[发明专利]电力系统内宽范围电流的高精度快速测量电路及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于电力系统模拟量测量领域，尤其涉及电力系统内宽范围电流的高精度快速测量电路及测量方法。

背景技术

电力系统的电流是反映电力系统运行状态的重要参数，电力系统在正常运行时需要获得电流值来进行电力系统的各种分析计算，故障时也要获得电流值来实现各种继电保护功能以保护系统和设备的安全，所以电流测量设备是电力系统必需设备之一。但是由于电流大小受用户设备工作状况影响，电流值在正常运行时的变化范围很大。普通测量设备只能保证在电流额定值附近有较高测量精度，而当电流值在宽范围内变化时测量精度会降低。研究对于对从零到额定值甚至更宽范围的电流都具有较高测量精度的设备，具有重要意义和实用价值。

为了实现在宽范围具有较高的电流测量精度，目前电力领域的解决方案是采用两套电路，一套电路负责提供监视和计量用电流值，其精度很高，但是适应电流范围小，通常是零到额定电流；另一套电路负责提供保护需要的电流值，其精度比前者稍差，但是适应电流范围大，可以是零到几十倍额定电流。

在工业测量仪表领域，目前可以采用自动量程技术来提高宽范围信号的测量精度。其主要原理是首先对信号进行初步测量，估计其大致数值，然后相应调整放大器的放大倍数，使之与A/D转换器的量程达到最佳匹配，从而提高测量精度。但是该方案需要软硬件配合对信号进行两次甚至多次测量，需要逐步尝试以达到最佳放大倍数，因此影响了测量速度。

总而言之，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题是：如何能够准确且快速地实现宽范围电流信号的测量。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供电力系统内宽范围电流的高精度快速测量电路及测量方法。本发明的基本思想也是通过调整放大器的放大倍数来提高宽范围电流信号的测量精度，但是改进之处在于对电流信号数值范围判断不是通过A/D转换和软件估计，而是通过硬件电压比较器自动完成的，因此本发明能够完全依靠硬件电路自动调整到最佳放大倍数，只需要一次测量就得到电流的准确值。这样不但达到了对宽范围电流的精确测量要求，而且大大提高了测量速度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

电力系统内宽范围电流的高精度快速测量电路，包括：电流互感器，所述电流互感器将电力电流变换成小电流信号后传输给信号调理电路，信号调理电路将电流信号进行调理后变成电压信号传输给限幅器，所述限幅器将信号传输给A/D转换器，所述A/D转换器对信号进行模数转换后将数据传输给CPU（中央处理器）；

所述信号调理电路包括：前置放大器，所述前置放大器将电流信号转换成电压信号并送入主放大器，主放大器将信号进一步放大后送入自适应放大器，自适应放大器的信号会传输给限幅器，同时主放大器进一步放大的信号还会经过三个平均值提取电路，通过三个平均值提取电路后得到的电压平均值分别传输给三个电压比较器，通过三个电压比较器比较后，三个电压比较器分别输出高/低电平，并均分别将高/低电平传输给两个电平转换器，其中第一电平转换器将转换后的信号传输给多路转换开关，所述多路转换开关还接收自适应放大器的输出。第二电平转换器将转换后的信号传输给CPU。

所述平均值提取电路包括三条并联的支路，第一条支路和第二条支路上均设有两个串联的二极管，第三条支路上设有电容C，所述第一条支路上的第一二极管D1的正极接输入端，所述第一二极管D1的正极还连接第三二极管的负极，所述第一二极管D1的负极连接输出端，所述第三二极管D3的正极接地，所述第二条支路上的第二二极管D2的正极接输入端，所述第二二极管D2的正极还连接第四二极管D4的负极，所述第二二极管D2的负极连接输出端，所述第四二极管D4的正极接地，所述电容C的两端分别接地和输出端。

所述电平转换器包括三条相同的电平转换电路，每条电平转换电路设有三极管，所述三极管的基极通过第一电阻与输入端连接，所述三极管的发射极接地，所述三极管的集电极通过第二电阻连接电源（其中，第一电平转换器连接电源VDD，第二电平转换器连接电源VCC），所述三极管的集电极与输出端连接。

所述的测量电路所采用的测量方法，主要分为如下步骤：

步骤一：电流互感器将电力系统中的电流信号I1变换为小电流信号I2，送入信号调理电路；

步骤二：将电流信号I2转换为电压信号Vo1并送入主放大器，主放大器负责将Vo1进一步放大为电压信号Vo2并将其送入自适应放大器；同时，电压信号Vo2经过处理，得到电压信号Vo2对应的电压平均值|Vo2|后送入三个电压比较器，经过三个电压比较器比较之后生成三位数字编码；