[发明专利]一种面向电子式互感器的零序电流采样系统及采样方法

说明书

本发明公开了一种面向电子式互感器的零序电流采样系统及采样方法，系统包括：微型互感器、信号调理模块、模数转换模块、信号处理模块和人机交互模块；方法包括如下步骤：根据系统硬件参数和特性，确定一个电流分界点，规定大于此电流的为较大电流，小于此电流的为较小电流；规定CPU使用通道1的数据判断系统输入的电流类型为较大电流或者较小电流，规定系统输入较大电流时CPU上送通道1的数据，系统输入较小电流时CPU上送通道2的数据；对ADC的两个通道分别进行校准；在硬件规定的范围内，向系统输入任意大小的电流进行验证。本发明能够同时兼顾宽范围输入信号的上限和下限，对宽范围输入的零序电流信号具有较高的采样精度。

技术领域

本发明涉及配电网自动化技术领域，尤其是一种面向电子式互感器的零序电流采样系统及采样方法。

背景技术

随着配电网一二次融合技术的发展，基于电子式原理的电流互感器成为了配电自动化系统的关键部件，相应的馈线终端(FTU)也要求实现电子式零序电流及相电流的精准采样。当电网出现零序电流突变、接地故障等情况时，终端可基于零序电流的采样值进行计算、判断后在规定时间内发出告警信号或操控断路器进行分闸操作，保护电网的安全运行。因此对电子式零序电流进行精准采样显得尤为重要。

面向电子式互感器，目前应用较为广泛的零序电流采样系统是使用微型互感器将电子式互感器输出的零序电流信号进行隔离及电压变换，再经过一级放大电路后滤波，之后进入模数转换器(ADC)的一个通道中。中央处理器(CPU)根据模数转换器(ADC)转换出的数字信号进行处理并计算出零序电流值。

现有技术方案能够一定程度上解决电子式零序电流的采样问题，但也存在问题：

在工程上，电子式零序电流的采样通常要求终端最低能够采集到0.05倍额定电流，最高采集到30倍额定电流。一方面，由于磁滞回线的存在，普通的微型互感器难以在如此宽的范围内都保持较高的线性度，进而无法保证系统的采样精度。另一方面，电子式电流互感器利用采样电阻将电流互感器输出的电流信号转变为电压信号，电子式电流互感器在输入0.05倍额定电流时输出零序电流信号仅为10mV，对于电磁环境复杂的应用场景，极低的信噪比也会影响采样系统的精度。

满量程输入范围(FSR)限制了模数转换器(ADC)输入通道的最大输入信号，而为了保证采样精度，信号的信噪比不能太低，在一定程度上，这与工程上要求电子式零序电流的宽范围采样有所矛盾，基于现有技术方案中一级放大电路和一个采样通道的结构，无论怎么调整其微型互感器的变比或一级放大电路的增益等，都很难同时兼顾宽范围输入信号的上限和下限，最终无法保证宽范围输入信号的采样精度。

综上所述，面向电子式互感器，寻找一种对宽范围输入的零序电流信号进行高精度采样的系统及方法是当前需要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种面向电子式互感器的零序电流采样系统及采样方法，能够同时兼顾宽范围输入信号的上限和下限，对宽范围输入的零序电流信号具有较高的采样精度。

为解决上述技术问题，本发明提供一种面向电子式互感器的零序电流采样系统，包括：微型互感器、信号调理模块、模数转换模块、信号处理模块和人机交互模块；微型互感器的输入端为电子式电流互感器输出的零序电流信号，微型互感器的输出端连接信号调理模块的输入端，信号调理模块的输出端连接模数转换模块的输入端，模数转换模块的输出端连接信号处理模块的输入端，信号处理模块的输出端连接人机交互模块的输入端。

优选的，信号调理模块包括信号调理电路1和信号调理电路2；其中，信号调理电路1包括放大电路1、滤波电路1；信号调理电路2包括放大电路2、滤波电路2；放大电路1的输入端为整个信号调理模块的输入端，连接微型互感器的输出端，放大电路1的输出端同时连接滤波电路1的输入端和放大电路2的输入端，滤波电路1的输出端连接模数转换模块的第一输入端，放大电路2的输出端连接滤波电路2的输入端，滤波电路2的输出端连接模数转换模块的第二输入端。