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一种提高剩余电流低量程测量精度的方法

阅读：282发布：2024-01-12

专利汇可以提供一种提高剩余电流低量程测量精度的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种提高剩余电流低量程测量精度的方法，包括通过剩余电流互感器取样配电线路剩余电流；对取样到的所述剩余电流进行数据处理得到与其同频同相的50mA的电流信号；将所述50mA的电流信号反馈到剩余电流互感器的输入端；在所述剩余电流互感器的输出线性区内测量所述剩余电流；将测量到所述剩余电流的数值减去50mA得到满足高精度要求的剩余电流测量结果。本发明技术方案减少剩余电流测量误差，使得低压配电网剩余电流监控数据准确有效，剩余电流的准确测量，可使配电网剩余电流的三级保护系统能有效配合动作、可靠运行。，下面是一种提高剩余电流低量程测量精度的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种提高剩余电流低量程测量精度的方法，其特征在于：包括：
通过剩余电流互感器对配电线路剩余电流进行取样；
对取样到的所述剩余电流进行数据处理得到与其同频同相的50mA的电流信号；
将所述50mA的电流信号反馈到剩余电流互感器的输入端；
在所述剩余电流互感器的输出线性区内测量所述剩余电流；
将测量到所述剩余电流的数值减去50mA得到满足高精度要求的剩余电流测量结果；
在负载电阻下，所述剩余电流互感器输出特性的变化曲线包括三段：
起始段的非线性区、中段的所述线性区和末段的饱和区；所述线性区随着剩余电流的增加，剩余电流互感器的输出电压也随之增加；
通过数据处理电路对所述剩余电流进行数据处理；所述数据处理电路包括采样放大电路、正弦波方波转换电路、鉴相低通滤波电路、电平转换电路、函数发生器和电流放大电路；
所述鉴相低通滤波电路、电平转换电路和函数发生器组成一个锁相环PLC电路；取样到的所述剩余电流依次经过采样放大电路和正弦波方波转换电路得到一个与配电线路剩余电流同步的方波信号，并作为所述锁相环PLC电路的一个输入；
所述鉴相低通滤波电路包括鉴相器和其输出端设有的RC低通滤波器；
所述鉴相器包括PDL；所述PDL由异或门构成，要求输入波形的占空比是50％;
所述函数发生器的方波输出脚接一个上拉电阻到电压V+，使得其输出的方波电平在±
12V之间；所述输出的方波经电平转换电路作为锁相环PDL电路的另一个输入；所述函数发生器的正弦波引脚输出正弦波信号，经过所述电流放大电路，输出50mA同相位交流电流。
2.如权利要求1所述的一种提高剩余电流低量程测量精度的方法，其特征在于：所述函数发生器为ICL8038函数发生器；其引脚4、5和16分别连接电阻R13、R14和电容C2；为使所述ICL8038函数发生器输出的正弦波和方波占空比为50％，取R13＝R14；其输出的正弦波信号频率在50Hz，当环路锁定时引脚8处为9V，故取R13＝R14＝20K ，C2＝0.2μF。
3.如权利要求2所述的一种提高剩余电流低量程测量精度的方法，其特征在于：所述RC 低通滤波器中的电阻为100千欧姆，电容为2.2微法。
4.如权利要求1所述的一种提高剩余电流低量程测量精度的方法，其特征在于：所述PDL为CD4046PDL。
5.如权利要求2所述的一种提高剩余电流低量程测量精度的方法，其特征在于：所述ICL8038函数发生器的正弦波失真度通过调整其引脚1和引脚12组成桥式电路，使失真度减小到0.1％。

说明书全文

一种提高剩余电流低量程测量精度的方法

技术领域：

[0001] 本发明涉及配电网剩余电流的高精度测量领域，更具体涉及一种提高剩余电流低量程测量精度的方法。背景技术：

[0002] 目前国内剩余电流保护器的剩余电流测量误差普遍在±10％以上(测量范围30-1000mA)，剩余电流测量误差偏大使得剩余电流监控系统数据失真，使农村配电网剩余电流的三级保护系统不能有效配合动作，运行可靠性降低。

[0003] 要提高剩余电流保护器剩余电流测量精度，关键是提高低量程的测量精度。发明内容：

[0004] 本发明的目的是提供一种提高剩余电流低量程测量精度的方法，减少剩余电流测量误差，使得低压配电网剩余电流监控数据准确有效。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种提高剩余电流低量程测量精度的方法，包括：

[0006] 通过剩余电流互感器取样配电线路剩余电流；

[0007] 对取样到的所述剩余电流进行数据处理得到与其同频同相的50mA的电流信号；

[0008] 将所述50mA的电流信号反馈到剩余电流互感器的输入端；

[0009] 在所述剩余电流互感器的输出线性区内测量所述剩余电流；

[0010] 将测量到所述剩余电流的数值减去50mA得到满足高精度要求的剩余电流测量结果。

[0011] 在负载电阻下，所述剩余电流互感器输出特性的变化曲线包括三段：起始段的非线性区、中段的线性区和末段的饱和区；所述线性区随着剩余电流的增加，剩余电流互感器的输出电压也随之增加。

[0012] 通过数据处理电路对所述剩余电流进行数据处理；所述数据处理电路包括采样放大电路、正弦波方波转换电路、鉴相低通滤波电路、电平转换电路、函数发生器和电流放大电路；所述鉴相低通滤波电路、电平转换电路和函数发生器组成一个锁相环PLC电路；取样到的所述剩余电流依次经过采样放大电路和正弦波方波转换电路得到一个与配电线路剩余电流同步的方波信号，并作为所述锁相环PLC电路的一个输入。

[0013] 所述鉴相低通滤波电路包括鉴相器和其输出端设有的RC低通滤波器；所述鉴相器包括PDL；所述PDL由异或门构成，要求输入波形的占空比是50％。

[0014] 所述函数发生器的方波输出脚接一个上拉电阻到电压V+，使得其输出的方波电平在±12V之间；所述输出的方波经电平转换电路作为锁相环PDL电路的另一个输入；所述函数发生器的正弦波引脚输出正弦波信号，经过所述电流放大电路，输出50mA同相位交流电流。

[0015] 所述函数发生器为ICL8038函数发生器；其引脚4、5和16分别连接电阻R13、R14和电容C2；为使所述ICL8038函数发生器输出的正弦波和方波占空比为50％，取R13＝R14；其输出的正弦波信号频率在50Hz，当环路锁定时引脚8处为9V，故取R13＝R14＝20K，C2＝0.2μF。

[0016] 所述RC 低通滤波器中的电阻为100千欧姆，电容为2.2微法。

[0017] 所述PDL为CD4046PDL。

[0018] 所述ICL8038函数发生器的正弦波失真度通过调整其引脚1和引脚12组成桥式电路，使失真度减小到0.1％。

[0019] 和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果[0020] 1、本发明技术方案剩余电流的准确测量，可使配电网剩余电流的三级保护系统能有效配合动作、可靠运行；

[0021] 2、本发明技术方案自动实时跟踪电网电压的频率和相位，不占用做处理器的软、硬件资源，大大降低了编程的复杂度；

[0022] 3、本发明技术方案能够满足要求的高精度测量结果；

[0023] 4、本发明技术方案满足在20mA至600mA剩余电流测量范围里，误差控制在3％以内。附图说明

[0024] 图1为本发明实施例的测量线路连接示意图；

[0025] 图2为本发明实施例的互感器输出特性曲线图；

[0026] 图3为本发明实施例的测量电路原理框图；

[0027] 图4为本发明实施例的采样放大电路示意图；

[0028] 图5为本发明实施例的正弦波/方波转换电路示意图；

[0029] 图6为本发明实施例的鉴相低通滤波电路示意图；

[0030] 图7为本发明实施例的电平转换电路示意图；

[0031] 图8为本发明实施例的正弦波产生电路示意图；

[0032] 图9为本发明实施例的电流放大电路示意图。

具体实施方式

[0033] 下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

[0034] 实施例1：

[0035] 本例的发明提供一种提高剩余电流低量程测量精度的方法，如图1所示，利用剩余电流互感器对配电线路剩余电流进行取样，然后经过一系列电路处理得到一个与配电线路剩余电流同相同步的50mA电流信号。将该电流施加给剩余电流互感器，提高剩余电流的测量起点，避开剩余电流互感器的输出特性非线性区，在保护器CPU采样测量的数值中减去50mA，即可得到高精度的测量结果。所述方法需要用到与配电线路剩余电流同步的交流信号，即与配电线路剩余电流同频同相的标准正弦信号。本发明采用全硬件电路完成该功能，即采用锁相环和正弦函数发生器集成电路，自动实时跟踪电网电压的频率和相位，不占用做处理器的软、硬件资源，大大降低了编程的复杂度。此硬件电路从原理上可分成配电线路剩余电流采样放大、正弦波/方波转换、鉴相低通滤波、电平转换、正弦波产生和电流放大几个部分。所述方法是利用剩余电流互感器对配电线路剩余电流进行取样、放大，然后经过过零比较器，得到一个与配电线路剩余电流同步的方波信号，作为鉴相器(PD)的一个输入。鉴相器、低通滤波和函数发生器ICL8038组成一个锁相环(PLC)电路。当环路锁定时，输出正弦波与电网电压同步，即同频同相，在时间上应该几乎没有延迟。原理结构图如图3所示。

[0036] (1)采样放大电路

[0037] 对剩余电流互感器的毫伏级电压信号进行放大，使放大的信号可以被过零比较器识别，电路如图4所示。

[0038] (2)正弦波/方波转换电路

[0039] 利用剩余电流互感器对配电线路剩余电流进行取样，然后经过过零比较器，得到一个与配电线路剩余电流同步的方波信号，电路如图5所示。

[0040] (3)鉴相低通滤波电路

[0041] 本实施例中的鉴相器使用CD4046的PDl。PDl由异或门构成，要求输入波形的占空比基本上是50％。电阻R8和电容C1构成低通滤波器，电路如图6所示。

[0042] (4)电平转换电路

[0043] 由于鉴相器CD4046的PDl的输出是在-12V～+12V之间，而函数发生器ICL8038要求输入的控制电压信号必须在1/3V+～V+之间，即4V～12V之间。所以必须做电平转换，使ICL8038电路能很好地捕捉到输入控制信号。电路如图7所示。

[0044] (5)正弦波产生电路

[0045] 函数发生器ICL8038通过连接少量的外部元件就能够产生高精度的方波、正弦波、锯齿波等波形。为减小正弦波失真度，通过ICL8038的正弦波失真度调整脚1和脚12组成桥式电路，使失真度减小到0.1％左右。引脚2即输出正弦波。方波输出脚9接一个上拉电阻到V+，使得输出的方波电平在±12V之间。输出的方波经电平转换作为PDl的另一个输入。由于ICL8038输出的方波和正弦波之间有90°的相差，当环路锁定时，正好满足PDl输入输出波形占空比为50％的要求，电路如图8所示。

[0046] (6)电流放大电路

[0047] 函数发生器ICL8038引脚2即输出正弦波放大输出，可以输出50mA同相位交流电流，电路如图9所示。

[0048] (7)电路关键参数设计

[0049] 低通滤波器，图6中，R8和Cl的参数设计：R8和Cl对环路捕捉性能及工作稳定性有很大的影响。若取较大的时间常数R8×C1，则会使环路跟踪变化较快的输入频率时产生过度的延迟；若取较小的时间常数R8×C1，则会使环路跟踪快速变化的输入信号时。引起锁相环输出频率的反常变化。综合考虑环路捕捉性能及工作稳定性。选择R8＝100KΩ，C1＝2.2μF。

[0050] ICL8038外接元件R13、R14和C2的参数选择：为使ICL8038输出的正弦波和方波占空比为50％，取R13＝R14。输出的正弦波信号频率应该在50Hz左右，当环路锁定时引脚8处应该在9V左右，所以在允许范围内C2应尽量取的大些，最后取R13＝R14＝20K，C2＝0.2μF。

[0051] 在一定的负载电阻下，剩余电流互感器误差特性的变化曲线见图2。将图2曲线分为三段。可以看出a段表明互感器起始的输出值很低，剩余电流不断增加而输出电压变化不成比例，只有在剩余电流增加到一定数值后，互感器才有成比例输出电压值。b段显示出随着剩余电流的增加，互感器输出电压也随之增加，这一段可以认为它的输出是线性变化。c段表明，当互感器输出电压达到一定值后，随着输入电流的增加而互感器的输出电压不再继续增加，反而趋于平稳，甚至呈下降趋势，说明互感器铁芯已达饱和状态。可见b段是可以精确测量采用的一段区域。

[0052] 经试验研究可知，剩余电流互感器采样误差在70mA至700mA时可控制在3％以内。为满足高精度(在20mA至600mA剩余电流测量范围里，误差控制在3％以内)测量要求，因此给剩余电流互感器附加一个50mA同频同相电流，将剩余电流互感器采样测范围从20mA至
600mA移动到70mA至650mA的线性范围内，剩余电流保护器CPU采样测量的数值中减去50mA，即可得到满足要求的高精度测量结果。

[0053] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

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