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專利名稱：一種基于合金電阻的電流傳感器及其實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動化信息采集與控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于合金電阻的電流傳感器的實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
目前，智能電網(wǎng)已成為全球能源發(fā)展和變革中的重大研究課題。智能電網(wǎng)的基本思想是利用先進(jìn)的數(shù)字化信息網(wǎng)絡(luò)將發(fā)電、輸電、變電、配電和用電服務(wù)以及蓄能與能源終端用戶的各種電氣設(shè)備和其他用能設(shè)施連接在一起，通過智能化控制實現(xiàn)對電能的管理，通過精確供能、對應(yīng)供能、互助供能和互補(bǔ)供能等方式，達(dá)到提高資源利用效率，提高供電質(zhì)量和可靠性的目標(biāo)。傳感器和測量技術(shù)是實現(xiàn)智能電網(wǎng)監(jiān)測、控制、分析和決策的基礎(chǔ)，也是智能電網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵。只有采用先進(jìn)的傳感技術(shù)，建設(shè)發(fā)達(dá)的傳感器網(wǎng)絡(luò)，再配合發(fā)達(dá)的通信體系和仿真技術(shù)，才能實現(xiàn)整個電網(wǎng)智能化。在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)測控與保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，由于電網(wǎng)和電力設(shè)備的具有高電壓強(qiáng)電流，而保護(hù)或測控等二次設(shè)備屬于弱電電子設(shè)備，因此兩者之間具有天然的鴻溝。因此，傳統(tǒng)的技術(shù)在電力系統(tǒng)一次與二次系統(tǒng)之間建立了屏障，打破兩者的電氣聯(lián)系，利用電磁或光學(xué)轉(zhuǎn)換作為雙方聯(lián)系的紐帶。盡管電流互感器從最初的模擬技術(shù)走入了數(shù)字化階段，在設(shè)備小型化等方面也取得了重大進(jìn)展。但是，其本質(zhì)未發(fā)生根本變化，電磁或光學(xué)轉(zhuǎn)換原理復(fù)雜，線性化不夠理想且不穩(wěn)定，一次與二次系統(tǒng)之間的隔閡依舊，頻率響應(yīng)、動態(tài)特性以及交直流等電氣特性依然對通過電磁轉(zhuǎn)換或光學(xué)轉(zhuǎn)換的電流測量的可靠性和通用性等方面構(gòu)成潛在威脅。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明打破了電流傳感測量中一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng)電氣連接的鴻溝，不再借助于電磁轉(zhuǎn)換或光學(xué)轉(zhuǎn)換等方法，利用純電路原理實現(xiàn)電力系統(tǒng)電壓的感知測量。本發(fā)明提出一種基于合金電阻的電流傳感器及其實現(xiàn)方法，利用合金電阻作為電壓傳感器的核心元件，實現(xiàn)電力系統(tǒng)強(qiáng)電設(shè)備與弱電設(shè)備的電氣關(guān)聯(lián)，簡化電壓的測量原理，改善其對于電力系統(tǒng)頻率、動態(tài)等特性的適應(yīng)性，并提高精度縮小體積。本發(fā)明提供的一種基于合金電阻的電流傳感器，其改進(jìn)之處在于，所述電流傳感器包括合金電阻、電壓測量單元、供電單元和控制器；所述合金電阻串入被測電路；所述電壓測量單元測量出所述合金電阻兩端的電壓并傳給所述控制器；所述控制器根據(jù)所述合金電阻阻值計算出被測電路的電流值并輸出；所述供電單元為所述電壓測量單元和所述控制器供電。其中，所述電壓測量單元并聯(lián)在所述合金電阻兩端，并與所述控制器連接；所述供電單元分別與所述電壓測量單元和所述控制器連接。其中，所述電流傳感器包括通信單元，用于所述控制器的遠(yuǎn)程輸出；當(dāng)所述控制器向遠(yuǎn)端或后臺提供測量數(shù)據(jù)時，通過所述通信單元進(jìn)行傳輸；所述供電單元給所述通信單元供電。其中，所述合金電阻的阻值小于0.001歐姆。其中，所述電壓測量單元包括二次電子回路；所述二次電子回路包括電壓感應(yīng)裝置、模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及DSP微處理器；所述DSP微處理器控制所述電壓感應(yīng)裝置測量出所述合金電阻的電壓，傳給模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出。本發(fā)明基于另一目的提供的一種電流傳感器的實現(xiàn)方法，其改進(jìn)之處在于，將合金電阻串入被測電路，所述電壓測量單元測量出所述合金電阻兩端的電壓并傳給所述控制器，所述控制器根據(jù)所述合金電阻阻值計算出被測電路的電流值并輸出；其中，所述供電單元為所述電壓測量單元和所述控制器供電。其中，當(dāng)所述控制器向遠(yuǎn)端或后臺提供測量數(shù)據(jù)時，所述控制器通過通信單元進(jìn)行傳輸。其中，所述供電單元為所述電壓測量單元、所述控制器的通信單元提供直流24V電壓。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明的電流傳感器一次部分與二次部分具有直接的電氣連接，無任何電磁或光學(xué)轉(zhuǎn)換過程，輸出的測量值與被測電流之間具有簡單的基于電路理論的電氣關(guān)聯(lián)，原理簡單、線性良好，不存在溫漂、抗機(jī)械振動能力差和體積過大等問題，同時改善其對于電力系統(tǒng)頻率、動態(tài)等特性的適應(yīng)性，并提高精度縮小體積。本發(fā)明的電流傳感器測量所得電流值進(jìn)行數(shù)字化輸出、易于與處理器的接口處理，傳遞的數(shù)字信息可通過以太網(wǎng)UDP/IP通訊協(xié)議進(jìn)行傳遞，方便安裝、運營和維護(hù)。本發(fā)明的電流傳感器原理與結(jié)構(gòu)簡單，具有結(jié)構(gòu)組合化特征，利用電子式微功率、小型化優(yōu)勢，數(shù)據(jù)采集裝置可以組件方式組合于變壓器、GIS、HGIS、斷路器、隔離刀等組合電器中，減少占地，降低造價，還可以通過功能復(fù)用促進(jìn)一次電氣設(shè)備本身的小型化和智能化。本發(fā)明與霍爾效應(yīng)傳感器元件相比，無飽和、溫漂小、抗機(jī)械振蕩能力強(qiáng)、絕緣簡單、體積小。全量程線性度好、精度高。與新型光纖電流傳感器相比，其結(jié)構(gòu)簡單，消除了光學(xué)互感器環(huán)境適應(yīng)性差、溫漂大、抗干擾能力差的缺點，更適宜大規(guī)模推廣使用。本發(fā)明的合金電阻的阻值小于0.001歐姆，保證了裝置的安全性和準(zhǔn)確性。


圖1為本發(fā)明提供的電流傳感器的原理圖。圖2為本發(fā)明提供的電流傳感器的電路圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本實施例提出的一種基于合金電阻的電流傳感器，包括合金電阻、供電單元、電壓測量單元、控制器和通信單元；其原理示意圖如圖1所示，圖中W1、W2直接與被采集電路相連接，W3、W4是感測線路，X是基于合金電阻的測量裝置，Y是外圍放大電路。該傳感器將高精度的合金電阻直接串聯(lián)接入被測的高電壓強(qiáng)電流電路。所述合金電阻具有足夠小和精度穩(wěn)定的歐姆值，被測的強(qiáng)電流流過電阻片所產(chǎn)生的電壓降落在弱電測量設(shè)備的測量范圍之內(nèi)。所述合金電阻由被測強(qiáng)電流產(chǎn)生的電壓降落直接作為電壓測量單元的輸入，精確測量該電壓降落。通過該電壓與已知合金電阻片的歐姆值的比值計算出被測電流值。具體的，如圖2所示，為本實施例提供的電流傳感器的電路圖。電流傳感器包括合金電阻、供電單元、電壓測量單元、控制器和通信單元；合金電阻串入被測電路；電壓測量單元測量出合金電阻兩端的電壓并傳給控制器(如虛線所示)；控制器根據(jù)合金電阻阻值計算出被測電路的電流值并輸出；供電單元為電壓測量單元、控制器和通信單元供電。其電路連接為:合金電阻串入被測電路；電壓測量單元并聯(lián)在合金電阻兩端，并與控制器連接；控制器與通信單元連接；供電單元分別與電壓測量單元、控制器和通信單元連接。本實施例采用微控制器實現(xiàn)控制器的功能。其是該傳感器的數(shù)據(jù)處理和計算的核心單元，可按照設(shè)定程序?qū)斎氲碾妷簻y量結(jié)果進(jìn)行處理運算。所串接的合金電阻的特征信息，包括其歐姆值，通過交互接口提前預(yù)置于微控制器存儲單元內(nèi)。微控制器在接獲測量電壓值后，可按照預(yù)先內(nèi)置程序根據(jù)測量電壓值以及合金電阻值計算獲得所測電流值。此夕卜，根據(jù)該裝置應(yīng)用場景和環(huán)境的需求，如對所測量數(shù)據(jù)有其它進(jìn)一步的處理需求，可以通過對處理程序的設(shè)定靈活實現(xiàn)，使該裝置具有智能化特性。如該傳感器作為變壓器、GIS、HGIS、斷路器、隔離刀等智能電器的組件，可將處理結(jié)果由微控制器通過本地輸出(如串口)，與其它設(shè)備處理單元接口并驅(qū)動。該傳感器需要向遠(yuǎn)端或后臺等提供測量數(shù)據(jù)，則微控制器將處理結(jié)果輸出給專用通訊單元。專用通訊單元根據(jù)現(xiàn)場通訊通道和協(xié)議的要求，例如以太網(wǎng)UDP/IP通訊協(xié)議，將測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后 向后臺遠(yuǎn)端進(jìn)行傳輸。本實施合金電阻選擇具有足夠小和精度穩(wěn)定的歐姆值(小于0.001歐姆)，強(qiáng)電流流過合金電阻所產(chǎn)生的電壓降落在弱電測量設(shè)備的測量范圍之內(nèi)。合金電阻可采用鎳鉻合金、銅鎳合金等。本實施例的電壓測量單元包括二次電子回路；所述二次電子回路包括電壓感應(yīng)裝置、模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及DSP微處理器；所述DSP微處理器控制所述電壓感應(yīng)裝置測量出所述合金電阻的電壓，傳給模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出。本實施例的供電單元，采取適合現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境的技術(shù)，對電壓測量單元、微控制器以及通信單元提供直流24V驅(qū)動電力。本專利基于新型采集材料(合金電阻)設(shè)計的新型電流傳感器數(shù)據(jù)采集裝置，將開創(chuàng)國內(nèi)電力系統(tǒng)測量領(lǐng)域的先河，可實現(xiàn)與保護(hù)控制設(shè)備的直接弱電接口，且具有良好的測量性能，與傳統(tǒng)電流互感器性能對比如下表I。表1:新型智能型電子式數(shù)據(jù)采集裝置與傳統(tǒng)電流互感器性能對比
權(quán)利要求
1.一種基于合金電阻的電流傳感器，其特征在于，所述電流傳感器包括合金電阻、電壓測量單元、供電單元和控制器； 所述合金電阻串入被測電路；所述電壓測量單元測量出所述合金電阻兩端的電壓并傳給所述控制器；所述控制器根據(jù)所述合金電阻阻值計算出被測電路的電流值并輸出； 所述供電單元為所述電壓測量單元和所述控制器供電。
2.如權(quán)利要求1所述的電流傳感器，其特征在于，所述電壓測量單元并聯(lián)在所述合金電阻兩端，并與所述控制器連接； 所述供電單元分別與所述電壓測量單元和所述控制器連接。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電流傳感器，其特征在于，所述電流傳感器包括通信單元，用于所述控制器的遠(yuǎn)程輸出；當(dāng)所述控制器向遠(yuǎn)端或后臺提供測量數(shù)據(jù)時，通過所述通信單元進(jìn)行傳輸； 所述供電單元給所述通信單元供電。
4.如權(quán)利要求1或2所述的電流傳感器，其特征在于，所述合金電阻的阻值小于0.0Ol歐姆。
5.如權(quán)利要求1或2所述的電流傳感器，其特征在于，所述電壓測量單元包括二次電子回路； 所述二次電子回路包括電壓感應(yīng)裝置、模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及DSP微處理器； 所述DSP微處理器控制所述電壓感應(yīng)裝置測量出所述合金電阻的電壓，傳給模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出。
6.一種電流傳感器的實現(xiàn)方法，其特征在于，將合金電阻串入被測電路，所述電壓測量單元測量出所述合金電阻兩端的電壓并傳給所述控制器，所述控制器根據(jù)所述合金電阻阻值計算出被測電路的電流值并輸出；其中，所述供電單元為所述電壓測量單元和所述控制器供電。
7.如權(quán)利要求6所述的實現(xiàn)方法，其特征在于，當(dāng)所述控制器向遠(yuǎn)端或后臺提供測量數(shù)據(jù)時，所述控制器通過通信單元進(jìn)行傳輸。
8.如權(quán)利要求6所述的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述供電單元為所述電壓測量單元、所述控制器的通信單元提供直流24V電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于合金電阻的電流傳感器及其實現(xiàn)方法，包括合金電阻、電壓測量單元、供電單元、控制器和通信單元；合金電阻串入被測電路；電壓測量單元測量出合金電阻兩端的電壓并傳給控制器；控制器根據(jù)合金電阻阻值計算出被測電路的電流值并輸出；所述供電單元為所述電壓測量單元、所述控制器和所述通信單元供電。通信單元用于控制器的遠(yuǎn)程輸出；當(dāng)所述控制器向遠(yuǎn)端或后臺提供測量數(shù)據(jù)時，通過所述通信單元進(jìn)行傳輸。本發(fā)明與現(xiàn)有的電流互感器相比，具有無溫漂、抗機(jī)械振動、頻率特性好、交直流通用以及體積小、可組裝等優(yōu)勢。
文檔編號G01R19/00GK103217565SQ20131010356
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月28日
發(fā)明者雷憲章, 呂志來, 薛飛 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院