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有源电子式电流互感器高压侧电路设计的改进

发布时间：2016-11-13 08:06

本文关键词：有源电子式电流互感器高压侧电路设计的改进，由笔耕文化传播整理发布。

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有源电子式电流互感器高压侧电路设计的改进

82 Power System Technology Vol. 29 No. 14

电方式，这种供电方式结构简单、成本低廉，但存在死区，即母线负荷较小时不能正常供电。

本文对有源电子式电流互感器的高压侧电路进行改进，提出了一种新的设计方案，对电路的软硬件具体实现方案进行了详尽的论述。该设计方案能够克服低频干扰，进行相位补偿，并使高压侧供电电路在电网大电流和空载小电流下保持稳定的电压输出。

（如图2所示），没有磁饱和、动态范围小等问题。载流导线从Rogowski线圈中心穿过，导线上有电流通过时线圈两端的感应电势为

e(t)= Mdi(t)/dt (1) 式中 M为Rogowski线圈的互感。

i(t)

2 电子式电流互感器的工作原理

电子式电流互感器通过光学传感头将一次高压侧的大电流转换成光信号，再通过光纤传递到二次低压侧，在二次低压侧做一定的处理后再以模拟量或数字量形式输出供测量和保护使用。一次电流传感器可采用光学元件，也可采用空心线圈。

电子式电流互感器可根据传感头部分是否需要电源分为有源型和无源型两类。本文研究的有源电子式电流互感器的高压侧电路的具体工作原理如图1所示。高压侧包括罗果夫斯基（Rogowski）线圈、积分电路、模/数（A/D）转换芯片、主控CPU、供电电路。电流信号通过Rogowski线圈获取；A/D芯片采用了具有16位转换精度的逐次逼近型高速A/D MAX1166；主控CPU采用Intel公司的87C51单片机；高压侧电路的电源从电网母线上取得。逐次逼近型A/D的采样转换值是即时值，电子式电流互感器的高压侧通过单片机87C51来启动A/D转换，并通过串行通信口将读出的转换值利用光纤传输系统传送到低压侧。第3节将分别讨论积分电路、电光转换和高压侧供电电路。

有源电子式电流互感器高压侧电路设计的改进

低压侧 e(t)

图2 Rogowski线圈 Fig. 2 Rogowski coil

Rogowski线圈的输出信号均为源信号的微分，因此必须将微分信号还原才能得到被测的电流信号。被测电流信号可表示为

i(t)= [∫e(t)dt]/M (2)

传统的积分电路中，积分电路对低频信号的放大倍数有可能是工频信号的很多倍，低频干扰信号常会影响积分电路的正常工作；此外，在后续信号处理过程中也可能引入新的相移，因此积分

有源电子式电流互感器高压侧电路设计的改进

后还要考虑移相[8]。为使积分电路在整个低频段的增益都很小，且积分电路还能起到相位补偿的作用，，本文对基本积分电路进行了改进，采用了如图3所示的新型积分电路。

Fig. 3 Diagram of improved integrated circuit

新型积分电路的传递函数为

Uoω0

=K2 (3) 2Uis+αω0s+ω0

图1 有源电子式电流互感器的高压侧电路工作原理图

Fig. 1 Principle diagram of circuit at high voltage side of

active power electronic current transducer

3 高压侧电路的硬件设计

3.1 改进的积分电路

在有源电子式电流互感器中，作为一次电流采样传感头的元件，Rogowski线圈是将导线均匀地绕在一个非磁性材料的骨架上制作而成的空心线圈

式中 K=(R3+R4)/R3；ω0=(R1R2C1C) 1/2；α=(R4/R3) (R1C+R2C1+R1C1) (ω0R1R2CC1) 1。新型积分电路归一化后的幅频特性和相频特性曲线如图4、5所示。假定ω0=100π，新型积分电路可实现对工频信号的积分，由图4、5可见，积分电路的低频特性有了较明显的改善。通过调整ω0的大小（改变R2、R1、C1、C），积分电路就可方便

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