[发明专利]提高小电流测量精度的电流互感器信号处理系统及方法

说明书

提高小电流测量精度的电流互感器信号处理系统及方法，属于电气工程测量领域。包括由光纤连接的高压侧和低压侧，其特征在于：电流互感器、放大执行模块、待测信号驱动模块依次连接，待测信号驱动模块通过光纤连接低压侧；低压侧的待测信号光电转换模块、低压侧微处理模块、放大指令生成模块、放大信号驱动模块依次连接，放大信号驱动模块通过光纤连接高压侧的放大信号光电转换模块，放大信号光电转换模块连接放大执行模块。在本提高小电流测量精度的电流互感器信号处理系统及方法中，对母线电流信号的信噪比进行判断，并根据母线电流信号的信噪比对母线电流信号进行放大，提高了母线电流的测量精度。

技术领域

提高小电流测量精度的电流互感器信号处理系统及方法，属于电气工程测量领域。

背景技术

在现有技术中，电流互感器在应用过程中主要起到测量和保护的作用，其中保护用电流互感器目前多使用空心线圈作为高压侧的传感器件，测量用电流互感器多使用低功率电流互感器（Low Power Current Transformer，简称为LPCT）作为高压侧的传感器件，由于LPCT具有十分宽广的线性度范围，如目前的LPCT在稳态下、20倍额定电流范围内，其比值误差和相位误差均已能够达到0.2级要求，因此LPCT完全可以担负起计量和保护的双重功能，鉴于该原因，并考虑到成本因素，目前市面上的电子式电流互感器产品在高压侧传感头的选择上，很多企业使用了单个LPCT的方案。

而在高压侧的信号转换器方面，目前主要有光强调制式、压频（V/F）转换式和模数（A/D）转换式，其中压频转换和模数转换所能传输的频带均受限，而对于保护测量一体化来说，使用光强调制式作为高压侧信号转换方案，无需在高压侧进行A/D采样，可直接将代表母线电流的模拟电压信号驱动LED发光，用连续的LED发光强度表示母线电流信号，目前LED的频带可以达到100MHz，因此这种方式可以轻松实现5MHz频带宽度的信号传送，这对行波保护是非常有利的。由此可见，利用一个LPCT同时作为测量和保护器件，并利用光强调制方式实现信号的传输，使用这种方式进行电子式电流互感器的设计，在成本和传输频带上比目前市面产品具有明显优势。

然而，利用单个LPCT并使用光强调制方式的存在以下不足：LPCT利用取样电阻输出的反映母线电流的电压信号其范围是受到高压侧电路电源电压限制的，例如，若高压侧电路使用+5V电源，那么对5P20精度的测量保护一体化电流互感器来说，当额定电流为300A时，针对保护倍数为20而言，则意味着0~6000A范围的电流信号要对应于该0~5V范围的电压信号进行反映，若设计电路用5V峰峰值（V_pp）的动态范围电压来表示6000A的电流，那么对于300A的额定电流来说需要使用250mV动态范围的电压来表示，而15A电流（5%的额定电流）就要使用12.5mV的动态范围来表示，如此小的电压动态范围所表示的信号的信噪比很低，进而会影响其测量精度。又如，若用该LPCT进行0.2S级测量用电流互感器设计，若额定电流为300A，则0~360A（120%倍的额定电流）的电流均要通过0~5V的电压动态范围表示出来，且0.2S级互感器要求在额定电流1%~5%的电流的测量精度均要达到0.75%，若设计电路使用5V的动态范围表示360A的电流，则1%额定电流需要使用41.7mV的动态电压范围表示，此时的测量精度也是无法保证的。由此可见，无论是使用一个LPCT进行保护测量一体化的电流互感器设计，还是仅实现S级测量用电流互感器的设计，在保证大测量范围的前提下，对低端小电流的测量精度是一个难以兼顾解决的问题。

一般来说，电流互感器在运行时，由于故障发生的概率极小，因此其绝大部分时间处于测量的使用状态，即互感器所测电流绝大多数时间是处于200A~300A范围内的，因此对该范围的测量精度要求很高，但表示该范围电流的电压动态范围又较小，再加上光强调制方式将该电压信号以模拟光信号的形式送入光纤时，光/电转换环节会进一步使信号的信噪比降低，从而最终影响小电流的测量精度。

发明内容