本發(fā)明涉及光伏發(fā)電領(lǐng)域用的電流傳感器，尤其是檢測(cè)光伏直流拉弧的電流傳感器。

背景技術(shù)：

隨著光伏發(fā)電的發(fā)展，尤其是分布式光伏發(fā)電的普及，對(duì)光伏電站的安全性提出了越來(lái)越高的要求。光伏發(fā)電系統(tǒng)中有眾多的電連接點(diǎn)，并且光伏發(fā)電系統(tǒng)的直流電壓越來(lái)越高，如果有連接點(diǎn)出現(xiàn)連接不良，就會(huì)出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，并且由于光伏系統(tǒng)是直流電，沒(méi)有過(guò)零點(diǎn)，所以這種電弧一旦燃燒就不容易熄滅，會(huì)造成嚴(yán)重的危害。輕者燒毀電氣設(shè)備，重者引起火災(zāi)。所以，要在電弧還沒(méi)有形成災(zāi)害之前把線路切斷熄滅電弧。光伏電弧檢測(cè)就是實(shí)時(shí)的檢測(cè)光伏直流系統(tǒng)中有沒(méi)有產(chǎn)生電弧，一旦發(fā)現(xiàn)電弧，并且電弧的強(qiáng)度達(dá)到防護(hù)水平就要及時(shí)發(fā)出信號(hào)，去操作斷路器切斷線路。當(dāng)前有許多種光伏直流電弧檢測(cè)技術(shù)，主要為集成拉弧、電流檢測(cè)一體輸出或通過(guò)高頻ct和電流檢測(cè)分體輸出。但主要缺點(diǎn)為整體系統(tǒng)成本高，檢測(cè)精度低。

例如公告號(hào)為cn205620492u的中國(guó)專利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種光伏電弧檢測(cè)傳感器，由霍爾電流傳感器、微分電路、帶通濾波器、模數(shù)采樣和數(shù)字處理電路組成，霍爾電流傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)微分電路變成微分信號(hào)，微分信號(hào)通過(guò)帶通濾波器保留對(duì)電弧敏感的頻段，并去除其他頻段，然后經(jīng)過(guò)模數(shù)采樣和數(shù)字處理電路來(lái)計(jì)算檢測(cè)是否有電弧，如果有電弧就發(fā)出報(bào)警信號(hào)。霍爾電流傳感器輸出的信號(hào)也直接與模擬采樣和數(shù)字處理電路相連，這樣就測(cè)量出光伏電流的大小。該方案采用單片機(jī)將帶通濾波后的20khz至200khz的帶通進(jìn)行計(jì)算判斷輸出電弧信號(hào)，該方案的分辨率、速度不高，容易造成誤報(bào)或漏報(bào)拉弧狀態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足而提供一種直流電弧檢測(cè)用多通道電流傳感器，高精度、快速地實(shí)現(xiàn)拉弧檢測(cè)。

本發(fā)明解決上述問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：直流電弧檢測(cè)用多通道電流傳感器，包括多個(gè)檢測(cè)通道、模擬開(kāi)關(guān)、電流互感器、運(yùn)算放大器、帶通濾波電路、信號(hào)處理器，電流互感器采集檢測(cè)通道中的電流信號(hào)，并由第一運(yùn)算放大器將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信并放大，經(jīng)過(guò)第一模擬開(kāi)關(guān)后由帶通濾波電路進(jìn)行高低通濾波處理，經(jīng)過(guò)第三模擬開(kāi)關(guān)后輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)化后輸出到信號(hào)處理器，信號(hào)處理器為16位以上的可編程處理器，通過(guò)快速傅里葉算法評(píng)估是否有電弧發(fā)生，并將評(píng)估信號(hào)通過(guò)接口端子輸出；第一模擬開(kāi)關(guān)由信號(hào)處理器控制，以選擇輸入某路檢測(cè)通道中電流互感器的信號(hào)；所述傳感器還包括霍爾傳感器、第二運(yùn)算放大器、第二模擬開(kāi)關(guān)，霍爾傳感器測(cè)量電流，通過(guò)第二運(yùn)算放大器進(jìn)行二階低通濾波有源濾波調(diào)理，經(jīng)過(guò)第三模擬開(kāi)關(guān)輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器并傳遞給信號(hào)處理器處理輸出；第二模擬開(kāi)關(guān)、第三模擬開(kāi)關(guān)有信號(hào)處理器控制，第二模擬開(kāi)關(guān)選擇輸入某路檢測(cè)通道中霍爾傳感器的信號(hào)，第三模擬開(kāi)關(guān)選擇電流互感器或霍爾傳感器采集的信號(hào)輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

所述高低通濾波處理電路由一個(gè)四極點(diǎn)巴特沃斯高通濾波電路和一個(gè)五極點(diǎn)低通濾波電路組成。

所述信號(hào)處理器的接口端子為多個(gè)，包括通訊接口、通訊電源接口、電弧的開(kāi)關(guān)量輸出接口。

所述信號(hào)處理器連接有數(shù)碼管，數(shù)碼管顯示被測(cè)測(cè)量通道的電流、電壓、拉弧狀態(tài)信息。

所述傳感器還帶有切換按鍵，切換按鍵控制選擇數(shù)碼管顯示的信息。

所述信號(hào)處理器連接有指示燈，指示傳感器的運(yùn)行狀態(tài)。

所述霍爾傳感器為可編程霍爾傳感器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：通過(guò)信號(hào)處理器控制模擬開(kāi)關(guān)可以快速切換電弧、電流檢測(cè)通道，并且信號(hào)處理器為16位以上的可編程處理器，并通過(guò)快速傅里葉算法計(jì)算，檢測(cè)分析拉弧的響應(yīng)時(shí)間快。電流互感器和霍爾傳感器電流檢測(cè)分體輸出，增加了電弧檢測(cè)的可靠性。高低通濾波處理電路由一個(gè)四極點(diǎn)巴特沃斯高通濾波電路和一個(gè)五極點(diǎn)低通濾波電路組成，可形成40khz到100khz的帶通濾波，提高檢測(cè)分辨率。信號(hào)處理器通過(guò)設(shè)置接口實(shí)現(xiàn)通訊、開(kāi)關(guān)量信號(hào)傳輸?shù)?，帶有?shù)碼管、指示燈等可直觀的顯示傳感器的工作狀態(tài)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的原理框圖。

圖2是圖1中電弧檢測(cè)電路中的運(yùn)算放大電路。

圖3是圖1中電弧檢測(cè)電路中的高低通濾波處理電路。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖、實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例，該傳感器包括外殼、殼蓋、檢測(cè)組件，檢測(cè)組件位于外殼及殼蓋圍成的腔體內(nèi)，檢測(cè)組件包括電流及電弧采集磁芯、電流互感器、霍爾傳感器、多個(gè)模擬開(kāi)關(guān)、接口端子、數(shù)碼管、切換按鍵、指示燈、運(yùn)算放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器，其原理框圖如圖1所示。

電流及電弧采集磁芯共有16組，也就是有16路檢測(cè)通道，每路檢測(cè)通道均有電流互感器及電流傳感器（霍爾傳感器）采集其電流信號(hào)。

電弧檢測(cè)電路包括電流互感器、第一運(yùn)算放大器、第一模擬開(kāi)關(guān)、帶通濾波電路、第三模擬開(kāi)關(guān)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器。電流檢測(cè)電路包括霍爾傳感器、第二運(yùn)算放大器、第二模擬開(kāi)關(guān)、第三模擬開(kāi)關(guān)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器。其中電弧檢測(cè)電路與電流檢測(cè)電路共用第三模擬開(kāi)關(guān)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器。第三模擬開(kāi)關(guān)由信號(hào)處理器控制，以選擇輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器的信號(hào)是電流互感器或者霍爾傳感器采集的信號(hào)。第一模擬開(kāi)關(guān)、第二模擬開(kāi)關(guān)由信號(hào)處理器控制，以選擇哪一路檢測(cè)通道的電流互感器、霍爾傳感器的信號(hào)輸出至后續(xù)電路。

電流互感器為高頻電流互感器，用于采集光伏組串電流信號(hào)，輸出至第一運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器內(nèi)集成運(yùn)算放大電路，運(yùn)算放大電路如圖2所示，運(yùn)算放大器采用5v供電，偏置電壓為供電電壓的一半。第一運(yùn)算放大器將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，將電壓放大10倍后經(jīng)過(guò)第一模擬開(kāi)關(guān)選擇后由帶通濾波電路進(jìn)行高低通濾波處理，高低通濾波處理電路如圖3所示，高低通濾波處理電路由一個(gè)四極點(diǎn)巴特沃斯高通濾波電路和一個(gè)五極點(diǎn)低通濾波電路組成，信號(hào)放大后經(jīng)過(guò)第三模擬開(kāi)關(guān)輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)化后輸出到信號(hào)處理器，此帶通濾波電路形成40khz到100khz的帶通濾波，從而使信號(hào)處理器處理電弧數(shù)據(jù)的效果更加有效。

信號(hào)處理器為16位以上架構(gòu)可編程處理器，通過(guò)快速傅里葉算法（fft）檢測(cè)直流總線上高頻噪聲的振幅（峰值）變化，然后評(píng)估是否正在發(fā)生電弧事件。精確的算法能提高故障電弧檢測(cè)的成功率，并且減少誤報(bào)率。當(dāng)檢測(cè)到電弧事件時(shí)，利用脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)的模擬輸出來(lái)關(guān)閉前段斷路器儀斷開(kāi)太陽(yáng)能板串的連接，并觸發(fā)信號(hào)器（聲音和/或可視警報(bào)），利用數(shù)字輸出作為通信接口以將消息發(fā)送到遠(yuǎn)程控制器，也可以使用此通信接口來(lái)遠(yuǎn)程啟動(dòng)自檢。

霍爾傳感器主要用于測(cè)量光伏板上的電流，通過(guò)第二運(yùn)算放大器進(jìn)行二階低通濾波有源濾波調(diào)理，然后經(jīng)過(guò)第二模擬開(kāi)關(guān)、第三模擬開(kāi)關(guān)輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器并傳遞給信號(hào)處理器進(jìn)行進(jìn)一步處理，霍爾傳感器采用可編程霍爾傳感器。

信號(hào)處理器連接有多個(gè)接口端子、數(shù)碼管、指示燈，多個(gè)接口端子可用作防雷狀態(tài)開(kāi)關(guān)量輸入、通訊接口、通訊電源、差分電壓輸入、斷路器狀態(tài)的開(kāi)關(guān)量輸入、電弧的開(kāi)關(guān)量輸出、預(yù)留接口等。數(shù)碼管顯示被測(cè)測(cè)量通道的序列號(hào)、電流、電壓、拉弧狀態(tài)等信息，切換按鍵可切換選擇數(shù)碼管顯示的信息。指示燈用于指示傳感器的通訊狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)。