一种附带测量电流微分信号的电子式电流互感器的制造方法
【专利摘要】一种附带测量电流微分信号的电子式电流互感器，包括高压侧、低压侧，所述低压侧包括合并单元、PC机，合并单元连接PC机。高压侧的传感单元输出端通过数据光纤与低压侧的采集传输单元相连，高压侧的传感单元的输出信号传输至低压侧的采集传输单元后，经滤波、放大、数字积分、微处理器处理后，通过数据光纤将信号给后续的合并单元、PC机进行处理。本实用新型一种附带测量电流微分信号的电子式电流互感器，在各种故障下,可直接利用电子式互感器输出的微分信号进行故障测距并实现距离保护功能，在保证可靠性的基础上缩短了保护动作时间。
【专利说明】
一种附带测量电流微分信号的电子式电流互感器
技术领域
[0001]本实用新型一种附带测量电流微分信号的电子式电流互感器，可以精确测量电流微分信号，实现快速故障测距和精确的距离保护。
【背景技术】
[0002]随着电网的发展、能源结构的调整以及新能源发电技术的不断增加，传统电网已难以满足未来电网的发展要求。为此人们提出了智能电网的概念，以弥补传统电网的诸多不足。由于目前智能电网的不断发展，电磁式电流互感器日益暴露出大量缺点。在这种情况下，电子式电流互感器将会成为未来电力系统测量发展的主要方向之一。Rogowski线圈(罗氏线圈)电子式电流互感器由于频带宽、动态范围大、无磁饱和等优点，近年来发展十分迅速。由于罗氏线圈的输出为微分信号，需要接积分器将其输出信号还原为与一次电流成比例的信号，否则其输出会受频率波动的影响。但基于罗氏线圈的电子式电流互感器的输出信号皆为被测信号的微分，为了还原原始信号，需要在信号处理环节中加入积分环节，由此带来一定的时间延时和相位偏移，并会降低频响带宽和增加高压侧功耗，在此测量基础上计算出的电流微分信号，会有积分环节与计算环节两重误差。
[0003]目前电流微分信号测量中存在一些问题，主要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还存在误差等问题。
【发明内容】
[0004]为上述问题带来的不利影响，本实用新型提供一种附带测量电流微分信号的电子式电流互感器，以罗氏线圈的电子式电流互感器为前提基础，在深入研究了传统R-L模型算法的微分形式后，改进目前已有的空心线圈电子式电流互感器，从而使相关基于微分信号建立的继保装置更加准确迅速，该电流互感器测量输出电路中电流的一次微分信号，进行故障测距与继电保护动作，比传统的差值做商求微分方法的准确度要高，也无需考虑积分环节带来的误差。该电流互感器提供的微分信号，可以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，且相比测量电压电流信号的电子式互感器结构要简单。
[0005]本实用新型所采用的技术方案是:
[0006]—种附带测量电流微分信号的电子式电流互感器，包括高压侧、低压侧，所述低压侧包括合并单元、PC机，合并单元连接PC机。高压侧的传感单元输出端通过数据光纤与低压侧的采集传输单元相连，高压侧的传感单元的输出信号传输至低压侧的采集传输单元后，经滤波、放大、数字积分、微处理器处理后，通过数据光纤将信号给后续的合并单元、PC机进行处理。
[0007]所述合并单元包括电源模块，电源模块通过同步光纤连接高压侧。
[0008]所述高压侧包括空心线圈、数字积分器、第一放大电路、第一低通滤波器、第二放大电路、第二低通滤波器、A/D转换器、单片机模块。空心线圈连接数字积分器，数字积分器连接第一放大电路、第一放大电路连接第一低通滤波器，第一低通滤波器连接A/D转换器，A/D转换器连接单片机模块。空心线圈连接第二放大电路，第二放大电路连接第二低通滤波器，第二低通滤波器连接A/D转换器。
[0009]所述数字积分器包括A/D转换模块、T型数字积分器、FFT快速傅氏变换模块、PID控制器;电子式互感器输出的模拟信号经前置的第一低通滤波器滤波后，再通过A/D转换模块转换为数字信号，通过T型数字积分器还原出原始信号，最后经FFT快速傅氏变换模块提取直流信号大小，在闭环反馈控制系统中，经PID控制器调整大小消除直流干扰。
[0010]所述单片机模块为SST89E/V564RD单片机，SST89E/V564RD单片机通过同步光纤接受合并单元传来的同步数据，控制A/D转换器进行采样，通过数据光纤将数据传入合并单
J L ο
[0011]所述第一低通滤波器、第二低通滤波器为切比雪夫滤波器。
[0012]本实用新型一种附带测量电流微分信号的电子式电流互感器，技术效果如下:
[0013]1)、该电子式电流互感器，在各种故障下，可直接利用电子式互感器输出的微分信号进行故障测距并实现距离保护功能，在保证可靠性的基础上缩短了保护动作时间。
[0014]2)、该电子式电流互感器借助低通滤波器减少高频分量的影响，消除了高频分量的干扰，使得基于微分信号分析建立的故障测距的改进R-L模型算法等方案更加精确有效，实现直接获取微分信号的高精度测量。
[0015]3)、该电子式电流互感器，在闭环反馈控制系统中，由于反馈结构的跟随特性和FFT可以准确提取出直流分量而阻止交流分量的通过，从原理上提高了保护的动作速度，能在更短的时间内准确求出故障线路的短路阻抗，保证了FFT算法在金属性短路时测距的可靠性和精确性。
[0016]4)、该电子式电流互感器，可直接利用电子式互感器输出的微分信号经过改进的T型数字积分进行处理后，输出直流分量可通过FFT快速傅氏变换模块获取，然后直流分量通过PID控制器之后反馈至输入信号中，形成一个闭环反馈控制系统，消除了直流分量干扰。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型电子式电流互感器整体框图；
[0018]图2为本实用新型数字积分器结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]如图1、图2所示，一种附带测量电流微分信号的电子式电流互感器，包括高压侧A、低压侧B，所述低压侧B包括合并单元13、PC机14，合并单元13连接PC机14。
[0020]高压侧A的传感单元输出端通过数据光纤12与低压侧B的采集传输单元相连，高压侦仏的传感单元的输出信号传输至低压侧B的采集传输单元后，经滤波、放大、数字积分、微处理器处理后，通过数据光纤12将信号给后续的合并单元13、PC机14进行处理，所述合并单元13包括电源模块11，电源模块11通过同步光纤10连接高压侧。
[0021]所述高压侧A包括附在母线2上的空心线圈1、数字积分器3、第一放大电路4、第一低通滤波器5、第二放大电路6、第二低通滤波器7、A/D转换器8、单片机模块9。空心线圈I连接数字积分器3，数字积分器3连接第一放大电路4、第一放大电路4连接第一低通滤波器5，第一低通滤波器5连接A/D转换器8，A/D转换器8连接单片机模块9。空心线圈I连接第二放大电路6，第二放大电路6连接第二低通滤波器7，第二低通滤波器7连接A/D转换器8。
[0022]本实用新型一种附带测量电流微分信号的电子式电流互感器，一次传感器电流测量采用空心线圈1，输出信号为一次电流的微分和泄漏电流的微分，二者均与一次侧信号的频率有关，当频率发生变化时，其输出也会发生变化。被测电流的微分信号采用了数字积分器3将其输出的微分信号进行还原，有效克服模拟积分存在的电路复杂、准确度低等问题。
[0023]数字积分器3如图2所示，包括A/D转换模块15、T型数字积分器16、FFT快速傅氏变换模块17、PID控制器18;电子式互感器输出的模拟信号经前置的第一低通滤波器5滤波后，再通过A/D转换模块15转换为数字信号，通过T型数字积分器16还原出原始信号，最后经FFT快速傅氏变换模块17提取直流信号大小，在闭环反馈控制系统中，经PID控制器18调整大小消除直流干扰。PID控制器18根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量控制反馈量消除误差，根据被控过程的特性确定PID控制器18的比例系数、积分时间和微分时间的大小。
[0024]所述第一低通滤波器5、第二低通滤波器7为切比雪夫滤波器，以消除高频分量的干扰。
[0025]所述单片机模块9为SST89E/V564RD单片机，SST89E/V564RD单片机通过同步光纤10接受合并单元13传来的同步数据，控制A/D转换器8进行采样，通过数据光纤12将数据传入合并单元13。合并单元13对一次互感器传输过来的电气量进行合并和同步处理，并将处理后的数字信号按照特定格式转发给间隔层设备使用的装置，是电子式电流互感器的接口装置。输出信号进入PC机14后，然后对传感器的输出信号进行分析处理得到保护测量的结果，这样可以有效的利用微分方程实现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，能在更短的时间内准确求出故障线路的短路阻抗。
【主权项】
1.一种附带测量电流微分信号的电子式电流互感器，包括高压侧(A)、低压侧(B)，所述低压侧(B)包括合并单元(13)、PC机(14)，合并单元(13)连接PC机(14)；其特征在于，高压侧(A)的传感单元输出端通过数据光纤(12)与低压侧(B)的采集传输单元相连，高压侧(A)的传感单元的输出信号传输至低压侧(B)的采集传输单元后，经滤波、放大、数字积分、微处理器处理后，通过数据光纤(12)将信号给后续的合并单元(13)、PC机(14)进行处理。2.根据权利要求1所述一种附带测量电流微分信号的电子式电流互感器，其特征在于，所述合并单元(13)包括电源模块(11)，电源模块(11)通过同步光纤(10)连接高压侧。3.根据权利要求1所述一种附带测量电流微分信号的电子式电流互感器，其特征在于，所述高压侧(A)包括空心线圈(1)、数字积分器(3)、第一放大电路(4)、第一低通滤波器(5)、第二放大电路(6)、第二低通滤波器(7)、A/D转换器(8)、单片机模块(9); 空心线圈(I)连接数字积分器(3)，数字积分器(3)连接第一放大电路(4)，第一放大电路(4)连接第一低通滤波器(5)，第一低通滤波器(5)连接A/D转换器(8)，A/D转换器(8)连接单片机t吴块(9)； 空心线圈(I)连接第二放大电路(6)，第二放大电路(6)连接第二低通滤波器(7)，第二低通滤波器(7)连接A/D转换器(8)。4.根据权利要求1所述一种附带测量电流微分信号的电子式电流互感器，其特征在于，所述数字积分器(3)包括A/D转换模块(15 )、T型数字积分器(16)、FFT快速傅氏变换模块(17)、PID控制器(18);电子式互感器输出的模拟信号经前置的第一低通滤波器(5)滤波后，再通过A/D转换模块(15)转换为数字信号，通过T型数字积分器(16)还原出原始信号，最后经FFT快速傅氏变换模块(17)提取直流信号大小，在闭环反馈控制系统中，经PID控制器(18)调整大小消除直流干扰。5.根据权利要求3所述一种附带测量电流微分信号的电子式电流互感器，其特征在于，所述单片机模块(9)为SST89E/V564RD单片机，SST89E/V564RD单片机通过同步光纤(10)接受合并单元(13)传来的同步数据，控制A/D转换器(8)进行采样，通过数据光纤(12)将数据传入合并单元(13)。6.根据权利要求3所述一种附带测量电流微分信号的电子式电流互感器，其特征在于，所述第一低通滤波器(5)、第二低通滤波器(7)为切比雪夫滤波器。
【文档编号】G01R15/18GK205539323SQ201620265172
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月1日
【发明人】王毅, 吴成明, 刘向民, 王彦淞, 陈铁, 鲁明芳
【申请人】三峡大学