本發(fā)明涉及互感器技術(shù)方法，具體為一種電子式電流互感器及其工作方法。

背景技術(shù)：

配電網(wǎng)線路分支多、覆蓋地域廣、運行方式復(fù)雜，導(dǎo)致線路故障率較高；現(xiàn)有故障定位方法廣泛采用架空線路故障指示器定位故障位置。分布式電源接入配電網(wǎng)，配電網(wǎng)潮流雙向流動，采用故障指示器難以準(zhǔn)確定位故障位置?，F(xiàn)有電子式電流互感器受布線要求和安裝環(huán)境限制，難以在不分?jǐn)嚯娏€路的條件下在線路的任意位置安裝。

為了快速、準(zhǔn)確地定位含分布式電源的配電網(wǎng)故障區(qū)段、監(jiān)測線路運行工況，有必要采用一種不受布線要求和安裝環(huán)境限制的電子式電流互感器檢測配電網(wǎng)饋線沿線電流。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種電子式電流互感器及其工作方法。

所述電子式電流互感器包括電流互感器、信號變送單元。

所述電流互感器包括第一磁芯、線圈、取樣電阻，所述第一磁芯耦合到配電網(wǎng)的電力線上，線圈圍繞第一磁芯形成二次繞組，取樣電阻與線圈串聯(lián)。

信號變送單元包括信號調(diào)理電路、量程切換電路、數(shù)據(jù)采集電路、微控制器、射頻前端電路。連接關(guān)系為：信號調(diào)理電路的輸入端與取樣電阻并聯(lián)，輸出端順次連接量程切換電路、數(shù)據(jù)采集電路，所述微控制器與數(shù)據(jù)采集電路、射頻前端電路雙向通信連接。

所述微控制器用于將采集到的數(shù)字信號與同步時間組成數(shù)據(jù)幀發(fā)送到射頻前端電路，并在需要進(jìn)行量程切換時向量程切換電路發(fā)出控制命令。

進(jìn)一步的，信號變送單元還設(shè)置有對時服務(wù)模塊，所述對時服務(wù)模塊與微控制器相連，用于通過網(wǎng)絡(luò)獲取標(biāo)準(zhǔn)的時間信號提供給微控制器。

進(jìn)一步的，所述信號調(diào)理電路為低通濾波電路。

進(jìn)一步的，所述互感器還包括為信號變送單元提供電能的電源。

進(jìn)一步的，所述電源包括取能互感器、供電單元。

取能互感器耦合到電力線，該取能互感器包括第二磁芯、取能線圈，電力線為取能互感器的一次繞組，取能線圈圍繞第二磁芯形成二次繞組。

所述供電單元包括順次連接的多倍壓整流電路、濾波電路、DC/DC變換電路，所述多倍壓整流電路的輸入端與取能線圈連接，DC/DC變換電路輸出端連接信號變送單元，為其供電。

進(jìn)一步的，所述供電單元還包括儲能模塊，其與DC/DC變換電路輸出端連接，用于在不需要對供電單元供電時將電能進(jìn)行存儲。

進(jìn)一步的，所述電源為蓄電池和/或太陽能電池板。

上述的電子式電流互感器的工作方法，包括如下步驟：

步驟一：將電流互感器的第一磁芯耦合到電力線。

步驟二：線圈獲得與電力線流過的電流相關(guān)的電流信號，取樣電阻將線圈獲得的電流信號轉(zhuǎn)為電壓信號。

步驟三：電壓信號經(jīng)過濾波后放大，數(shù)據(jù)采集電路在微控制器的控制下對放大后的電壓信號進(jìn)行采集及A/D轉(zhuǎn)換。

步驟四：微控制器將A/D轉(zhuǎn)化得到的數(shù)字信號及同步時間信息組成數(shù)據(jù)幀，發(fā)送給射頻前端電路。

步驟五：射頻前端電路將數(shù)據(jù)幀發(fā)送出去，且將接收到的數(shù)據(jù)幀發(fā)送到微控制器。

進(jìn)一步的，步驟四中的同步時間信息從衛(wèi)星獲取。

進(jìn)一步的，所述方法還包括采用電力線供電的流程，包括如下步驟：

步驟一：將取能互感器耦合到電力線，電力線為該取能互感器30的一次繞組，取能線圈為二次繞組，當(dāng)電力線流過電流時，取能線圈輸出交流電流。

步驟二：多倍壓整流電路用于將取能線圈輸出的交流電流整流成直流電流。

步驟三：濾波電路對直流電流進(jìn)行濾波。

步驟四：DC/DC變換電路將濾波后的直流電路轉(zhuǎn)化為適合信號變送單元的直流電流，為其供電。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明提出的電子式電流互感器易于帶電安裝、拆卸，能夠安裝在配電網(wǎng)中饋線的任意位置，實現(xiàn)對饋線沿線電流的實時監(jiān)測。本發(fā)明在含分布式電源的配電網(wǎng)故障定位等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：10.電子式電流互感器、11.電力線、20.電流互感器，21.第一磁芯、22.線圈、23.取樣電阻200、信號變送單元、210.信號調(diào)理電路、220.量程切換電路、230.數(shù)據(jù)采集電路、240.微控制器、250.對時服務(wù)模塊、260.射頻前端電路、30.取能互感器、31.第二磁芯、32.取能線圈、300.供電單元、310.多倍壓整流電路、320.濾波電路、330.DC/DC變換電路、340.儲能模塊。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明所述互感器包括：電流互感器20、信號變送單元200、取能電流互感器30、供電單元300。下面分別予以介紹。

一：電流互感器20

電流互感器20包括第一磁芯21、線圈22和取樣電阻23。第一磁芯21被可拆卸地耦合到電力線11，線圈22圍繞第一磁芯21形成電流互感器20的二次繞組，取樣電阻23與線圈22串聯(lián)，該取樣電阻23兩端之間的電壓與該電力線11流過的電流相關(guān)。線圈22的作用是獲得與電力線11流過的電流相關(guān)的電流信號。取樣電阻23的作用是將線圈22獲得的電流信號轉(zhuǎn)為電壓信號。

所述電流互感器20為低功率電流互感器。

二.信號變送單元200

信號變送單元200連接到電流互感器20，用于對來自電流互感器20兩端的電壓信號進(jìn)行同步采樣，并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，從而獲得與電力線11流過的電流相關(guān)的數(shù)字電流信號，并將采樣得到的數(shù)據(jù)組幀以無線方式發(fā)送。

所述信號變送單元200包括信號調(diào)理電路210、量程切換電路220、數(shù)據(jù)采集電路230、微控制器240、對時服務(wù)模塊250和射頻前端電路260。連接關(guān)系為：信號調(diào)理電路210的輸入端與取樣電阻23并聯(lián)，輸出端順次連接量程切換電路220、數(shù)據(jù)采集電路230，所述微控制器240與數(shù)據(jù)采集電路230、對時服務(wù)模塊250、射頻前端電路260雙向通信連接。

信號調(diào)理電路210為低通濾波電路，其截止頻率不低于十倍工頻頻率，用于對取樣電阻23的電壓信號進(jìn)行濾波，濾除高頻噪聲信號。

量程切換電路220用于放大信號調(diào)理電路210的輸出信號，該電路根據(jù)接收到的微控制器240的控制命令改變放大增益，從而執(zhí)行量程切換。量程切換電路220設(shè)計了兩檔以上量程，保證電力線11流過的電流較低時測量精度也滿足要求。

數(shù)據(jù)采集電路230用于對量程切換電路220的輸出信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換完畢后該數(shù)據(jù)采集電路230通知微控制器240讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。數(shù)據(jù)采集電路230每收到一次微控制器240發(fā)出的同步信號就執(zhí)行一次A/D轉(zhuǎn)換。

微控制器240接受對時服務(wù)模塊250的同步時間信息并設(shè)置該微控制器240內(nèi)部時鐘為同步時間，輸出同步信號控制數(shù)據(jù)采集電路230的A/D轉(zhuǎn)換，讀取A/D獲得的數(shù)字信號。微控制器240將采集到的與電力線11的電流相關(guān)的數(shù)字信號與同步時間信息組成數(shù)據(jù)幀發(fā)送到射頻前端電路260。微控制器240決定是否進(jìn)行量程切換并向量程切換電路220發(fā)出控制命令。

對時服務(wù)模塊250與微控制器240相連并從GPS衛(wèi)星或北斗衛(wèi)星獲取標(biāo)準(zhǔn)的時間信號。對時服務(wù)模塊250的設(shè)置為優(yōu)選方案，微控制器240也可采取現(xiàn)有技術(shù)中的其他方式進(jìn)行對時。

射頻前端電路260與微控制器240相連，將來自微控制器240的數(shù)據(jù)幀以無線數(shù)據(jù)傳輸方式發(fā)送并將接收到的數(shù)據(jù)幀發(fā)送到微控制器240。通過射頻前端電路260將唯一的地址分配給該電子式電流互感器10。射頻前端電路采用的無線數(shù)據(jù)傳輸方式可以為ZigBee、WiFi、CDMA等。

三：取能互感器30

取能互感器30可拆卸地耦合到電力線11，該取能互感器包括第二磁芯31、取能線圈32。第二磁芯31被設(shè)計為可拆卸地耦合到電力線11并以電力線11為該取能互感器30的一次繞組，電力線11流過的電流大于額定電流時，第二磁芯31工作在磁飽和狀態(tài)。取能線圈32圍繞第二磁芯31形成取能互感器30的二次繞組，當(dāng)電力線11流過電流時，取能線圈32獲得電力電流，電力線11流過大電流時第二磁芯31工作在磁飽和狀態(tài)，從而抑制取能線圈32獲得的電力電流。

四：供電單元300

供電單元300與取能線圈30連接，該供電單元300用于將獲得的取能線圈30輸出電流后經(jīng)過一系列變換為信號變送單元200提供工作電壓。該供電單元300包括順次連接的多倍壓整流電路310、濾波電路320、DC/DC變換電路330和儲能模塊340，所述多倍壓整流電路310的輸入端與取能線圈30連接。取能線圈30輸出交流電流。

所述多倍壓整流電路310用于將取能線圈30輸出的交流電流整流成直流。

所述濾波電路320與多倍壓整流電路310連接，用于濾除多倍壓整流電路310輸出的直流電流中的紋波。

所述DC/DC變換電路330與濾波電路320連接，用于輸出穩(wěn)定的直流電流，為信號變送單元200輸送符合其要求的直流。

所述儲能模塊340與DC/DC變換電路330，用于并存儲電能，并在當(dāng)電力線11無電流流過或流過的電流較弱時，儲能模塊340為信號變送單元200供電。應(yīng)當(dāng)理解，儲能模塊340的設(shè)置是優(yōu)選方式，用于不需要對信號變送單元200供電時將電能進(jìn)行存儲。

應(yīng)當(dāng)說明的是，取能電流互感器30、供電單元300的設(shè)置是優(yōu)選方案，目的是能方便的利用電力線11持續(xù)不斷的為信號變送單元200供電。實際使用過程中，也可以采用蓄電池和/或太陽能電池板，均為現(xiàn)有技術(shù)，不做贅述。

下面對本電子式電流互感器10的工作方法進(jìn)行說明，其方法主要包括取樣流程及供電流程。

取樣流程包括如下步驟：

步驟一：將電流互感器20的第一磁芯耦合到電力線。

步驟二：線圈21獲得與電力線11流過的電流相關(guān)的電流信號，取樣電阻23將線圈21獲得的電流信號轉(zhuǎn)為電壓信號。

步驟三：電壓信號經(jīng)過濾波后放大，數(shù)據(jù)采集電路230在微控制器240的控制下對放大后的電壓信號進(jìn)行采集及A/D轉(zhuǎn)換。

步驟四：微控制器240將A/D轉(zhuǎn)化得到的數(shù)字信號及同步時間信息組成數(shù)據(jù)幀，發(fā)送給射頻前端電路260。同步時間信息從衛(wèi)星獲取。

步驟五：射頻前端電路260將數(shù)據(jù)幀發(fā)送出去，且將接收到的數(shù)據(jù)幀發(fā)送到微控制器240。

供電流程以采用電力線供電的方式為例進(jìn)行描述，包括如下步驟：

步驟一：將取能互感器30耦合到電力線11，電力線11為該取能互感器30的一次繞組，取能線圈32為二次繞組，當(dāng)電力線11流過電流時，取能線圈32輸出交流電流。

步驟二：多倍壓整流電路310用于將取能線圈32輸出的交流電流整流成直流電流。

步驟三：濾波電路320對直流電流進(jìn)行濾波。

步驟四：DC/DC變換電路330將濾波后的直流電路轉(zhuǎn)化為適合信號變送單元200的直流電流，為其供電。