转换器4,空屯、线圈1采集信号后输 出母线电流的一次微分信号，该一次微分信号经过低通滤波电路3消除高频干扰后，输送 至A/D转换器4。
[0029]所述电压传感器2通过低通滤波电路3连接A/D转换器4,电压传感器2采集信号 后输出母线电压的一次微分信号，该一次微分信号经过低通滤波电路3消除高频干扰后， 输送至A/D转换器4。
[0030]A/D转换器4连接溫度传感器6。溫度传感器6测量溫度后在微处理器5中对信 号进行有关溫度的误差补偿。使用了溫度传感器6来监测溫度，根据溫度变化进行实时补 偿，