基於數字積分的空芯線圈電流互感器的製作方法
2023-06-19 11:37:56 1
專利名稱：基於數字積分的空芯線圈電流互感器的製作方法
專利說明
一、技術領域本實用新型涉及一種用於高壓電力系統的電子式電流互感器，尤其涉及一種基於數字積分的空芯線圈電流互感器。
二背景技術：
目前高壓電力系統用於測量電流的設備主要是電磁式電流互感器。電磁式電流互感器使用鐵芯，在故障大電流下易飽和，且隨著電壓等級的提高，電磁式電流互感器的體積和重量成倍增加，絕緣難度越來越大。同時，電磁式電流互感器的輸出不能直接與數位化二次設備接口，不能適應數位化變電站發展的要求。
電子式電流互感器利用光學器件或空芯線圈(Rogowski線圈)或低功耗鐵芯線圈(LPCT)傳感被測電流，利用光纖傳送信號，從根本上克服了電磁式電流互感器絕緣難度大、笨重、易飽和及輸出信號不能直接與數位化二次設備接口的缺點，是電磁式電流互感器的換代產品。比較而言，空芯線圈電流互感器是目前技術較為成熟且已有少量運用的電子式電流互感器。
空芯線圈的輸出信號是被測電流的微分，空芯線圈電流互感器中需要有積分環節對空芯線圈的輸出信號進行積分以還原被測電流。現有技術的空芯線圈電流互感器均採用硬體積分技術對空芯線圈的輸出信號進行積分，圖1所示為現有技術的空芯線圈電流互感器的電路框圖。
硬體積分電路由放大器、電阻和電容等器件組成。由於電阻的阻值及電容的容值會隨溫度而變，放大器的性能參數亦會由於溫度變化及長時間工作而發生漂移，從而引起積分器的工作不穩定，最終導致空芯線圈電流互感器穩定性降低、精度下降。採取溫度補償措施在一定程度上可以克服溫度的影響，但會增加電路環節，實現起來較為複雜，可靠性亦會下降。
由上述可知，現有空芯線圈電流互感器存在溫度穩定性差或實現複雜的問題。
三
發明內容
本實用新型目的是利用數字積分技術對空芯線圈的輸出信號進行積分，積分由可編程邏輯控制器件FPGA實現，FPGA同時完成對電路的邏輯控制及有關數值計算。提供一種通過數字積分技術實現對空芯線圈輸出信號的積分，從而提高空芯線圈電流互感器的穩定性，提高互感器的精度。
為達到上述目的，本實用新型是這樣實現的，基於數字積分的空芯線圈電流互感器，包括感應被測電流並輸出被測電流的微分信號空芯線圈2，對空芯線圈的輸出信號進行放大及濾波、處理信號的調理電路3，將信號調理電路輸出的模擬信號轉換為數位訊號AD轉換器4構成，其特徵是AD轉換器輸出連接進行數字積分的可編程邏輯器件FPGA，可編程邏輯器件FPGA輸出接光纖發射器6，將FPGA的輸出信號轉換為光信號由光纖傳送。
本實用新型與現有技術相比，具有如下優點1.利用數字積分技術實現對空芯線圈輸出信號的積分，克服了硬體積分易受環境溫度影響的缺點，提高了空芯線圈電流互感器的穩定性及精度。
2.簡化了硬體電路，提高了空芯線圈電流互感器的可靠性。尤其是採用可編程邏輯器件FPGA實現數字積分及對電路的邏輯控制，提高了信號處理的速度及電路靈活性。Actel公司或Lattice公司的可編程邏輯FPGA器件。圖2所示為本實用新型的電路框圖。
四
圖1現有技術空芯線圈電流互感器電路框圖圖2本實用新型空芯線圈電流互感器電路框圖圖3本實用新型空芯線圈電流互感器電路圖圖中被測電流導線1、空芯線圈2、信號調理電路3、積分電路4、AD轉換器5、單片機6、光纖發射器7、FPGA8。
五具體實施方式
圖2所示電路的工作原理為被測電流流經被測電流導線1；空芯線圈2感應被測電流，輸出被測電流的微分信號；信號調理電路3對空芯線圈的輸出信號進行放大及濾波等處理；AD轉換器5將信號調理電路輸出的模擬信號轉換為數位訊號；FPGA8接收AD轉換器的輸出信號，進行積分變換及有關運算，同時按輸出協議將信號轉換為相應的格式輸出；光纖發射器7將FPGA的輸出信號轉換為光信號由光纖傳送。
圖3本實用新型空芯線圈電流互感器電路圖中，空芯線圈信號從R1、R2間輸入，R1和C1構成一階無源濾波電路，IC1為運算放大器(如OP37等)，IC1與R2和R3一起構成信號放大電路，濾波電路及信號放大電路對空芯線圈的輸出信號進行濾波及放大後送給模數轉換器。IC2為16位AD轉換器(如ADS8364等)，模數轉換器將信號放大電路輸出的模擬信號轉換為16位數位訊號後送給數位訊號處理電路進行處理。IC3為數位訊號處理晶片(如Actel公司或Lattice公司的可編程邏輯FPGA器件、CPLD器件等)，IC3接收模數轉換器輸出的數位訊號，完成數字積分並按規定協議將信號串行輸出。IC4為光纖發射驅動器(如75452等)，IC3輸出的串行數位訊號經IC4和LED後轉換為數字光信號由光纖輸出。
數字積分按下列差分方程實現y(n)＝b1y(n-1)+b2y(n-2)+a1x(n)+a2x(n-1)
式中a1、a2、b1、b2為係數。
利用數字積分技術對空芯線圈的輸出信號進行積分，積分由可編程邏輯控制器件FPGA等實現，FPGA等同時完成對電路的邏輯控制及有關數值計算。
ALTERA FPGA以FLEX10K器件、CPLD器件的配置方式主要分為兩大類主動配置方式和被動方式。主動配置方式由CPLD器件引導配置操作過程，它控制著外部存儲器和初始化過程；而被動配置方式由外部計算機或控制器控制配置過程。根據數據線的多少又可以將CPLD器件配置方式分為並行配置和串行配置兩類。經過不同組合就得到四種配置方式主動串行配置(AS)、被動串行(PS)、被動並行同步(PPS)、被動並行異步(PPA)。我們沒有必要對每一種配置方式都進行講述，常用的是被動串行配置方式(PS)。
權利要求1.基於數字積分的空芯線圈電流互感器，包括感應被測電流並輸出被測電流的微分信號空芯線圈(2)，對空芯線圈的輸出信號進行放大及濾波、處理信號的調理電路(3)，將信號調理電路輸出的模擬信號轉換為數位訊號AD轉換器構成，其特徵是AD轉換器輸出連接進行數字積分的可編程邏輯器件FPGA(8)，可編程邏輯器件FPGA輸出接光纖發射器(7)，將FPGA的輸出信號轉換為光信號由光纖傳送。
專利摘要基於數字積分的空芯線圈電流互感器，包括感應被測電流並輸出被測電流的微分信號空芯線圈(2)，對空芯線圈的輸出信號進行放大及濾波、處理信號的調理電路(3)，將信號調理電路輸出的模擬信號轉換為數位訊號AD轉換器4構成，AD轉換器輸出連接進行數字積分的可編程邏輯器件FPGA，可編程邏輯器件FPGA輸出接光纖發射器，將FPGA的輸出信號轉換為光信號由光纖傳送。本實用新型利用數字積分技術實現對空芯線圈輸出信號的積分，克服了硬體積分易受環境溫度影響的缺點，提高了空芯線圈電流互感器的穩定性及精度。簡化了硬體電路，提高了空芯線圈電流互感器的可靠性。
文檔編號H01F38/28GK2786758SQ200520070558
公開日2006年6月7日 申請日期2005年4月8日 優先權日2005年4月8日
發明者羅蘇南, 趙希才, 馮亞東, 戚朝銀 申請人:南瑞繼保電氣有限公司