一種采用光纖傳輸模擬信號(hào)的電子式電流互感器的制造方法
【專利摘要】一種采用光纖傳輸模擬信號(hào)的電子式電流互感器，屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域。其特征在于：包括：光發(fā)送端（1）、光接收端（2）以及光纖（3），涉及電力系統(tǒng)自動(dòng)化中廣泛應(yīng)用的電流互感器，適用于配電自動(dòng)化系統(tǒng)中各種電纜和架空線路的電流信號(hào)的獲取，屬于電子【技術(shù)領(lǐng)域】、電力自動(dòng)化領(lǐng)域、光電轉(zhuǎn)換及光信號(hào)傳輸領(lǐng)域。包括電磁線圈、取電模塊、電流采集模塊、標(biāo)尺模塊、電光轉(zhuǎn)換模塊、光信號(hào)傳輸模塊、光電轉(zhuǎn)換模塊、電信號(hào)處理模塊、信號(hào)跟蹤模塊等，各模塊相互連接相互協(xié)調(diào)。該電子式電流互感器測(cè)量準(zhǔn)確、造價(jià)低廉，并且可以通過(guò)光纖實(shí)現(xiàn)模擬電流信號(hào)的傳輸，可替代配電自動(dòng)化系統(tǒng)中傳統(tǒng)的通過(guò)電纜連接的一次側(cè)電流互感器和二次側(cè)電流互感器。
【專利說(shuō)明】一種采用光纖傳輸模擬信號(hào)的電子式電流互感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 一種采用光纖傳輸模擬信號(hào)的電子式電流互感器，屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 在電力生產(chǎn)、電力傳輸系統(tǒng)及電力設(shè)備中，使用互感器來(lái)配合儀表、保護(hù)裝置測(cè)量 電流和電能，計(jì)量電力系統(tǒng)各部分所耗電能及保護(hù)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。目前，電力系統(tǒng)使用 傳統(tǒng)的電磁式電流互感器（CT)、電磁式電壓互感器（PT)測(cè)量電流、電壓已有百年歷史，且 依然是當(dāng)前電力系統(tǒng)使用的主流產(chǎn)品。然而，對(duì)現(xiàn)代智能二次裝置來(lái)說(shuō)，其輸出容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)多 余，此外，隨著電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的不斷提高，傳輸?shù)碾娏θ萘吭絹?lái)越大，傳統(tǒng)的電磁式電 流、電壓互感器因其傳感機(jī)理而出現(xiàn)其自身不可克服的問(wèn)題。
[0003] 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，許多新技術(shù)、新器件在電力系統(tǒng)中開(kāi)始 應(yīng)用。電壓電流互感器作為電力監(jiān)控最基本也是最重要的檢測(cè)設(shè)備，其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和 應(yīng)用越來(lái)越受到人們的重視。電磁技術(shù)的發(fā)展，大大提高了電磁式電流互感器的線性度、抗 飽和度等性能，而計(jì)算機(jī)技術(shù)的采用則推動(dòng)了電子式電流互感器的誕生和發(fā)展。光信息科 學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，又使得光纖傳輸在電力系統(tǒng)獲得廣泛應(yīng)用。
[0004] 隨著電網(wǎng)智能化的發(fā)展，出現(xiàn)了許多傳統(tǒng)互感器的替代產(chǎn)品。當(dāng)前普遍采用或正 在推出的電流互感器主要有： 1)傳統(tǒng)電磁式電流互感器。輸出容量大，性能穩(wěn)定，但存在高壓絕緣、含油爆炸、電磁干 擾、-次輸出開(kāi)路、體積大、能耗1?、成本1?等缺點(diǎn)。
[0005] 2)利用羅氏線圈或鐵芯線圈的低功率小信號(hào)電流互感器，通過(guò)屏蔽雙絞線將信號(hào) 傳送給二次設(shè)備。雖然解決了傳統(tǒng)互感器體積大、能耗高、成本高的缺點(diǎn)，但仍存在抗干擾 能力差、無(wú)法實(shí)現(xiàn)與高壓系統(tǒng)的電氣隔離等缺點(diǎn)。
[0006] 3)利用法拉第效應(yīng)的光學(xué)電流互感器，又稱為無(wú)源電子式電流互感器。光學(xué)電流 互感器又分為磁光電流互感器和全光纖電流互感器。磁光電流互感器在高壓變電站的戶外 惡劣環(huán)境下，電場(chǎng)、溫度、振動(dòng)等對(duì)其性能影響很大，反映出隨時(shí)間的長(zhǎng)期漂移，磁光電流互 感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性是影響其最終實(shí)用化的關(guān)鍵問(wèn)題，也是一個(gè)至今未得到解決的問(wèn)題。全 光纖電流互感器除了測(cè)量穩(wěn)定性、可靠性難以保證以外，還因其需要激光二極管、保偏光纖 等昂貴的光學(xué)器件而難以得到推廣使用。
[0007] 4)有源電子式電流互感器，是實(shí)用化程度較高的互感器。采用大電流CT功能和小 電流激光功能相結(jié)合的供電方式，并通過(guò)電子電路將模擬電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)光 電轉(zhuǎn)換為光脈沖，由光纖將數(shù)字信號(hào)傳輸至低壓測(cè)。其低壓測(cè)接收電路簡(jiǎn)單，可直接與計(jì)算 機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。但是其高壓測(cè)的模數(shù)轉(zhuǎn)換需要采樣和時(shí)序控制，電路復(fù)雜、能耗高，需要 激光供能，激光器件成本高，壽命短。輸出的數(shù)字信號(hào)，受采樣頻率限制，頻帶受限，不利于 故障信息監(jiān)測(cè)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用光纖傳輸模擬 信號(hào)的電子式電流互感器，該電子式電流互感器測(cè)量準(zhǔn)確、造價(jià)低廉，并且可以通過(guò)光纖實(shí) 現(xiàn)模擬電流信號(hào)的傳輸，可替代配電自動(dòng)化系統(tǒng)中傳統(tǒng)的通過(guò)電纜連接的一次側(cè)電流互感 器和二次側(cè)電流互感器。
[0009] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：該采用光纖傳輸模擬信號(hào)的電子式 電流互感器，其特征在于：包括： 光發(fā)送端，線路一次側(cè)模擬電流信號(hào)接入光發(fā)送端的輸入端，在光發(fā)送端內(nèi)轉(zhuǎn)換為光 信號(hào)后由光發(fā)送端的輸出端將光信號(hào)輸出； 光接收端，其輸入端與光發(fā)送端的輸出端相連，接收光發(fā)送端發(fā)出的光信號(hào)，將接收到 的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，將電信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償后輸出； 以及光纖，用于連接光接收端輸入端與光發(fā)送端的輸出端。
[0010] 優(yōu)選的，所述的光發(fā)送端包括： 一電磁線圈，其輸入端接入線路一次側(cè)模擬電流信號(hào)； 一信號(hào)整合電路，其輸入端與電磁線圈的輸出端相連，將電磁線圈輸出的模擬電流信 號(hào)進(jìn)行疊加； 一供電電路，其輸入端同時(shí)與電磁線圈的輸出端相連，其輸出端與信號(hào)整合電路相連， 用于對(duì)光發(fā)送端進(jìn)行供電； 一電信號(hào)轉(zhuǎn)換發(fā)射模塊，其信號(hào)輸入端與信號(hào)整合電路的輸出端相連，其供電輸入端 與供電電路的輸出端相連，其輸出端連接光纖，將信號(hào)整合電路疊加后的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、輸 出。
[0011] 優(yōu)選的，所述的信號(hào)整合電路包括： 一電流信號(hào)采集電路，其輸入端與電磁線圈的輸出端相連，用于獲取電磁線圈輸出的 待傳輸?shù)哪M電流信號(hào)并進(jìn)行輸出； 一標(biāo)尺信號(hào)生成模塊，生成與待傳輸?shù)哪M電流信號(hào)相配合的標(biāo)尺信號(hào)； 一信號(hào)混合電路，其輸入端分別與電流信號(hào)采集電路以及標(biāo)尺信號(hào)生成模塊的輸出端 相連，其輸出端與所述的電信號(hào)轉(zhuǎn)換發(fā)射模塊的輸入端相連，將電流信號(hào)采集電路輸出的 待傳輸?shù)哪M電流信號(hào)以及標(biāo)尺信號(hào)生成模塊生成標(biāo)尺信號(hào)進(jìn)行疊加，使之成為混合電信 號(hào)； 電流信號(hào)采集電路、標(biāo)尺信號(hào)生成模塊、信號(hào)混合電路均與所述的供電電路相連并由 其供電。
[0012] 優(yōu)選的，所述的電信號(hào)轉(zhuǎn)換發(fā)射模塊包括： 一電光轉(zhuǎn)換電路，其輸入端與信號(hào)混合電路的輸出端相連，將信號(hào)混合電路輸出的混 合電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)； 一光發(fā)射端口，用于連接電光轉(zhuǎn)換電路與光纖，將電光轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換得到的光信號(hào)進(jìn) 行輸出； 電光轉(zhuǎn)換電路以及電信號(hào)轉(zhuǎn)換發(fā)射模塊均與所述的供電電路相連并由其供電。
[0013] 優(yōu)選的，所述的標(biāo)尺信號(hào)生成模塊包括：直流標(biāo)尺信號(hào)生成模塊以及交流標(biāo)尺信 號(hào)生成模塊； 交流標(biāo)尺生成模塊由正弦波發(fā)生器實(shí)現(xiàn)，用以生成交流標(biāo)尺信號(hào)；直流標(biāo)尺信號(hào)生成 模塊用于生成直流標(biāo)尺信號(hào)。
[0014] 優(yōu)選的，所述的供電電路包括： 一取電電路，其輸入端與電磁線圈的輸出端相連，其內(nèi)設(shè)置有整流電路以及穩(wěn)壓電路， 將電磁線圈獲取的電流源信號(hào)進(jìn)行整流、轉(zhuǎn)換得到電壓源信號(hào)； 一儲(chǔ)能元件，用于存儲(chǔ)電能； 一穩(wěn)壓電源，其輸出端與所述的電流信號(hào)采集電路、標(biāo)尺信號(hào)生成模塊、信號(hào)混合電 路、電光轉(zhuǎn)換電路以及電信號(hào)轉(zhuǎn)換發(fā)射模塊相連，用于輸出其工作所需的電壓； 以及一充放電管理模塊，其輸入端與取電電路的輸出端相連，其輸出端分別與儲(chǔ)能兀 件和穩(wěn)壓電源的輸入端相連，充放電管理模塊采用MCU實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能元件的充放電管理以及 穩(wěn)壓電源的電壓輸入。
[0015] 優(yōu)選的，所述的光接收端包括： 一光信號(hào)接收轉(zhuǎn)換模塊，其輸入端通過(guò)光纖與光發(fā)送端相連，用于接收光發(fā)送端發(fā)出 的光信號(hào)并將接收到的光信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換； 一信號(hào)調(diào)理電路，其輸入端與光信號(hào)接收轉(zhuǎn)換模塊的輸出端相連，將接收到的信號(hào)進(jìn) 行分離、補(bǔ)償、輸出。
[0016] 優(yōu)選的，所述的光信號(hào)接收轉(zhuǎn)換模塊包括： 光接收端口，與光纖連接，通過(guò)光纖與光發(fā)送端相連； 光電轉(zhuǎn)換電路，其輸入端與光接收端口相連，將光接收端口接收到的的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為 電信號(hào)并輸出至信號(hào)調(diào)理電路。
[0017] 優(yōu)選的，所述的信號(hào)調(diào)理電路包括： 一信號(hào)分離電路，其輸入端與光電轉(zhuǎn)換電路的輸出端相連，將光電轉(zhuǎn)換電路輸出的電 信號(hào)進(jìn)行分離，分離得到模擬電流信號(hào)以及標(biāo)尺信號(hào)； 一增益控制電路，其輸入端與信號(hào)分離電路的輸出端相連，接收信號(hào)分離電路分離得 到的標(biāo)尺信號(hào)，并計(jì)算出標(biāo)尺信號(hào)在傳輸過(guò)程中的衰減系數(shù)，并將衰減系數(shù)作為增益控制 信號(hào)進(jìn)行輸出； 一信號(hào)跟蹤電路，其輸入端與信號(hào)分離電路的輸出端相連，接收信號(hào)分離電路分離得 到的模擬電流信號(hào)，信號(hào)跟蹤電路同時(shí)接收增益控制電路輸出的增益控制信號(hào)，通過(guò)增益 控制信號(hào)對(duì)接收到的模擬電流信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償、輸出。
[0018] 優(yōu)選的，在所述的光接收端內(nèi)還設(shè)置有一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出電路，其輸入端與信號(hào)調(diào) 理電路的輸出端相連。
[0019] 本發(fā)明的關(guān)鍵在于工作電源直接取自線路電流，采用標(biāo)尺信號(hào)對(duì)采集的電流信號(hào) 進(jìn)行校準(zhǔn)，并通過(guò)光纖傳輸模擬信號(hào)，該模擬信號(hào)充分反應(yīng)一次線路電流狀態(tài)，保證被測(cè)電 流有用的原始信息不失真不丟失。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果是： 1、可通過(guò)光纖直接實(shí)現(xiàn)模擬電流信號(hào)的傳輸，與數(shù)字信號(hào)傳輸相比更加完整的反映了 線路電流的原始狀態(tài)，保證被測(cè)電流有用的原始信息不失真不丟失，特別是對(duì)線路故障信 息有較完整的保留，有利于對(duì)電信號(hào)進(jìn)行分析。
[0021] 2、采用自帶的標(biāo)尺信號(hào)對(duì)所采集電流信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn)，從而大大提高電流信號(hào)的測(cè) 量精度。
[0022] 3、光纖傳輸完全切斷了一次線路和二次終端裝置的電聯(lián)系，解決了傳統(tǒng)互感器存 在的高壓絕緣擊穿風(fēng)險(xiǎn)。
[0023] 4、在光發(fā)送端內(nèi)設(shè)置有供電電路，將電磁線圈采集到的電流進(jìn)行調(diào)理之后作為供 電電源，解決了現(xiàn)有電子式互感器需要另外提供工作電源的缺陷。
[0024] 5、在供電電路內(nèi)設(shè)置有充放電管理模塊，采用超級(jí)電容作為儲(chǔ)能元件，可對(duì)儲(chǔ)能 元件的充放電進(jìn)行智能化管理，提高了供電的安全性。
[0025] 6、只設(shè)置有光發(fā)送端、光接收端以及光纖，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低以及低耗能的優(yōu) 點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1為采用光纖傳輸模擬信號(hào)的電子式電流互感器原理方框圖。
[0027] 圖2為采用光纖傳輸模擬信號(hào)的電子式電流互感器光發(fā)送端原理方框圖。
[0028] 圖3為采用光纖傳輸模擬信號(hào)的電子式電流互感器光接收端原理方框圖。
[0029] 其中：1、光發(fā)送端2、光接收端3、光纖。

【具體實(shí)施方式】
[0030] 圖1~3是本發(fā)明的最佳實(shí)施例，下面結(jié)合附圖1~3對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0031] 如圖1所示，一種采用光纖傳輸模擬信號(hào)的電子式電流互感器，包括光發(fā)送端1、 光接收端2以及連接光發(fā)送端1和光接收端2的光纖3。光發(fā)送端1用于實(shí)現(xiàn)一次側(cè)模擬 電流信號(hào)到光信號(hào)的轉(zhuǎn)換及發(fā)送；光接收端2用于實(shí)現(xiàn)光信號(hào)到二次側(cè)電流信號(hào)的接收、 轉(zhuǎn)換及補(bǔ)償；光纖3用于實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的傳輸，從而實(shí)現(xiàn)模擬電流信號(hào)從一次測(cè)到二次側(cè)的 傳輸。
[0032] 光發(fā)送端1包括電磁線圈、信號(hào)整合電路、供電電路以及電信號(hào)轉(zhuǎn)換發(fā)射模塊，電 磁線圈的輸入端接入一次側(cè)模擬電流信號(hào)，其輸出端分別與信號(hào)整合電路以及供電電路相 連，信號(hào)整合電路以及供電電路的輸出端分別與電信號(hào)轉(zhuǎn)換發(fā)射模塊的信號(hào)輸入端以及供 電輸入端相連，供電電路的輸出端同時(shí)與信號(hào)整合電路的供電輸入端相連。電信號(hào)轉(zhuǎn)換發(fā) 射模塊的輸出端連接光纖3。電磁線圈將接收到的一次側(cè)模擬電流信號(hào)分別送至信號(hào)整合 電路和供電電路。模擬電流信號(hào)送入供電電路后作為供電電路的輸入電源，通過(guò)供電電路 實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)整合電路以及電信號(hào)轉(zhuǎn)換發(fā)射模塊的供電。一次側(cè)模擬電流信號(hào)送入信號(hào)整合 電路之后，信號(hào)整合電路將一次側(cè)模擬電流信號(hào)與其內(nèi)形成的標(biāo)尺信號(hào)進(jìn)行整合形成混合 電信號(hào)，然后將混合電信號(hào)送入電信號(hào)轉(zhuǎn)換發(fā)射模塊內(nèi)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，然后由電信號(hào)轉(zhuǎn)換 發(fā)射模塊將光信號(hào)送入光纖3,由光纖3進(jìn)行傳輸。
[0033] 光接收端2包括光信號(hào)接收轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)調(diào)理電路以及標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出電路。光 信號(hào)接收轉(zhuǎn)換模塊與光纖3相連，由光發(fā)送端1發(fā)出的光信號(hào)經(jīng)光纖3傳輸后由光信號(hào)接 收轉(zhuǎn)換模塊接收，光信號(hào)接收轉(zhuǎn)換模塊接收到光信號(hào)之后將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為混合電信號(hào)，然 后將混合電信號(hào)送入信號(hào)調(diào)理電路?；旌想娦盘?hào)進(jìn)入信號(hào)調(diào)理電路中之后將混合電信號(hào)進(jìn) 行分離，分離出標(biāo)尺信號(hào)和模擬電流信號(hào)。由于光信號(hào)在傳輸過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一定程度的衰 減，因此由信號(hào)調(diào)理電路轉(zhuǎn)換得到的混合電信號(hào)以及由該混合光信號(hào)分離出的標(biāo)尺信號(hào)和 傳輸電信號(hào)均存在相同程度的衰減。信號(hào)調(diào)理電路將分離得到的模擬電流信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償 后，使之恢復(fù)為光發(fā)送端1中一次側(cè)模擬電流信號(hào)并進(jìn)行輸出，完成模擬電流信號(hào)的光纖 傳輸。
[0034] 在圖2所示的光發(fā)送端1的原理方框圖中，黑色箭頭用于表示模擬電流信號(hào)的傳 遞方向，白色箭頭用于表示供電信號(hào)的方向。上述的光發(fā)送端1中的供電電路包括：取電 電路、充放電管理模塊、穩(wěn)壓電源以及儲(chǔ)能元件。電磁線圈的輸出端與取電電路的輸入端相 連，取電電路包括全波整流電路以及與全波整流電路相連的穩(wěn)壓管，并設(shè)置有用于泄放多 余大電流的大功率晶體管。通過(guò)取電電路將電磁線圈輸出的交流電流信號(hào)轉(zhuǎn)換得到穩(wěn)定的 直流電壓信號(hào)。取電電路的電壓輸出端與充放電管理模塊相連，充放電管理模塊與儲(chǔ)能元 件以及穩(wěn)壓電源的輸入端相連，通過(guò)充放電管理模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能元件的合理充放電。在正 常情況下，取電電路的電壓輸出端輸出的電壓通過(guò)充放電管理模塊加載到穩(wěn)壓電源上，通 過(guò)穩(wěn)壓電源獲得穩(wěn)定的工作電壓。當(dāng)達(dá)到充電條件時(shí)，通過(guò)充放電管理模塊實(shí)現(xiàn)取電電路 對(duì)儲(chǔ)能元件的充電，當(dāng)充電完成之后，充放電管理模塊停止取電電路對(duì)儲(chǔ)能元件進(jìn)行充電， 通過(guò)充放電管理模塊可以合理的對(duì)儲(chǔ)能元件進(jìn)行充電，防止其過(guò)充，對(duì)儲(chǔ)能元件起到保護(hù) 作用。在一次側(cè)模擬電流信號(hào)消失或幅值較低的情況下，儲(chǔ)能元件儲(chǔ)存的電能為穩(wěn)壓電路 提供輸入工作電壓，儲(chǔ)能元件轉(zhuǎn)為放電狀態(tài)，充放電管理模塊對(duì)儲(chǔ)能元件放電電壓進(jìn)行監(jiān) 測(cè)，在電壓低于設(shè)定值并且一次側(cè)輸入電流足夠的情況下，控制儲(chǔ)能元件轉(zhuǎn)入充電狀態(tài)。充 放電轉(zhuǎn)換自動(dòng)完成。在本采用光纖傳輸模擬信號(hào)的電子式電流互感器中，儲(chǔ)能元件采用超 級(jí)電容實(shí)現(xiàn)，也可采用其他形式的儲(chǔ)能元件，如鋰電池。
[0035] 上述的光發(fā)送端1中的信號(hào)整理電路包括：直流標(biāo)尺生成模塊、交流標(biāo)尺生成模 塊以及信號(hào)混合電路。供電電路中的穩(wěn)壓電源的電源輸出端同時(shí)與直流標(biāo)尺生成模塊、交 流標(biāo)尺生成模塊以及信號(hào)混合電路的供電輸入端相連并為其供電。電流信號(hào)采集電路的輸 入端與電磁線圈的輸出端相連，電流信號(hào)采集電路采用二次小互感線圈進(jìn)行電流信號(hào)的采 集，得到待傳輸?shù)哪M電流信號(hào)(記為電信號(hào)II)。直流標(biāo)尺生成模塊和交流標(biāo)尺生成模塊 分別生成一個(gè)固定的直流標(biāo)尺信號(hào)(記為電信號(hào)12)和交流標(biāo)尺信號(hào)(記為電信號(hào)13)。在 本采用光纖傳輸模擬信號(hào)的電子式電流互感器中，直流標(biāo)尺信號(hào)生成模塊采用直流輸出芯 片進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，如標(biāo)準(zhǔn)參考源芯片REF5020,交流標(biāo)尺信號(hào)生成模塊采用任意形式的正弦波發(fā) 生器實(shí)現(xiàn)。
[0036] 直流標(biāo)尺生成模塊和交流標(biāo)尺生成模塊生成的直流標(biāo)尺信號(hào)、交流標(biāo)尺信號(hào)以及 電流信號(hào)采集電路采集得到的待傳輸?shù)哪M電流信號(hào)一同被送入信號(hào)混合電路內(nèi)。信號(hào)混 合電路采用集成運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)，將直流標(biāo)尺信號(hào)、交流標(biāo)尺信號(hào)以及待傳輸?shù)哪M電流 信號(hào)進(jìn)行疊加，疊加形成混合電信號(hào)(記為電信號(hào)14)，然后將混合電信號(hào)（電信號(hào)14)送至 電信號(hào)轉(zhuǎn)換發(fā)射模塊。
[0037] 電信號(hào)轉(zhuǎn)換發(fā)射模塊包括：電光轉(zhuǎn)換電路以及光發(fā)射端口，光發(fā)射端口與光纖3 連接。信號(hào)混合電路的信號(hào)輸出端與電光轉(zhuǎn)換電路的信號(hào)輸入端相連，將混合電信號(hào)送入 電光轉(zhuǎn)換電路內(nèi)。電光轉(zhuǎn)換電路內(nèi)包括可見(jiàn)光發(fā)光管以及驅(qū)動(dòng)可見(jiàn)光發(fā)光管工作的外圍 電路。混合電信號(hào)（電信號(hào)14)進(jìn)入電光轉(zhuǎn)換電路之后，驅(qū)動(dòng)可見(jiàn)光發(fā)光管發(fā)光，實(shí)現(xiàn)電信 號(hào)-光信號(hào)的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換得到光信號(hào)(記為光信號(hào)S1)。電光轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換形成的光信號(hào)通 過(guò)光發(fā)射端口，由與光發(fā)射端口相連的光纖3進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。上述的穩(wěn)壓電源的電壓輸 出端同時(shí)與電光轉(zhuǎn)換模塊的電壓輸入端相連并為其供電。
[0038] 如圖3所示，由光發(fā)送端1發(fā)出的光信號(hào)(光信號(hào)S1)經(jīng)光纖3傳輸后送至光接收 端2,傳輸后的光信號(hào)(記為光信號(hào)S1'）由光接收端2內(nèi)的光信號(hào)接收轉(zhuǎn)換模塊接收得到。 光信號(hào)接收轉(zhuǎn)換模塊包括光接收端口以及光電轉(zhuǎn)換電路。光接收端口將接收到的光信號(hào)送 至光電轉(zhuǎn)換電路，在光電轉(zhuǎn)換電路內(nèi)完成光信號(hào)-電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換得到光接收端2的混 合電信號(hào)(記為電信號(hào)14'），光電轉(zhuǎn)換電路采用光電管(如光電二極管或光電三極管）實(shí)現(xiàn) 光信號(hào)-電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。光電轉(zhuǎn)換電路將轉(zhuǎn)換得到的混合電信號(hào)（電信號(hào)14'）送入信號(hào)調(diào) 理電路。
[0039] 信號(hào)調(diào)理電路包括：信號(hào)分離電路、信號(hào)跟蹤電路以及增益控制電路。光電轉(zhuǎn)換電 路的輸出端與信號(hào)分離電路的輸入端相連，將轉(zhuǎn)換得到的混合電信號(hào)（電信號(hào)14'）送入信 號(hào)分離模塊內(nèi)。信號(hào)分離模塊接收到混合電信號(hào)（電信號(hào)14'）之后，對(duì)該混合電信號(hào)（電信 號(hào)14'）進(jìn)行分離，分離得到三個(gè)模擬電流信號(hào)：模擬電流信號(hào)(記為電信號(hào)ΙΓ)、直流標(biāo)尺 信號(hào)(記為電信號(hào)12'）和交流標(biāo)尺信號(hào)(記為電信號(hào)13'）。信號(hào)分離電路可有源帶通濾波 器實(shí)現(xiàn)。
[0040] 如上所述，光發(fā)送端1生成的光信號(hào)(光信號(hào)S1)在傳輸過(guò)程中出現(xiàn)了一定程度的 衰減，衰減為光接收端2接收到的光信號(hào)(光信號(hào)S1'），衰減的原因包括光源的發(fā)光效率、 光纖連接器、光纖衰減、光電檢測(cè)器的效率等多個(gè)方面。因此，相比較光接收端2內(nèi)轉(zhuǎn)換得 到的混合電信號(hào)（電信號(hào)14'），在光發(fā)送端1內(nèi)轉(zhuǎn)換得到的的混合電信號(hào)（電信號(hào)14'）在傳 輸之后與光發(fā)送端1生成的光信號(hào)(光信號(hào)S1)出現(xiàn)了相同程度的衰減。進(jìn)一步的，在光發(fā) 送端1內(nèi)得到或生成的待傳輸?shù)哪M電流信號(hào)（電信號(hào)II)、直流標(biāo)尺信號(hào)（電信號(hào)12)和交 流標(biāo)尺信號(hào)（電信號(hào)13)在傳輸后也出現(xiàn)了相同程度的衰減，即由信號(hào)分離電路分離得到的 模擬電流信號(hào)（電信號(hào)ΙΓ)、直流標(biāo)尺信號(hào)（電信號(hào)12'）和交流標(biāo)尺信號(hào)（電信號(hào)13'）。
[0041] 混合電信號(hào)（電信號(hào)14'）在經(jīng)過(guò)信號(hào)分離電路分離之后，得到的模擬電流信號(hào)（電 信號(hào)ΙΓ)被送入信號(hào)跟蹤電路，信號(hào)分離電路根據(jù)實(shí)際需要將分離得到的直流標(biāo)尺信號(hào) (電信號(hào)12'）和/或交流標(biāo)尺信號(hào)（電信號(hào)13'）被送入增益控制電路。由于光發(fā)送端1內(nèi)生 成的直流標(biāo)尺信號(hào)（電信號(hào)12)和交流標(biāo)尺信號(hào)（電信號(hào)13)的參數(shù)已知，因此增益控制電 路內(nèi)的MCU通過(guò)對(duì)衰減前后的直流標(biāo)尺信號(hào)和交流標(biāo)尺信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)即可計(jì)算出直流標(biāo) 尺信號(hào)和交流標(biāo)尺信號(hào)在傳輸過(guò)程中的衰減系數(shù)。由上述可知，模擬電流信號(hào)（電信號(hào)II) 在傳輸過(guò)程中出現(xiàn)了與直、交流標(biāo)尺信號(hào)相同程度的衰減，即可通過(guò)直、交流標(biāo)尺信號(hào)的衰 減程度對(duì)模擬電流信號(hào)（電信號(hào)IΓ )進(jìn)行補(bǔ)償，使之恢復(fù)為待傳輸?shù)哪M電流信號(hào)(記為電 信號(hào)II)。增益控制電路根據(jù)傳輸前后的直、交流標(biāo)尺信號(hào)的幅值的比值計(jì)算出直、交流標(biāo) 尺信號(hào)在傳輸過(guò)程中的衰減系數(shù)，然后增益控制電路將計(jì)算出的直、交流標(biāo)尺信號(hào)的衰減 系數(shù)作為增益控制信號(hào)送至信號(hào)跟蹤電路中。信號(hào)跟蹤電路根據(jù)增益控制電路送入的增益 控制信號(hào)，對(duì)已由信號(hào)分離電路送入的模擬電流信號(hào)（電信號(hào)ΙΓ)進(jìn)行補(bǔ)償，使之恢復(fù)為電 流信號(hào)采集電路采集得到的待傳輸?shù)哪M電流信號(hào)（電信號(hào)11 )，在本采用光纖傳輸模擬信 號(hào)的電子式電流互感器中，信號(hào)跟蹤電路采用四象限模擬乘法器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬電流信號(hào) (電信號(hào)ΙΓ)的跟蹤及增益調(diào)節(jié)，信號(hào)跟蹤電路也可以通過(guò)增益可調(diào)放大器實(shí)現(xiàn)。信號(hào)跟 蹤電路的輸出端與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出電路的信號(hào)輸入端相連，信號(hào)跟蹤電路將補(bǔ)償后得到的模 擬電流信號(hào)（電信號(hào)II)送入標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出電路，由標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出電路對(duì)補(bǔ)償?shù)玫降哪M電 流信號(hào)（電信號(hào)Π)進(jìn)行再次調(diào)理，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要，將模擬電流信號(hào)（電信號(hào)II)調(diào) 理為滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求的模擬電流信號(hào)或模擬電壓信號(hào)，然后由標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出電路進(jìn)行輸 出。
[0042] 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非是對(duì)本發(fā)明作其它形式的限制，任 何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等 效實(shí)施例。但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所 作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種采用光纖傳輸模擬信號(hào)的電子式電流互感器，其特征在于：包括： 光發(fā)送端（1 )，線路一次側(cè)模擬電流信號(hào)接入光發(fā)送端（1)的輸入端，在光發(fā)送端（1) 內(nèi)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)后由光發(fā)送端（1)的輸出端將光信號(hào)輸出； 光接收端（2)，其輸入端與光發(fā)送端（1)的輸出端相連，接收光發(fā)送端（1)發(fā)出的光信 號(hào)，將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，將電信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償后輸出； 以及光纖（3 )，用于連接光接收端（2 )輸入端與光發(fā)送端（1)的輸出端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用光纖傳輸模擬信號(hào)的電子式電流互感器，其特征在于： 所述的光發(fā)送端（1)包括： 一電磁線圈，其輸入端接入線路一次側(cè)模擬電流信號(hào)； 一信號(hào)整合電路，其輸入端與電磁線圈的輸出端相連，將電磁線圈輸出的模擬電流信 號(hào)進(jìn)行疊加； 一供電電路，其輸入端同時(shí)與電磁線圈的輸出端相連，其輸出端與信號(hào)整合電路相連， 用于對(duì)光發(fā)送端（1)進(jìn)行供電； 一電信號(hào)轉(zhuǎn)換發(fā)射模塊，其信號(hào)輸入端與信號(hào)整合電路的輸出端相連，其供電輸入端 與供電電路的輸出端相連，其輸出端連接光纖（3)，將信號(hào)整合電路疊加后的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn) 換、輸出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用光纖傳輸模擬信號(hào)的電子式電流互感器，其特征在于： 所述的信號(hào)整合電路包括： 一電流信號(hào)采集電路，其輸入端與電磁線圈的輸出端相連，用于獲取電磁線圈輸出的 待傳輸?shù)哪M電流信號(hào)并進(jìn)行輸出； 一標(biāo)尺信號(hào)生成模塊，生成與待傳輸?shù)哪M電流信號(hào)相配合的標(biāo)尺信號(hào)； 一信號(hào)混合電路，其輸入端分別與電流信號(hào)采集電路以及標(biāo)尺信號(hào)生成模塊的輸出端 相連，其輸出端與所述的電信號(hào)轉(zhuǎn)換發(fā)射模塊的輸入端相連，將電流信號(hào)采集電路輸出的 待傳輸?shù)哪M電流信號(hào)以及標(biāo)尺信號(hào)生成模塊生成標(biāo)尺信號(hào)進(jìn)行疊加，使之成為混合電信 號(hào)； 電流信號(hào)采集電路、標(biāo)尺信號(hào)生成模塊、信號(hào)混合電路均與所述的供電電路相連并由 其供電。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的采用光纖傳輸模擬信號(hào)的電子式電流互感器，其特征在 于：所述的電信號(hào)轉(zhuǎn)換發(fā)射模塊包括： 一電光轉(zhuǎn)換電路，其輸入端與信號(hào)混合電路的輸出端相連，將信號(hào)混合電路輸出的混 合電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)； 一光發(fā)射端口，用于連接電光轉(zhuǎn)換電路與光纖（3 )，將電光轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換得到的光信號(hào) 進(jìn)行輸出； 電光轉(zhuǎn)換電路以及電信號(hào)轉(zhuǎn)換發(fā)射模塊均與所述的供電電路相連并由其供電。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的采用光纖傳輸模擬信號(hào)的電子式電流互感器，其特征在于： 所述的標(biāo)尺信號(hào)生成模塊包括：直流標(biāo)尺信號(hào)生成模塊以及交流標(biāo)尺信號(hào)生成模塊； 交流標(biāo)尺生成模塊由正弦波發(fā)生器實(shí)現(xiàn)，用以生成交流標(biāo)尺信號(hào)；直流標(biāo)尺信號(hào)生成 模塊用于生成直流標(biāo)尺信號(hào)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2~4任一項(xiàng)所述的采用光纖傳輸模擬信號(hào)的電子式電流互感器，其特 征在于：所述的供電電路包括： 一取電電路，其輸入端與電磁線圈的輸出端相連，其內(nèi)設(shè)置有整流電路以及穩(wěn)壓電路， 將電磁線圈獲取的電流源信號(hào)進(jìn)行整流、轉(zhuǎn)換得到電壓源信號(hào)； 一儲(chǔ)能元件，用于存儲(chǔ)電能； 一穩(wěn)壓電源，其輸出端與所述的電流信號(hào)采集電路、標(biāo)尺信號(hào)生成模塊、信號(hào)混合電 路、電光轉(zhuǎn)換電路以及電信號(hào)轉(zhuǎn)換發(fā)射模塊相連，用于輸出其工作所需的電壓； 以及一充放電管理模塊，其輸入端與取電電路的輸出端相連，其輸出端分別與儲(chǔ)能兀 件和穩(wěn)壓電源的輸入端相連，充放電管理模塊采用MCU實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能元件的充放電管理以及 穩(wěn)壓電源的電壓輸入。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用光纖傳輸模擬信號(hào)的電子式電流互感器，其特征在于： 所述的光接收端（2)包括： 一光信號(hào)接收轉(zhuǎn)換模塊，其輸入端通過(guò)光纖（3)與光發(fā)送端（1)相連，用于接收光發(fā)送 端（1)發(fā)出的光信號(hào)并將接收到的光信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換； 一信號(hào)調(diào)理電路，其輸入端與光信號(hào)接收轉(zhuǎn)換模塊的輸出端相連，將接收到的信號(hào)進(jìn) 行分離、補(bǔ)償、輸出。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的采用光纖傳輸模擬信號(hào)的電子式電流互感器，其特征在于： 所述的光信號(hào)接收轉(zhuǎn)換模塊包括： 光接收端口，與光纖（3 )連接，通過(guò)光纖（3 )與光發(fā)送端（1)相連； 光電轉(zhuǎn)換電路，其輸入端與光接收端口相連，將光接收端口接收到的的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為 電信號(hào)并輸出至信號(hào)調(diào)理電路。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的采用光纖傳輸模擬信號(hào)的電子式電流互感器，其特征在 于：所述的信號(hào)調(diào)理電路包括： 一信號(hào)分離電路，其輸入端與光電轉(zhuǎn)換電路的輸出端相連，將光電轉(zhuǎn)換電路輸出的電 信號(hào)進(jìn)行分離，分離得到模擬電流信號(hào)以及標(biāo)尺信號(hào)； 一增益控制電路，其輸入端與信號(hào)分離電路的輸出端相連，接收信號(hào)分離電路分離得 到的標(biāo)尺信號(hào)，并計(jì)算出標(biāo)尺信號(hào)在傳輸過(guò)程中的衰減系數(shù)，并將衰減系數(shù)作為增益控制 信號(hào)進(jìn)行輸出； 一信號(hào)跟蹤電路，其輸入端與信號(hào)分離電路的輸出端相連，接收信號(hào)分離電路分離得 到的模擬電流信號(hào)，信號(hào)跟蹤電路同時(shí)接收增益控制電路輸出的增益控制信號(hào)，通過(guò)增益 控制信號(hào)對(duì)接收到的模擬電流信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償、輸出。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的采用光纖傳輸模擬信號(hào)的電子式電流互感器，其特征在于： 在所述的光接收端（2)內(nèi)還設(shè)置有一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出電路，其輸入端與信號(hào)調(diào)理電路的輸出 端相連。
【文檔編號(hào)】G08C23/06GK104122428SQ201410378850
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年8月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月4日
【發(fā)明者】徐丙垠, 賈明娜, 王俊江, 王瑋, 王敬華, 張大明 申請(qǐng)人:青島科匯電氣有限公司, 山東科匯電力自動(dòng)化股份有限公司