基于新型直流负反馈积分器的空心线圈电流互感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于智能电网运行状态在线监测领域，涉及的是一种基于新型直流负 反馈积分器的空心线圈电流互感器，不仅能够对线路电流进行高精度及时的采集，而且能 够将模拟信号就地数字化后进行积分还原和负反馈调节，减小信号在传输与处理阶段产生 的误差，从而实现对电流信号的高精度采集。
【背景技术】
[0002] 随着科学技术的发展和人类社会的进步，电力系统正向着以测控技术、数字技术 和通信技术等现代化技术为技术支撑的智能电网方向发展。数字化变电站是智能电网的重 要组成部分，数字化变电站的关键设备之一，空心线圈电流互感器联系着高压电网和计量 或继电保护系统，其测量的准确度对维持系统稳定性、电能计量等方面起至关重要的作用。
[0003] 现有的空心线圈电流互感器主要采用的是对采集信号输入模拟器件后进行模拟 信号处理，再将处理完的模拟信号进行数字化转换，该模数转换方式给整个测量系统引入 了两方面的误差，一是模拟积分器件只能够逼近理想积分，但受制于器件的分散性和物理 特性，无法完全做到理想积分效果；其次，由于A/D采集卡置于模拟积分输出之后，且和传 感头一起位于高压侧，因此，在模拟积分中有源器件受外界电磁干扰产生的杂波成分以及 供电电源引入的直流偏置也会被A/D采集卡读入，作为测量值的一部分，从而增大了整个 测量系统的误差。
[0004] 目前在空心线圈电流互感器中常采用的模拟积分器主要分为无源积分和有源积 分两种。无源积分器一般由电阻、电容等元件构成，无需供电电源。无源积分器对输入信号 有衰减效果，且由于输出阻抗较大，给测量带来误差，因此一般常采用有源积分器实现。有 源积分器一般由运算放大器和电阻、电容等模拟元件构成，需要为运算放大器提供电源供 电。理想积分电路很难在实际应用中得到预期的效果。目前一般采用在积分电容上并联一 个阻值较大的反馈电阻，如图2a所示，当反馈电阻的阻值足够大时，此积分器的响应接近 理想积分器。由于反馈电阻的存在，该积分器对低频信号的放大倍数非常大，可能达到工频 信号放大倍数的很多倍，因此低频干扰信号可能会影响到积分电路的正常工作。带反馈电 阻的积分电路的幅频响应曲线可以在整个频率范围与理想积分较好的接近，但是存在的 问题是低频增益过大，对于积分电路输入端极小的低频或直流信号，都会放大很多倍，导致 积分电路输出饱和。为了抑制低频干扰，有学者对积分器进行了改进，如图2b所示，改进低 频增益积分电路在频率较高时幅频特性曲线与理想积分吻合，在低频段增益比前两种积分 电路有所降低，但是并没有完全消除低频段对积分电路带来的影响。另外，改进的两种电路 在相频响应方面与理想积分相比效果不好，不像理想积分器那样刚好是90°的相位。也有 研宄人员设计了基于低通滤波器的积分电路，可明显改善积分器的低频特性，但却导致其 相频响应曲线与理想积分差距增大，需要对相位进行调节。总而言之，模拟积分电路实现起 来相对简单，但易受模拟器件分散性、温漂和零漂等因素的影响，尽管有一些改进的措施， 但并不能从根本上解决这些问题，改进的积分电路性能也不是十分稳定。所以，采用传统模 拟器件实现的积分器，在长时间的运行中很难达到高精度的要求。
[0005] 对于外界的电磁干扰，目前的解决方法无外乎是被动的电磁干扰屏蔽措施，即做 好外层的屏蔽装置，但完善屏蔽装置一是会造成互感器成本提高；二是增大了互感器的体 积，这使得在现场安装过程中，增大了安装难度；三是完善屏蔽装置并不能够从根本上减小 受干扰的范围。正是由于上述原因，高压侧的电磁场对空心电流互感器的干扰就非常大，导 致测量的精度与稳定性都不高。
[0006] 随着数字信号处理技术以及网络的发展，将电力系统运行状态监测手段向着数字 化信息化方向改进也是智能电网未来的发展方向。作为监测电力系统运行状态的关键性设 备，空心线圈电流互感器的测量精度对于后续的电能计量、继电保护、调度等等工作有着深 远的影响。但是，由于现有的电流互感器大量采用模拟器件，也不能很好的处理电磁环境对 采集器的干扰问题、积分问题等，因此并不能达到很高的精度和稳定性，基于上述的问题， 本实用新型采用模拟器件构成信号调理电路，提出了一种基于新型直流负反馈积分器的空 心线圈电流互感器。
【发明内容】
[0007] 本实用新型针对传统空心线圈电流互感器数字化程度并不高，大量采用模拟器 件，不能很好的处理电磁环境对采集器的干扰以及积分器误差较大等问题，提出了一种基 于新型直流负反馈积分器的空心线圈电流互感器，该互感器能够比较好地解决现有互感器 的抗电磁干扰能力弱、精度不高、稳定性差的问题，从而使得本实用新型不仅能够适应更加 复杂的电磁环境，而且还能够提供较传统空心电流互感器更加准确的数据，间接提高了整 个电力系统的运行稳定性。
[0008] 为解决上述问题，本实用新型的技术方案为：
[0009] 一种基于新型直流负反馈积分器的空心线圈电流互感器，包括电流传感模块、信 号调理模块两部分；其特征在于：电流传感模块包括电流传感头和A/D采集卡，信号调理模 块主要包括DSP数字信号处理单元、电信号转换模块；电流传感头为空心线圈结构，安装在 一次侧线路上，用于采集一次侧的电流信号，而A/D采集卡则紧跟在电流传感头之后，位于 高压侧，用于该电流信号进行数字化处理，并且发送至信号调理模块；
[0010] A/D采集卡与信号调理模块的DSP数字信号处理单元相连，DSP数字信号处理单元 通过电光转换模块将积分还原出的电信号转换为光信号传输给控制室监测系统的计算机， 在DSP数字信号单元中搭建积分器、闭环负反馈控制。
[0011] 所述的积分器和闭环负反馈控制采用计数器、寄存器或/和乘法器的逻辑器件来 实现。
[0012] 本实用新型采用A/D采集卡前置的结构，可以减少模拟信号在整个测量系统的传 输距离，提高抗干扰能力。
[0013] 信号调理模块主信号调理模块信号调理模块主要包括DSP数字信号处理单元相 连、电信号转换模块；采用逻辑器件实现包括积分器、闭环负反馈控制在内的信号处理核 心。本实用新型积分器是采用逻辑器件实现的，相较于传统积分器，该积分器在幅频和相频 上都与理想的积分器更加接近，从而获得了更高的测量精度；闭环负反馈的主要作用是将 由A/D等有源器件可能引入的直流偏置通过负反馈进行消除，从而保证积分器能够稳定的 工作；外围电路主要包括逻辑器件正常工作所需的工作电源、时钟信号等部分。
[0014] 本实用新型通过前移数字信号处理环节，在传感器后直接将信号数字化，尽可能 的减少模拟信号在整个测量系统中的传输距离，从而既保证了测量精度不会随外界环境因 素发生变化，更好地适应各种复杂的测量环境，极大地降低了空心线圈电流互感器安装的 环境限制；通过采用新型的积分器，显著减小了原有积分器在幅值和相位上的误差；通过 采用基于直流负反馈的PID控制，解决了有源器件引入的直流误差问题，从而保证了积分 器的长期正常使用；并且，本实用新型还符合目前智能电网的智能化、数字化和信息化的要 求。
【附图说明】：
[0015] 图1为本实用新型的结构示意图；
[0016] 图2a、图2b分别为现有的典型有源模拟积分器电路图；
[0017] 图3为理想积分器和Al-Alaoui积分器的幅值和相位响应；
[0018] 图4a为本实用新型的积分