专利名称：电子式电流互感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电流互感器，特别是涉及一种电子式电流互感器。
技术背景电流互感器是电力系统中重要的电气元件之一，对电力系统中电流的准确 测量、电能计量、继电保护、系统监控以及系统分析都具有非常重要的作用。 目前电力系统中广泛使用电磁式电流互感器，电磁式电流互感器工作原理和变 压器相似，同样具有高压侧和低压侧，高压侧串连在母线中，匝数少电流大， 低压侧匝数多电流小，因此电流互感器能够测量很大的母线电流。随着电力系 统的不断发展，电网电压等级的不断提高，电磁式电流互感器面临着越来越多 的问题，例如绝缘问题、磁饱和问题、动态范围小等，而电子式电流互感器由 于不存在上述问题而得到了快速发展。电子式电流互感器高低压侧之间利用光纤技术传输光信号，因此能够实现 良好可靠的绝缘，由此适应现代电力系统自动化、数字化的发展方向，如图1 所示，电子式电流互感器的信号测量单元为测量母线电流的传感器，其输出信 号经过高压侧处理单元的模数转换操作以后，经过分属高压侧和低压侧的电光 隔离单元后传输至低压侧处理单元，其中，所述电光隔离单元包括高压侧的电 光转换单元和低压侧的光电转换单元。低压侧获取到的高压侧传输来的数据中，由于电能质量问题而包含有高次 谐波成分，而谐波参量是衡量电能质量的重要技术指标，现有技术中，低压侧 的测量单元或处理单元无法从高压侧传输来的数据中获取谐波分量，这种情况 对于高电能质量要求的应用领域，是很难以胜任的。另外，电子式电流互感器的校验工作目前在国家计量部门釆用专用仪器统一进行，校验周期长、费用高，难以满足实际应用需求；另一方面，电磁式电 流互感器相对于电子式电流互感器而言技术成熟、运行稳定，可以用来提供对 电子式电流互感器的校验功能，但是现有技术中电子式电流互感器由于缺乏相 应接口而无法利用电磁式电流互感器对其进行校验，造成了电子式电流互感器 校验工作的困难。另外，电子式电流互感器的高压侧长期工作在恶劣的电磁干扰环境下，一 旦出现故障将导致整个电子式电流互感器无法工作，因此高压侧的冗余备份设 计非常有必要，所述高压侧的冗余备份设计是指高压侧同时具备两路高压侧处理单元， 一路出现故障时，另一路可被激活后投入工作。高压侧的冗佘备份设 计必须依靠低压侧电路的配合才能够实现，现有技术中缺乏低压侧对于高压侧 的相关控制电路，如果高压侧出现故障，无法通过低压侧的对高压侧的相关控 制电路对其进行排除，也就难以实现高压侧的冗余备份设计。发明内容有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种电子式电流互感器，能够 获取母线电流的谐波分量，还能实现对该电子式电流互感器的校验，也能由低 压侧向高压侧发送控制信号。为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的一种电子式电流互感器，包括高压侧和低压侧，高压侧具有测量高压侧母 线上电流值的信号测量单元、高压侧处理单元、分属高压侧和低压侧的电光隔 离单元，用于实现两路高压侧处理单元输出数据的电光隔离后传输给低压侧处 理单元，低压侧具有处理单元，高压侧具有实现两路测量值信号模数转换的第 一路高压侧处理单元和第二路高压侧处理单元，和实现两路高压侧处理单元输 入信号多路切换的第一多路选通单元，和实现两路高压侧处理单元输出数据多 路切换的第二多路选通单元，低压侧处理单元包括用于从第一路或第二路高压 侧处理单元传输来的数据中提取母线电流基频的基频获取单元，和结合所述基 频从第 一 路或第二路高压侧处理单元传输来的数据中获取母线电流的谐波分量谐波分析单元，其中，所述测量值信号经过第一多路选通单元传输给两路高压 侧处理单元，第二多路选通单元连接第一路高压侧处理单元和第二路高压侧处 理单元至电光隔离单元。其中，所述高压侧还具有实现信号测量单元的输出信号与高压侧处理单元 输入信号之间电平转换的信号调理单元，所述信号调理单元连接信号测量单元 和第一多路选通单元。其中，所述基频获取单元包括滤除第一路或第二路高压侧处理单元所传输 来的数据中高次谐波分量的滤波单元，和根据三角函数的和差化积和最小二乘 关系求得母线电流基频的基频提取单元。其中，所述谐波分析单元为离散傅立叶变换单元，用于根据所述基频对第 一路或第二路高压侧处理单元传输来的数据进行离散傅立叶变换，获取母线电 流的谐波分量。所述高压侧还具有参考电压源，所述参考电压源连接至第一多路选通单元， 通过第-一 多路选通单元为两路高压侧处理单元提供标准参考电压信号。所述低压侧还具有电磁式电流互感器接口 ，所述电磁式电流互感器接口连 接外接电磁式电流互感器和低压侧处理单元，将外接电磁式电流互感器的输出 信号传输至低压侧处理单元的。其中，所述电磁式电流互感器接口与低压侧处理单元之间还具有外接信号 调理单元，实现外接电磁式电流互感器的输出信号与低压侧处理单元的输入信 号之间的电平转换。所述低压侧还具有信号输出单元，信号输出单元连接低压侧处理单元，所 述信号输出单元包括实现低压侧处理单元模拟信号输出的数模转换单元和模拟 输出信号接口，所述信号输出单元还包括实现低压侧处理单元的数字信号输出 的以太网卡和数字输出信号接口。所述低压侧还具有实现低压侧处理单元输出信号显示的显示单元，所述显 示单元连接低压侧处理单元。所述低压侧还具有接收用户输入指令的输入单元，所述输入单元连接至低压侧处理单元，相应地，低压侧还具有根据用户输入指令向高压侧处理单元传 输控制信号控制高压侧单元。其中，所述分属高压侧和低压侧的电光隔离单元包括实现高压侧往低压侧 传输的数据信号光电隔离的高压侧的电光转换单元和低压侧的光电转换单元， 以及实现低压侧往高压侧传输的控制信号光电隔离的低压侧的光电转换单元和 高压侧的电光转换单元。本实用新型的电子式电流互感器，具有以下优点1 )通过滤波单元和基频提取单元获取母线电流的基频，并根据所述基频对 母线电流信号进行离散傅立叶变换，由此能获取母线电流的谐波分量，对于衡 量电能质量具有工程实用价值。2 )在低压侧设置有电磁式电流互感器的接口 ，能实现现场就地由电磁式电 流互感器对于电子式电流互感器的校验，因此能提高电子式互感器校验工作的 灵活性。3)低压侧设置有对高压侧的相关控制电路，因此能由低压侧向高压侧发送 控制信号，协助实现高压侧的冗余备份设计。
图1为现有技术中电子式电流互感器的结构图； 图2为本实用新型电子式电流互感器的结构图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本实用新型再作进一步详细的说明。 如图2所示，本实用新型的电子式电流互感器包括高压侧和低压侧，高压 侧具有信号测量单元，信号调理单元，两路高压侧处理单元，分别为图中所示 第一路高压侧处理单元和第二路高压侧处理单元，以及两路多路处理单元，分别为图中所示第一多路选通单元和第二多路选通单元；分属高压侧和低压侧的电光隔离单元，低压侧具有处理单元，低压侧处理单元包括基频获取单元和谐波分析单元，电光隔离单元包括高压侧的电光转换单元和光电转换单元，以及 低压侧的光电转换单元和电光转换单元，其中，信号测量单元，用于测量高压侧母线上的电流值，输出的测量信号经过信 号调理单元和第一多路选通单元后发送给第一路高压恻处理单元和第二路高压侧处理单元；信号调理单元，连接信号测量单元和第 一 多路切换功能的多路选通单元， 用于实现信号测量单元的输出信号与高压侧处理单元输入信号之间的电平转换；第 一 多路选通单元，用于将信号调理单元电平转换后的母线电流信号根据 时隙分为两路，分别送至第一路高压侧处理单元和第二路高压侧处理单元；第一路高压侧处理单元和第二路高压侧处理单元，用于实现母线电流信号 的模数转换，输出数字信号，高压侧处理单元可以用单片机、数字信号处理芯 片或ARM等嵌入式芯片实现，所述两路高压侧处理单元用于电子式电流互感 器的冗余备份设计，即一路出现故障时，另一路可以被激活投入使用；第二多路选通单元，用于按时隙将第一路高压侧处理单元和第二路高压侧 处理单元输出的数字信号传输至高压侧的电光转换单元；高压侧的电光转换单元，用于第二多路选通单元所输出的数字信号的电光 转换，向低压侧的光电转换单元传输光信号；低压侧的光电转换单元，用于将高压侧的电光转换单元传输来的光信号转 换为电信号，并将该电信号，也即高压侧处理单元传输来的数据发送给低压侧 处理单元；基频获取单元包括滤波单元和基频提取单元，其中，滤波单元用于滤除第 一路或第二路高压侧处理单元经过电光隔离单元后所传输来的数据中的高次谐 波分量，留下基波分量，基频提取单元用于根据三角函数的和差化积和最小二 乘关系对所述基本分量求出母线电流基频；谐波分析单元为离散傅立叶变换单元，用于根据所述基频对第 一路或第二 路高压侧处理单元经过电光隔离单元后传输来的数据进行离散傅立叶变换，获取母线电流的谐波分量，所述谐波分析单元还可以为其他数字信号处理单元， 只要能够根据基频实现谐波分析即可。经过上述的信号测量单元- >信号调理单元->第一多路选通单元-〉两路 高压侧处理单元_ >第二多路选通单元_ 〉高压侧的电光转换单元_ >低压侧的 光电转换单元-〉基频获取单元和谐波分析单元的信号釆集、转换和分析通路， 可以将信号测量单元输出的母线电流信号分为两路， 一 路用于获取母线电流的 基频， 一路用于根据所获基频获取母线电流的谐波分量。第 一 多路选通单元和第二路选通单元除了根据时隙与第 一 路高压侧处理单 元和第二路高压侧处理单元传输信号以外，还可以根据实际情况接收第一路高 压侧处理单元和第二路高压侧处理单元对其的控制信号，图中所示第一多路选 通单元至第一路高压侧处理单元和第二路高压侧处理单元的实线箭头表示第一 多路选通单元将信号调理单元电平转换后的信号根据时隙分为两路，分别送至第一路高压侧处理单元和第二路高压侧处理单元；第一路高压侧处理单元和第二路高压侧处理单元至第 一 多路选通单元的虛线箭头表示第 一 路高压侧处理单元和第二路高压侧处理单元对第一多路选通单元发送控制指令；同样地，第二多路选通单元和第一路高压侧处理单元及第二路高压侧处理单元之间的实线、虛线箭头也分别表示传输数据和控制指令。另外，高压侧还具有参考电压源，所述参考电压源连接至第一多路选通单 元，用于通过第一多路选通单元为第一路高压侧处理单元和第二路高压侧处理 单元提供标准参考电压信号。为了实现利用电磁式电流互感器对本实用新型所述电子式电流互感器的校 验，在本实用新型所述电子式电流互感器的低压侧还具有电磁式电流互感器接 口，所述电磁式电流互感器接口连接外接电磁式电流互感器和低压侧处理单元， 用于将外接电磁式电流互感器的输出信号传输至低压侧处理单元，为了与所述 电磁式电流互感器接口相配合，所述电磁式电流互感器接口与低压侧处理单元 之间还可以具有外接信号调理单元，所述外接信号调理单元用于实现外接电磁 式电流互感器的输出信号与低压侧处理单元的输入信号之间的电平转换。另外，所述低压侧还具有信号输出单元，信号输出单元连接低压侧处理单 元，所述信号输出单元包括数模转换单元和模拟输出信号接口，用于实现低压 侧处理单元的模拟信号输出，所述信号输出单元还包括以太网卡和数字输出信 号接口，用于实现低压侧处理单元的数字信号输出。信号输出单元还可以包括 其他类型的信号输出单元，例如串行数据通信接口等。另外，所述低压侧还具有显示单元，所述显示单元连接低压侧处理单元， 用于实现低压侧处理单元输出信号的显示，所述显示单元可以是液晶屏或多段LED数码管等。为了实现本实用新型的低压侧对于高压侧的相关控制电路，所述低压侧还 具有输入单元，所述输入单元可以为外接键盘或触摸屏等，连接至低压侧处理 单元，用于接收用户输入的对于高压侧的控制指令，相应地，所述低压侧处理 单元还包括控制高压侧单元，用于根据用户输入的对于高压侧的控制指令向高 压侧处理单元传输控制信号。所述对于高压侧的控制指令经过低压侧的电光转 换单元和高压侧的光电转换单元后，传输至高压侧的第一高压侧处理单元和第 二高压侧处理单元，以此实现低压侧对高压侧的控制，协助实现高压侧的冗余 备份设计。以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型 的保护范围。本领域内技术人员应该能够联想到，高压侧和低压侧具有其他辅 助功能单元，利用其他单元实现基频获取和谐波分析，低压侧的信号输出单元 和输入单元通过其他功能单元实现，以及利用本实用新型的结构所作出的相类 型的变形都应该属于本实用新型的保护范围。
权利要求1、一种电子式电流互感器，包括高压侧和低压侧，高压侧具有测量高压侧母线上电流值的信号测量单元、高压侧处理单元、分属高压侧和低压侧的电光隔离单元，用于实现两路高压侧处理单元输出数据的电光隔离后传输给低压侧处理单元，低压侧具有处理单元，其特征在于，高压侧具有实现两路测量值信号模数转换的第一路高压侧处理单元和第二路高压侧处理单元，和实现两路高压侧处理单元输入信号多路切换的第一多路选通单元，和实现两路高压侧处理单元输出数据多路切换的第二多路选通单元，低压侧处理单元包括用于从第一路或第二路高压侧处理单元传输来的数据中提取母线电流基频的基频获取单元，和结合所述基频从第一路或第二路高压侧处理单元传输来的数据中获取母线电流的谐波分量谐波分析单元，其中，所述测量值信号经过第一多路选通单元传输给两路高压侧处理单元，第二多路选通单元连接第一路高压侧处理单元和第二路高压侧处理单元至电光隔离单元。
2、 根据权利要求l所述的电子式电流互感器，其特征在于，所述高压侧还 具有实现信号测量单元的输出信号与高压侧处理单元输入信号之间电平转换的 信号调理单元，所述信号调理单元连接信号测量单元和第一多路选通单元。
3、 根据权利要求l所述的电子式电流互感器，其特征在于，所述基频获取 单元包括滤除第一路或第二路高压侧处理单元所传输来的数据中高次谐波分量 的滤波单元，和根据三角函数的和差化积和最小二乘关系求得母线电流基频的 基频提取单元。
4、 根据权利要求l所述的电子式电流互感器，其特征在于，所述谐波分析 单元为离散傅立叶变换单元，用于根据所述基频对第一路或第二路高压侧处理 单元传输来的数据进行离散傅立叶变换，获取母线电流的谐波分量。
5、 根据权利要求l所述的电子式电流互感器，其特征在于，所述高压侧还 具有参考电压源，所述参考电压源连接至第一多路选通单元，通过第一多路选通单元为两路高压侧处理单元提供标准参考电压信号。
6、 根据权利要求l所述的电子式电流互感器，其特征在于，所述低压侧还 具有电磁式电流互感器接口 ，所述电磁式电流互感器接口连接外接电磁式电流 互感器和低压侧处理单元，将外接电磁式电流互感器的输出信号传输至低压侧 处理单元的。
7、 根据权利要求6所述的电子式电流互感器，其特征在于，所述电磁式电 流互感器接口与低压侧处理单元之间还具有外接信号调理单元，实现外接电磁 式电流互感器的输出信号与低压侧处理单元的输入信号之间的电平转换。
8、 根据权利要求l所述的电子式电流互感器，其特征在于，所述低压侧还 具有信号输出单元，信号输出单元连接低压侧处理单元，所述信号输出单元包 括实现低压侧处理单元模拟信号输出的数模转换单元和模拟输出信号接口 ，所 述信号输出单元还包括实现低压侧处理单元的数字信号输出的以太网卡和数字 输出信号接口。
9、 根据权利要求1所述的电子式电流互感器，其特征在于，所述低压侧还 具有实现低压侧处理单元输出信号显示的显示单元，所述显示单元连接低压侧 处理单元。
10、 根据权利要求1所述的电子式电流互感器，其特征在于，所述低压侧 还具有接收用户输入指令的输入单元，所述输入单元连接至低压侧处理单元， 相应地，低压侧还具有根据用户输入指令向高压侧处理单元传输控制信号控制 高压侧单元。
11、 根据权利要求IO所述的电子式电流互感器，其特征在于，所述分属高 压侧和低压侧的电光隔离单元包括实现高压侧往低压侧传输的数据信号光电隔 离的高压侧的电光转换单元和低压侧的光电转换单元，以及实现低压侧往高压 侧传输的控制信号光电隔离的低压侧的光电转换单元和高压侧的电光转换单元。
专利摘要本实用新型涉及一种电子式电流互感器，包括高压侧和低压侧，高压侧具有测量高压侧母线上电流值的信号测量单元、高压侧处理单元，分属高压侧和低压侧的电光隔离单元，低压侧具有处理单元，其中，高压侧具有第一路高压侧处理单元和第二路高压侧处理单元，第一多路选通单元和第二多路选通单元，低压侧处理单元包括基频获取单元和谐波分析单元。利用本实用新型所述的电子式电流互感器，能够获取母线电流的谐波分量，且能实现方便快捷的校验功能。
文档编号H01F38/28GK201117424SQ20072019005
公开日2008年9月17日 申请日期2007年11月7日 优先权日2007年11月7日
发明者超 刘, 李玉凌, 政 钱 申请人:北京航空航天大学