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一种用于Rogowski线圈电流互感器的 软件积分装置

阅读：873发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种用于Rogowski线圈电流互感器的软件积分装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型属于智能电网电子式电流互感器技术领域，特别涉及一种用于Rogowski线圈电流互感器的软件积分装置，包括电源电路、模拟信号处理电路、ADC 采样电路、MCU单元、通讯模块。所述模拟信号处理电路分别连接Rogowski线圈电流互感器的输出和ADC采样电路。所述MCU单元与ADC采样电路、通讯模块连接，运用复化梯形积分算法完成软件积分，从而实现对Rogowski线圈电流互感器微分信号的还原和处理。本实用新型可以消除由于积分初值产生的直流分量，提高软件积分的精度，很好的还原Rogowski线圈电流互感器输出的微分信号，能够很好的反应稳态和暂态电流。，下面是一种用于Rogowski线圈电流互感器的软件积分装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于Rogowski线圈电流互感器的软件积分装置，其特征在于：包括电源电路、模拟信号处理电路、ADC采样电路、MCU单元、通讯模块；所述模拟信号处理电路分别连接Rogowski线圈电流互感器输出信号和ADC采样电路；所述MCU单元分别与ADC采样电路、通讯模块连接；所述电源电路由开关电源产生5V电源，5V电源采用AMS1117-3.3稳压器产生MCU单元所需的3.3V电源，采用REF3325 电压参考源产生ADC芯片的参考电源、偏置电源。
2.根据权利要求1所述的软件积分装置，其特征在于：所述模拟信号处理电路采用多增益放大电路，以此来提高小信号时的测量精度，所述模拟信号处理电路包括电阻R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8和四个独立的内部频率补偿运算放大器LM2902D；所述电阻R2的一端与Rogowski线圈电流互感器输出微分信号连接，另一端与第一个运算放大器的正输入端连接；所述电阻R3的一端与第一个运算放大器负输入端连接，另一端与偏置电压连接；所述电阻R4的一端与第一个运算放大器负输入端连接，另一端与第一个运算放大器的输出端连接；所述电阻R5的一端与Rogowski线圈电流互感器输出微分信号连接，另一端与第二个运算放大器的正输入端连接，第二个运算放大器的负输入端与输出端连接；所述电阻R6的一端与第三个运算放大器负输入端连接，另一端与偏置电压连接；所述电阻R7的一端与第三个运算放大器负输入端连接，另一端与第三个运算放大器的输出端连接；所述电阻R8的一端与Rogowski线圈电流互感器输出微分信号连接，另一端与第三个运算放大器的正输入端连接。
3.根据权利要求1所述的软件积分装置，其特征在于：所述ADC采样电路采用AD7705模数转换芯片。
4.根据权利要求1所述的软件积分装置，其特征在于：所述MCU单元采用STM32F103控制器；所述MCU单元包括JTAG 接口电路、时钟电路、EEPROM电路、复位电路，并运用复化梯形积分算法实现软件积分、数字滤波、编码输出功能。
5.根据权利要求1所述的软件积分装置，其特征在于：所述通讯模块采用HFBR-1414/
2412光纤发射器/接收器。

说明书全文

一种用于Rogowski线圈电流互感器的 软件积分装置

技术领域

[0001] 本实用新型属于智能电网二次设备技术领域，特别涉及一种用于Rogowski线圈电流互感器的软件积分装置。

背景技术

[0002] 电子式互感器作为智能变电站实现二次设备数字化、网络化传输的源头，其精度和可靠性与电力系统的安全可靠及经济运行有着密切的关系。随着我国智能电网建设的不断推进，电子式互感器推广应用力度也不断加大，目前已经有相当数量的电子式互感器正式挂网运行。相比于传统电磁式互感器，电子式互感器从原理上解决了绝缘、磁饱和、暂态响应等缺陷，二次侧直接输出数字信号与其他智能设备接口，为二次设备网络化提供可能，适应智能变电站的发展要求。

[0003] 其中采用Rogowski线圈的电子式电流互感器因其结构简单成为了国内外研究的热点，并且已经进入了实用化阶段。但是由于其天生的微分特性所以其输出不再是一个正比于一次电流的信号，故需配合着积分器的应用来实现其信号输出。硬件积分因结构简单，易于实现，但积分效果受运算放大器失调电压、失调电流、偏置电流以及温度的影响，会产生积分漂移，即输入为零时，输出不为零，由温漂产生的输出误差难以用人工调零或补偿来抵消，积分漂移会导致放大器进入饱和工作状态，无法进行正常的积分运算。相对于硬件积分，通过软件实现积分具有较强的灵活性，但是软件积分实现过程中可能出现以下几个问题：（1）零漂对软件积分的影响，严重时可能造成算法不收敛。（2）抗混叠低通滤波器的截止频率与积分算法的配合问题，可能造成波形失真。（3）由于积分初值的不确定性产生的直流分量对积分效果的影响。实用新型内容

[0004] 本实用新型的目的为解决现有技术的上述三个问题，提供了一种用于Rogowski线圈电流互感器的软件积分装置，为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

[0005] 一种用于Rogowski线圈电流互感器的软件积分装置，包括电源电路、模拟信号处理电路、ADC采样电路、MCU单元、通讯模块；所述模拟信号处理电路分别连接Rogowski线圈电流互感器输出信号和ADC采样电路；所述MCU单元分别与ADC采样电路、通讯模块连接；所述电源电路由开关电源产生5V电源，5V电源采用AMS1117-3.3稳压器产生MCU单元所需的3.3V电源，采用REF3325电压参考源产生ADC芯片的参考电源、偏置电源。

[0006] 进一步，所述模拟信号处理电路采用多增益放大电路，以此来提高小信号时的测量精度。所述模拟信号处理电路包括电阻R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8和四个独立的内部频率补偿运算放大器LM2902D；所述电阻R2的一端与Rogowski线圈电流互感器输出微分信号连接，另一端与第一个运算放大器的正输入端连接；所述电阻R3的一端与第一个运算放大器负输入端连接，另一端与偏置电压连接；所述电阻R4的一端与第一个运算放大器负输入端连接，另一端与第一个运算放大器的输出端连接；所述电阻R5的一端与Rogowski线圈电流互感器输出微分信号连接，另一端与第二个运算放大器的正输入端连接，第二个运算放大器的负输入端与输出端连接；所述电阻R6的一端与第三个运算放大器负输入端连接，另一端与偏置电压连接；所述电阻R7的一端与第三个运算放大器负输入端连接，另一端与第三个运算放大器的输出端连接；所述电阻R8的一端与Rogowski线圈电流互感器输出微分信号连接，另一端与第三个运算放大器的正输入端连接。

[0007] 进一步，所述ADC采样电路采用AD7705模数转换芯片。

[0008] 进一步，所述MCU单元采用STM32F103控制器；所述MCU单元包括JTAG接口电路、时钟电路、EEPROM电路、复位电路，并运用复化梯形积分算法实现软件积分、数字滤波、编码输出功能。复化梯形积分算法结构相对简单，稳态及暂态幅频响应特性良好，且在算法中考虑到了积分初值产生的直流分量对积分的影响，对其积分结果进行补偿，消除其直流分量的影响。

[0009] 进一步，所述通讯模块采用HFBR-1414/2412光纤发射器/接收器。

[0010] 本实用新型具有以下优点与积极效果：

[0011] 本实用新型模拟信号处理电路采用多增益放大电路，可提高小信号时的测量精度，另采用高分辨率的ADC有助于提高采样的精确度，进而提高软件积分的精度。

[0012] 本实用新型采用的复化梯形积分算法结构简单、精度高、幅频响应特性好，通过高通滤波器来减小直流偏置的影响；通过采用对一定周期内的积分结果取平均值，此平均值可作为产生的直流分量，然后对其积分结果进行补偿，即可消除由于积分初值产生的直流分量。

[0013] 本实用新型能够很好的还原Rogowski线圈电流互感器输出的微分信号，能够很好的反应稳态和暂态电流。附图说明

[0014] 图1是一种用于Rogowski线圈电流互感器的软件积分装置的原理结构图。

[0015] 图2是一种用于Rogowski线圈电流互感器的软件积分装置的具体实施案例原理图。

具体实施方式

[0016] 下面将结合本实用新型实施案例的附图，对本实用新型实施案例的技术方案进行清楚、完整地描述。

[0017] 如图1所示，一种用于Rogowski线圈电流互感器的软件积分装置，包括电源电路、模拟信号处理电路、ADC采样电路、MCU单元、通讯模块。所述电源电路由开关电源产生5V电源，5V电源采用AMS1117-3.3稳压器产生MCU单元所需的3.3V电源，采用REF3325电压参考源产生ADC芯片的参考电源、偏置电源。所述模拟信号处理电路分别连接Rogowski线圈电流互感器输出信号和ADC采样电路。所述ADC采样电路采用AD7705模数转换芯片。所述MCU单元分别与ADC采样电路、通讯模块连接，该单元采用STM32F103控制器，包括JTAG接口电路、时钟电路、EEPROM电路、复位电路，运用复化梯形积分算法完成软件积分、数字滤波、编码输出功能。所述通讯模块采用HFBR-1414/2412光纤发射器/接收器。

[0018] 结合图1和图2，在本实用新型中，所述模拟信号处理电路包括电阻R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8和四个独立的内部频率补偿运算放大器LM2902D；所述电阻R2的一端与Rogowski线圈电流互感器输出微分信号连接，另一端与第一个运算放大器的正输入端连接；所述电阻R3的一端与第一个运算放大器负输入端连接，另一端与偏置电压连接；所述电阻R4的一端与第一个运算放大器负输入端连接，另一端与第一个运算放大器的输出端连接；所述电阻R5的一端与Rogowski线圈电流互感器输出微分信号连接，另一端与第二个运算放大器的正输入端连接，第二个运算放大器的负输入端与输出端连接；所述电阻R6的一端与第三个运算放大器负输入端连接，另一端与偏置电压连接；所述电阻R7的一端与第三个运算放大器负输入端连接，另一端与第三个运算放大器的输出端连接；所述电阻R8的一端与Rogowski线圈电流互感器输出微分信号连接，另一端与第三个运算放大器的正输入端连接。

[0019] 在本实用新型中，结合图1和图2对本实用新型的工作原理作进一步说明, Rogowski线圈电流互感器输出的微分信号经过模拟信号处理电路的调整，采用了三种不同的放大倍数，以此提高小信号时的测量精度，经调整过的信号通过高分辨率的ADC采样电路将模拟信号转换为数字信号输入至MCU单元，完成最重要的软件积分环节及数字滤波、编码环节。本实用新型软件积分算法采用算法结构相对简单、精度高、幅频响应特性好的复化梯形积分算法。同时，在软件积分算法的实施过程中通过高通滤波器消除由于ADC自身的原因或其前置调整电路引起的直流漂移，通过对一定周期内的积分值做补偿消除由于积分初值不确定引起的直流分量。硬件电路加软件算法的实施可完成对Rogowski线圈电流互感器输出的微分信号无畸变还原。

[0020] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施案例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本使用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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