一种交流有源电子式电流互感器及供电方法与流程

本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种交流有源电子式电流互感器及供电方法。

背景技术：

电流互感器是电力系统中计量和继保所需的重要设备。根据高压侧部分是否需要供电，电子式电流互感器(ect)可分为有源电子式电流互感器和无源电子式电流互感器。

因有源电子式互感器的信号采集器安装在高压侧，并且是由电子电路构成，故必须有相应的电源提供给高压侧信号采集器。为此，高压侧电源技术成为有源电子式互感器实用化过程中的一个关键技术。针对这一关键技术，交流系统中大多采用高压侧线圈取电与激光供能供电方式。

然而，上述高压侧线圈取电存在线路电流过低时电源供给不稳定，高压侧线圈取电工作时激光器的可靠性，以及考虑激光器长期运行劣化后的延长运行寿命等问题。众所周知，电子式电流互感器高压侧信号采集器作为所有保护测量计量设备的数据源头，必须尽可能地保证持续有效工作，因此，亟需一种交流有源电子式电流互感器及供电方法来解决上述问题。

技术实现要素：

本申请实施例提供一种交流有源电子式电流互感器及供电方法，用以解决现有技术中存在的高压侧供电电源的可靠性不高等问题。

一种交流有源电子式电流互感器，包括：高压侧信号采集器、高压侧线圈取电电源、低压侧激光电源和激光电源控制单元；

高压侧线圈取电电源，用于为高压侧信号采集器供电；

低压侧激光电源，用于为高压侧信号采集器供电；

高压侧信号采集器，用于检测流过电流互感器的电流和低压侧激光电源的供电电压，并将检测结果反馈给激光电源控制单元，或者，用于检测流过电流互感器的电流和确定低压侧激光电源工作状态；

激光电源控制单元，用于根据高压侧采集器反馈的流过电流互感器的电流，控制低压侧激光电源处于持续供能状态或备用心跳状态，以及根据高压侧采集器反馈的低压侧激光电源的供电电压或低压侧激光电源工作状态调整激光器输出功率。

一种有源电子式电流互感器供电方法，所述交流有源电子式电流互感器包括：高压侧信号采集器、高压侧线圈取电电源、低压侧激光电源和激光电源控制单元，所述方法包括：

接收高压侧信号采集器反馈的流过电流互感器的电流和低压侧激光电源的供电电压，或者接收高压侧信号采集器反馈的流过电流互感器的电流和确定低压侧激光电源工作状态；

根据高压侧采集器反馈的流过电流互感器的电流，控制低压侧激光电源处于持续供能状态或备用心跳状态，以及根据高压侧采集器反馈的低压侧激光电源的供电电压或低压侧激光电源工作状态调整激光器输出功率。

本申请实施例的方案中，在高压侧信号采集器上新增了检测流过电流互感器的电流和低压侧激光电源的供电电压，或者用于检测流过电流互感器的电流和确定低压侧激光电源工作状态的功能，设置了激光电源控制单元对低压侧激光电源输出功率及工作状态进行控制，进而实现了双电源，提高了电流互感器的供电电源的可靠性，并且具有原理简单明确、延长激光器使用寿命的优点。

附图说明

图1为本申请实施例提供的电子式电流互感器的电路原理框图；

图2为本申请实施例提供的有源电子式电流互感器的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的有源电子式电流互感器的供电方法。

具体实施方式

为了解决现有技术中存在的高压侧线圈取电存在线路电流过低时电源供给不稳定问题，本申请实施例提供一种有源电子式电流互感器及供电方法。

如图1所示，为交流有源电子式电流互感器的原理框图，包括：高压侧线圈取电电源11、低压侧激光电源12、高压侧信号采集器13和激光电源控制单元14；高压侧线圈取电电源12为和高压侧信号采集器13的供电电路，高压侧信号采集器13和低压侧激光电源之间用激光光纤连接，激光电源控制电路14为低压侧激光电源12的控制电路，高压侧信号采集器13和激光电源控制单元14之间用通讯光纤连接。

高压侧线圈取电电源11，用于为高压侧信号采集器供电；

低压侧激光电源12，用于为高压侧信号采集器供电；

高压侧信号采集器13，用于检测流过电流互感器的电流和低压侧激光电源的供电电压，并将检测结果反馈给激光电源控制单元，或者，用于检测流过电流互感器的电流和确定低压侧激光电源工作状态；

激光电源控制单元14，用于根据高压侧采集器反馈的流过电流互感器的电流，控制低压侧激光电源处于持续供能状态或备用心跳状态，以及根据高压侧采集器反馈的低压侧激光电源的供电电压或低压侧激光电源工作状态调整激光器输出功率。

上述方案中，采用高压侧线圈取电电源和低压侧激光电源双电源作为电子式电流互感器的供电电源，设置了激光电源控制单元依据高压侧信号采集器的反馈数据对低压侧激光电源输出功率及工作状态进行控制，进而实现了双电源，提高了电流互感器的供电电源的可靠性，并且具有原理简单明确、延长激光器使用寿命的优点，一定程度上保证了电源供给的可靠性，确保了电子式电流互感器持续有效地工作。并且两个电源工作，一定程度上延长了各电源的使用寿命，也即解决了使用单一电源尤其是低压侧激光电源带来的长期全功率工作电源运行寿命短的问题。

较佳的，激光电源控制单元14，进一步用于控制低压侧激光电源输出功率变化方式为在基础输出功率p1基础上，按照设定步长递增方式输出功率，直至达到设定的最大输出功率pmax，其中，设定步长为最小调节功率级差p2。

通常，产品出厂前，激光电源控制单元设定有基础输出功率p1、最小调节功率级差p2、最大输出功率pmax。激光电源初始工作时按照基础输出功率p1输出持续供能还是备用心跳。激光电源控制单元可控制激光器输出功率在设定的最小输出功率和最大输出功率之间调节。

所述高压侧信号采集器设置有电压报警门槛；所述高压侧信号采集器，进一步用于若将检测到低压侧激光电源的供电电压与电压报警门槛进行对比，基于对比结果，向激光电源控制单元报告低压侧激光电源工作状态。

所述激光电源控制器，进一步用于基于接收到的低压侧激光电源工作状态，对低压侧激光电源输出功率进行维持、变大、变小或停止输出。

具体的，上述电压报警门槛包括：低压侧激光电源供电电压低报警门槛u1和电压过低故障门槛u2，其中，u2<u1；

所述高压侧信号采集器，进一步用于若检测到低压侧激光电源的供电电压高于u1，则向激光电源控制单元报告状态s1；若检测到低压侧激光电源的供电电压处于u1和u2之间，则向激光电源控制单元报告状态s2；若检测到低压侧激光电源的供电电压低于u2，则向激光电源控制单元报告状态s3；

所述激光电源控制器，进一步用于若收到高压侧信号采集器反馈状态为s1，则维持低压侧激光电源现有功率输出不变；若激光电源输出功率已达到最大输出功率pmax，但收到高压侧信号采集器反馈状态为s2，则维持激光电源现有功率输出不变；若激光电源输出功率已达到最大输出功率pmax，但收到高压侧信号采集器反馈状态为s3，则停止低压侧激光电源输出；若收到高压侧信号采集器反馈状态为s2，而低压侧激光电源输出功率未达到pmax，则每隔tp时间间隔增加激光电源功率输出直至输出功率达到pmax或高压侧信号采集器反馈状态为s1；若收到高压侧信号采集器反馈状态为从s1或s2变为s3，则停止激光电源输出；若激光器控制单元刚投入工作即收到高压侧信号采集器反馈状态为s3，则每隔tp时间间隔增加激光电源功率输出直至输出功率达到pmax或信号采集器反馈状态为s2，tp＝1～1000ms。

在激光器控制单元控制激光电源工作在备用心跳状态，当激光电源输出功率为不工作状态时，应收到高压侧信号采集器反馈状态为s3；当激光电源输出功率脉冲起效状态时，参考前述激光电源工作在持续供能状态进行激光功率调节。

上述方案中，可选择高压侧线圈取电电源11为主电源，低压侧激光电源12为辅电源；也可选择低压侧激光电源11为主电源，高压侧线圈取电电源12为辅电源。考虑到高压侧线圈取电电源寿命较长，且一般情况下电源供给较为稳定，低压侧激光电源长期全功率工作电源寿命较短，因此，较佳的，高压侧线圈取电电源为主电源，低压侧激光电源为辅助电源。

所述激光电源控制单元14，进一步用于若若判断出流过电流互感器的电流大于iset1且持续时长大于等于t秒，则控制低压侧激光电源处于备用心跳状态，其中，iset1＝k1×i，i为高压侧信号采集器稳定工作的最大电流值，1.05≤k1≤1.2，0.01s≤t≤10s。

这里，流过电流互感器的电流高于电流iset1且持续时长大于等于t秒，此时高压侧线圈取电能够保证给高压侧信号采集器稳定供电，由高压侧线圈取电电路作为高压侧信号采集器的单一供电电源。

所述激光电源控制单元，进一步用于若判断出流过电流互感器的电流小于iset2，则控制低压侧激光电源处于持续供能状态；其中，iset2＝k2×i，i为高压侧信号采集器稳定工作的最大电流值，1.01≤k2≤1.10，k2＜k1。

这里，若流过电流互感器的电流低于电流iset2，此时高压侧线圈取电电路不能保证给高压侧信号采集器稳定供电，激光电源控制单元控制低压侧激光器向高压侧信号采集器供电。

上述i可通过以下方式获得：生产厂家按实验室批量测试高压侧线圈取电能够让高压侧信号采集器稳定工作的最大电流值。

较佳的，在高压侧信号采集器内部设计有包含具有储能续电功能的模块，例如续电电容，使高压侧信号采集器在外部供电电源由正常供电变为外部供电电源全部失效后，电容能够维持高压侧信号采集器仍然持续工作一定时间。

具体的，所述低压侧激光电源包括激光器；

所述激光器，用于向高压侧信号采集器发送激光持续供能信号或激光脉冲信号。

这里，激光器作为供电电源时，向高压侧信号采集器发送激光持续供能信号；不作为供电电源时，向高压侧信号采集器激光脉冲信号，以表明激光器有效，能够保证有效工作。

上述激光心跳脉冲信号可为每m秒时间段内发出持续n毫秒时间段的激光供电脉冲，m取值可在0.1s～10s之间，n取值可在1ms～100ms之间，且m秒时间段可至少是n毫秒时间段的两倍。

具体的，所述激光电源控制单元14，进一步用于在控制低压侧激光电源停止输出功率后，控制激光器向高压侧信号采集器发送激光脉冲信号。

较佳的，所述高压侧信号采集器，用于检测激光持续供能信号和激光脉冲信号，若检测到的激光持续供能信号或激光脉冲信号不符合预先定义的信号状态，则确定激光器失效并将失效信息发送给激光电源控制单元，其中，不符合预先定义的信号状态：激光持续供能信号工作状态时，高压侧信号采集器内电源电压低于设定值；激光脉冲信号工作状态时，在发出激光脉冲时高压侧信号采集器内电源电压低于设定值u2，或高压侧信号采集器内监测到的电源电压脉冲形态与对应的激光脉冲信号形态不符合；

所述激光电源控制单元，进一步用于接收并输出激光器失效信息。

这里，激光脉冲信号工作状态是高压侧信号采集器感知的状态，此时，高压侧线圈取电电源为高压信号采集器供电；同样，激光持续供能信号工作状态也是高压侧信号采集器感知的状态，此时，低压侧激光电源为高压信号采集器供电。

由于高压侧信号采集器有续电电容保障高压侧信号采集器仍然持续工作一定时间，即使此时没有电流流过，高压侧信号采集器也能够完成激光器失效判断，并将失效信息通过通讯方式发送给所述激光电源控制单元。

需要注意的是，高压侧信号采集器的设计应能耐受高压侧线圈取电电路、低压侧激光器双电源均全功率供电时的影响，不至于出现发热烧损等不良状况。

与现有技术相比，本本申请除确保了高压侧供电电源的可靠性外，还产生了如下有益效果：(1)当线路正常运行状态时线路电流足够大，激光器处于非工作状态，能够延长激光器使用寿命。(2)具有激光器有效性自检功能，在激光器失效时能够立即判断上报。

本申请实施例中的有源电子式电流互感器的结构示意图可如图2所示，图2中，1为高压侧电流导体、2为高压侧防护罩体、3为绝缘支柱、4为光纤、5为高压侧信号采集器、6为高压侧取电线圈、7为低压侧激光器。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种有源电子式电流互感器供电方法，如图3所示，包括以下步骤：

步骤31：接收高压侧信号采集器反馈的流过电流互感器的电流和低压侧激光电源的供电电压，或者接收高压侧信号采集器反馈的流过电流互感器的电流和确定低压侧激光电源工作状态；

步骤32：根据高压侧采集器反馈的流过电流互感器的电流，控制低压侧激光电源处于持续供能状态或备用心跳状态，以及根据高压侧采集器反馈的低压侧激光电源的供电电压或低压侧激光电源工作状态调整激光器输出功率。

根据高压侧采集器反馈的流过电流互感器的电流，控制低压侧激光电源处于持续供能状态或备用心跳状态包括：

若判断出流过电流互感器的电流大于iset1且持续时长大于等于t秒，则控制低压侧激光电源处于备用心跳状态，其中，iset1＝k1×i，i为高压侧信号采集器稳定工作的最大电流值，1.05≤k1≤1.2，0.01s≤t≤10s；

若判断出流过电流互感器的电流小于iset2，则控制低压侧激光电源处于持续供能状态；其中，iset2＝k2×i，i为高压侧信号采集器稳定工作的最大电流值，1.01≤k2≤1.10，k2＜k1。

本申请实施例的方案给出了一种应用于交流有源电子式电流互感器的、采用高压侧线圈取电供电与低压侧激光供电的双电源供电方法，具有原理简单明确、提高电流互感器供电的可靠性、延长激光器使用寿命，并具有激光器有效性实时自检的优点。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的。

本领域技术人员可以理解实施例中终端中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的终端中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个终端中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。