CN103185831A - 一种电流检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电流检测方法及装置，通过量程判定预先判断电流的量程并依据判定的量程选择相应的电流传感器，然后通过多路模拟开关选择电流传感器通道进行采样，接着通过数模转换模块转换为数字信号后输入到控制器，以及控制器发送触发信号对电流传感器进行断电处理，提出一种变压器中性点的、大范围的、可保证大范围内精度的电流检测方法。

Description

一种电流检测方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统监测技术领域，特别涉及一种电流检测方法及装置。

背景技术

变压器在电力系统中应用广泛，在目前的应用中，受到高压直流输电的接地极影响，两个处于不同直流电位的变电站经输电线路构成回路，将直流电流引入变压器中性点和变压器绕组，使得变压器出现直流偏磁现象，造成变压器噪声增大，振动加剧等，还可能发生过热以及交流电网的谐波畸变增大。因而，变压器中性点通过的直流电流要实时检测，如有异常可快速及时地向调度反映，通过这种方式来掌握及控制直流电流对变压器的影响。

变压器中性点的电流变化范围很大，通常在50A以内，但在某些情况下，可能会达到100A以上，这就给中性点电流的测量带来了很大的困难。由于受到直流偏磁的影响，变压器中性点的电流由直流和交流电流组成，常采用霍尔电流传感器测量，采用量程范围大的霍尔电流传感器，通常都是1％F.S.精度，在测量较小的电流时，测量误差太大。为了保证大范围内的电流测量精度，通常需采用多个不同量程的霍尔电流传感器，通过控制器比较、处理，选择精度高的测量结果。然而，在测量的过程中，对于量程较小的霍尔电流传感器可能处于过载5-30倍的状态，时间稍长就极易导致霍尔电流传感器的损坏。

经对现有技术文献的检索发现，申请号：200810161221.1的中国发明专利提出了一种采用多量程方式的电流采样霍尔传感器装置，采用量程不同的多个霍尔芯片，这样当检测电流较小时可以使用较小量程的霍尔芯片测出的电流值，而当检测电流较大时可使用较大量程的霍尔芯片测出的电流值，提高了采样电流的测量精度，然而这种结构的霍尔电流传感器需要根据特定的应用场合定制，且霍尔电流传感器的内部结构较为复杂，定制周期较长，价格昂贵，不易更换、维护；申请号：201010618569.6的中国发明专利提出了一种变压器中性点直流电流在线测量装置，该装置包括霍尔传感器、铜排、传输光纤、设置在箱体内的信号处理模块、光电功率转换模块以及测量信号光电转换电路模块和功率激光发射电路模块，其中铜排贯穿箱体两侧，所述霍尔传感器套设在箱体内的铜排上，信号处理模块用于接收所述霍尔传感器输出信号并转换成光信号且通过传输光纤输出至测量信号光电转换电路模块，测量信号光电转换电路模块用于将输入的光信号转换成电信号输出，光电功率转换模块用于给所述霍尔传感器和信号处理模块提供电源，功率激光发射电路模块用于向光电功率转换模块输入中等功率激光，该发明仅通过采用光纤供能及传输信号提高后续测量的稳定性和准确性而已，精度并不能保证，价格昂贵，且并未考虑宽范围的电流测量及在测量范围内保持精度的方法。

针对现有技术中的不足，提出一种变压器中性点的、大范围的、可保证大范围内精度的电流检测方法及装置是电力信号处理技术领域目前急待解决的问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提出了一种电流检测方法及装置，通过量程判定预先判断电流的量程并依据判定的量程选择相应的电流传感器，然后通过多路模拟开关选择电流传感器通道进行采样，接着通过数模转换模块转换为数字信号后输入到控制器，以及控制器发送触发信号对电流传感器进行断电处理，提出一种变压器中性点的、大范围的、可保证大范围内精度的电流检测方法。

为解决上述技术问题，本发明实施例的目的是通过以下技术方案实现的：

一种电流检测方法，包括：

步骤一、通过量程判定预先判断电流的量程；

步骤二、依据判定的量程选择相应的电流传感器；

步骤三、通过多路模拟开关选择电流传感器通道进行采样；

步骤四、通过数模转换模块转换为数字信号后输入到控制器；

步骤五、控制器发送触发信号对电流传感器进行断电处理。

优选的，上述步骤一中，是根据量程最大的电流传感器的测量结果，通过量程判定获得测量电流的范围。

优选的，上述步骤一中，量程判定包括两种方式，一种通过模拟电路判定，一种是采样到控制器内变换为数字信号后判定。

优选的，进一步包括如不需要改变量程，且通过模拟电路判定，控制器不需要延时等待直接通过多路模拟开关选择采样量程最大的霍尔电流传感器的测量结果。

优选的，进一步包括如不需要改变量程，且量程判定是通过采样到控制器内，则直接记录此次判定采样到的数据，延迟一个等待后循环到下一次采样。

优选的，上述步骤二中，如果需要其他量程的霍尔电流传感器工作，则控制器将信号通入相应的霍尔电流传感器的电源控制装置，使得该霍尔电流传感器上电工作。

优选的，上述步骤三中，所有的霍尔电流传感器的输入通道连接到多路模拟开关，控制器根据量程的判定结果，在延迟一段时间后，通过多路模拟开关选择该量程的霍尔电流传感器的通道。

优选的，上述步骤四中，将所选择量程的霍尔电流传感器的模拟信号转换为数字信号，输入到控制器中。

优选的，上述步骤五中，控制器发送一个触发信号，确保除量程最大的其他的霍尔电流传感器处于断电状态。

一种电流检测装置，包括判断单元、电流传感器单元、多路模拟开关单元、数模转换单元及控制器单元，通过量程判定预先判断电流的量程并依据判定的量程选择相应的电流传感器，然后通过多路模拟开关选择电流传感器通道进行采样，接着通过数模转换模块转换为数字信号后输入到控制器，以及控制器发送触发信号对电流传感器进行断电处理。

优选的，上述判断单元用于通过量程判定预先判断电流的量程。

优选的，上述电流传感器单元用于依据判定的量程选择相应的电流传感器。

优选的，上述多路模拟开关单元用于通过多路模拟开关选择电流传感器通道进行采样。

优选的，上述数模转换单元用于通过数模转换模块转换为数字信号后输入到控制器。

优选的，上述控制器单元用于控制器发送触发信号对电流传感器进行断电处理。

综上所述，本发明提供了一种电流检测方法及装置，通过量程判定预先判断电流的量程并依据判定的量程选择相应的电流传感器，然后通过多路模拟开关选择电流传感器通道进行采样，接着通过数模转换模块转换为数字信号后输入到控制器，以及控制器发送触发信号对电流传感器进行断电处理，提出一种变压器中性点的、大范围的、可保证大范围内精度的电流检测方法。

附图说明

图1为本发明实施例的方法流程图；

图2为本发明一具体实施例之电流采样装置示意图；

图3为本发明一具体实施例之电流采样方法流程示意图；

图4为本发明实施例的装置结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供的一种电流检测方法及装置，通过量程判定预先判断电流的量程并依据判定的量程选择相应的电流传感器，然后通过多路模拟开关选择电流传感器通道进行采样，接着通过数模转换模块转换为数字信号后输入到控制器，以及控制器发送触发信号对电流传感器进行断电处理，提出一种变压器中性点的、大范围的、可保证大范围内精度的电流检测方法。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

在本方案中，提出一种变压器中性点的、大范围的、可保证大范围内精度的电流检测方法，根据应用场合的需求选择同系列的多个量程的霍尔电流传感器组合起来，在采样之前通过量程判定预先判断电流的量程，根据判定的量程选择相应的霍尔电流传感器，通过多路模拟开关(MUX)选择该路采样，转换为数字信号后输入到控制器。

本发明实施例提供一种电流检测方法，如图1所示，具体步骤包括：

步骤一、通过量程判定预先判断电流的量程；

具体而言，在本发明实施例中，将根据应用场合的需求选择同系列的多个量程的霍尔电流传感器组合，量程的选定原则为保证测量范围内的相对精度，并尽量减少霍尔电流传感器的数量，根据测量范围首先选定量程最大的霍尔电流传感器，根据精度，确定该传感器在满足测量精度的要求下可测量到的最小电流，并以此确定2级霍尔电流传感器的量程，以此类推，直到可以保证整个电流测量范围内的精度。

进一步的，量程最大的霍尔电流传感器一直处于上电工作状态，不会产生过载，其他霍尔电流传感器在量程判定后决定是否上电工作，根据量程最大的霍尔电流传感器的测量结果，通过量程判定，得到测量电流的范围。量程判定有两种方式，一种通过模拟电路判定，一种是采样到控制器内变换为数字信号后判定。如不需要改变量程，且通过模拟电路判定，控制器不需要延时等待直接通过MUX(多路模拟开关)选择采样量程最大的霍尔电流传感器的测量结果；如不需要改变量程，且量程判定是通过采样到控制器内，则直接记录此次判定采样到的数据，延迟一个等待后循环到下一次采样。如需要改变量程测量，进行下一步骤。

步骤二、依据判定的量程选择相应的电流传感器；

具体而言，在本发明实施例中，根据上一步的判定结果，如果需要其他量程的霍尔电流传感器工作，则控制器将信号通入相应的霍尔电流传感器的电源控制装置，使得该霍尔电流传感器上电工作。

进一步的，本方案中的控制器信号通入到电源控制装置，直到霍尔电流传感器上电，需要一个时间延时，霍尔电流传感器上电后，直到检测到通入的电流也需要一个延迟，因此控制器需要设定一个延迟等待这一过程，设定的延迟要保证电源控制装置对霍尔电流传感器完成上电过程和霍尔电流传感器上电后完成测量过程。

步骤三、通过多路模拟开关选择电流传感器通道进行采样；

具体而言，在本发明实施例中，所有的霍尔电流传感器的输入通道连接到MUX(多路模拟开关)，控制器根据量程的判定结果，在延迟一段时间后，通过MUX(多路模拟开关)选择该量程的霍尔电流传感器的通道，使之进入ADC模块(数模转换模块)。

步骤四、通过数模转换模块转换为数字信号后输入到控制器；

具体而言，在本发明实施例中，将所选择量程的霍尔电流传感器的模拟信号转换为数字信号，输入到控制器中。

步骤五、控制器发送触发信号对电流传感器进行断电处理。

具体而言，在本发明实施例中，控制器接收到所需要的数据量后，在确定一次采样结束后，不论除量程最大的其他霍尔电流传感器是否上电工作，此时都发送一个触发信号，确保除量程最大的其他的霍尔电流传感器处于断电状态，如果使用了其他霍尔电流传感器，如此可确保霍尔电流传感器的所必须的工作时间最短，将可能出现的大电流导致的过载损坏几率降到最低。

进一步的，本发明实施例测量的变压器中性点电流的测量范围为：0～±120A，相对精度低于±5％，选择的霍尔电流传感器的精度为±1％F.S.，量程最大的霍尔电流传感器的量程选定为120A，符合相对精度要求可测量到的最小电流为24A，2级的霍尔电流传感器的量程选定为25A，精度同样为±1％F.S.，符合相对精度要求可测量到的最小电流为5A，3级的霍尔电流传感器的量程选定为5A，精度同样为±1％F.S.，符合精度要求可测量到的最小电流为1A，对于变压器中性点的电流来说，1A以下的电流并不影响变压器的运行，因此不需要关注，采用此3个霍尔电流传感器即可满足测量要求。

如图2所示，本发明一具体实施例包括：3个霍尔电流传感器、2个电源控制装置、MUX(多路模拟开关)、ADC模块(数模转换模块)、量程判定和控制器，其中：霍尔电流传感器1的量程最大，一直上电工作不需要电源控制装置，霍尔电流传感器2和3都需要电源控制装置，MUX用于选择输入的霍尔电流传感器通道，ADC模块将霍尔电流传感器的模拟信号转换为数字信号输入到控制器，量程判定采用模拟电路判断电流的量程，以选择工作的电流霍尔传感器。

如图3所示，发明一具体实施例的流程图步骤为：

1、测量电流的量程判定

霍尔电流传感器1一直处于上电工作状态，不会产生过载，根据其测量结果，通过量程判定，得到电流的量程范围，如不需要改变量程，控制器不需要延时等待直接通过MUX选择采样霍尔电流传感器1的数据，如需要改变量程测量，进行下一步骤。

2、相应的电流传感器上电

根据上一步的判定结果，如果需要霍尔电流传感器2或3工作，则控制器将信号通入相应的霍尔电流传感器的电源控制装置，使得该霍尔电流传感器上电工作。

3、延迟等待

所采用的电源控制装置由驱动型光耦合器FOD3180组成，可在6us内完成上电过程。霍尔电流传感器上电后，到可测量通入的电流所需要的延迟不超过2us，因此控制器设定延迟等待10us。

4、MUX(多路模拟开关)选择相应的电流传感器通道

所有的霍尔电流传感器的输入通道连接到MUX(多路模拟开关)，控制器根据量程的判定结果，在延迟一段时间后，通过MUX(多路模拟开关)选择该量程的霍尔电流传感器的通道，使之进入ADC模块(数模转换模块)。

5、ADC模块(数模转换模块)

将所选择量程的霍尔电流传感器测量到的模拟信号转换为数字信号，通入到控制器中，控制器接收到所需要的数据量后，进入下一步。

6、确保断电

在确定一次采样结束后，不论霍尔电流传感器2和3是否上电工作，此时都发送一个触发信号，确保霍尔电流传感器2和3处于断电状态，进入下一个采样周期。

另外，本发明实施例还提供一种电流检测装置。如图4所示，为本发明实施例提供的一种电流检测装置示意图。

一种电流检测装置，包括判断单元11、电流传感器单元22、多路模拟开关单元33、数模转换单元44及控制器单元55。

判断单元11，用于通过量程判定预先判断电流的量程；

具体而言，在本发明实施例中，将根据应用场合的需求选择同系列的多个量程的霍尔电流传感器组合，量程的选定原则为保证测量范围内的相对精度，并尽量减少霍尔电流传感器的数量，根据测量范围首先选定量程最大的霍尔电流传感器，根据精度，确定该传感器在满足测量精度的要求下可测量到的最小电流，并以此确定2级霍尔电流传感器的量程，以此类推，直到可以保证整个电流测量范围内的精度。

进一步的，量程最大的霍尔电流传感器一直处于上电工作状态，不会产生过载，其他霍尔电流传感器在量程判定后决定是否上电工作，根据量程最大的霍尔电流传感器的测量结果，通过量程判定，得到测量电流的范围。量程判定有两种方式，一种通过模拟电路判定，一种是采样到控制器内变换为数字信号后判定。如不需要改变量程，且通过模拟电路判定，控制器不需要延时等待直接通过MUX(多路模拟开关)选择采样量程最大的霍尔电流传感器的测量结果；如不需要改变量程，且量程判定是通过采样到控制器内，则直接记录此次判定采样到的数据，延迟一个等待后循环到下一次采样。如需要改变量程测量，进行下一步骤。

电流传感器单元22，用于依据判定的量程选择相应的电流传感器；

具体而言，在本发明实施例中，根据上一步的判定结果，如果需要其他量程的霍尔电流传感器工作，则控制器将信号通入相应的霍尔电流传感器的电源控制装置，使得该霍尔电流传感器上电工作。

进一步的，本方案中的控制器信号通入到电源控制装置，直到霍尔电流传感器上电，需要一个时间延时，霍尔电流传感器上电后，直到检测到通入的电流也需要一个延迟，因此控制器需要设定一个延迟等待这一过程，设定的延迟要保证电源控制装置对霍尔电流传感器完成上电过程和霍尔电流传感器上电后完成测量过程。

多路模拟开关单元33，用于通过多路模拟开关选择电流传感器通道进行采样；

具体而言，在本发明实施例中，所有的霍尔电流传感器的输入通道连接到MUX(多路模拟开关)，控制器根据量程的判定结果，在延迟一段时间后，通过MUX(多路模拟开关)选择该量程的霍尔电流传感器的通道，使之进入ADC模块(数模转换模块)。

数模转换单元44，用于通过数模转换模块转换为数字信号后输入到控制器；

具体而言，在本发明实施例中，将所选择量程的霍尔电流传感器的模拟信号转换为数字信号，输入到控制器中。

控制器单元55，用于控制器发送触发信号对电流传感器进行断电处理。

具体而言，在本发明实施例中，控制器接收到所需要的数据量后，在确定一次采样结束后，不论除量程最大的其他霍尔电流传感器是否上电工作，此时都发送一个触发信号，确保除量程最大的其他的霍尔电流传感器处于断电状态，如果使用了其他霍尔电流传感器，如此可确保霍尔电流传感器的所必须的工作时间最短，将可能出现的大电流导致的过载损坏几率降到最低。

进一步的，本发明实施例测量的变压器中性点电流的测量范围为：0～±120A，相对精度低于±5％，选择的霍尔电流传感器的精度为±1％F.S.，量程最大的霍尔电流传感器的量程选定为120A，符合相对精度要求可测量到的最小电流为24A，2级的霍尔电流传感器的量程选定为25A，精度同样为±1％F.S.，符合相对精度要求可测量到的最小电流为5A，3级的霍尔电流传感器的量程选定为5A，精度同样为±1％F.S.，符合精度要求可测量到的最小电流为1A，对于变压器中性点的电流来说，1A以下的电流并不影响变压器的运行，因此不需要关注，采用此3个霍尔电流传感器即可满足测量要求。

如图2所示，本发明一具体实施例包括：3个霍尔电流传感器、2个电源控制装置、MUX(多路模拟开关)、ADC模块(数模转换模块)、量程判定和控制器，其中：霍尔电流传感器1的量程最大，一直上电工作不需要电源控制装置，霍尔电流传感器2和3都需要电源控制装置，MUX用于选择输入的霍尔电流传感器通道，ADC模块将霍尔电流传感器的模拟信号转换为数字信号输入到控制器，量程判定采用模拟电路判断电流的量程，以选择工作的电流霍尔传感器。

如图3所示，发明一具体实施例的流程图步骤为：

1、测量电流的量程判定

霍尔电流传感器1一直处于上电工作状态，不会产生过载，根据其测量结果，通过量程判定，得到电流的量程范围，如不需要改变量程，控制器不需要延时等待直接通过MUX选择采样霍尔电流传感器1的数据，如需要改变量程测量，进行下一步骤。

2、相应的电流传感器上电

根据上一步的判定结果，如果需要霍尔电流传感器2或3工作，则控制器将信号通入相应的霍尔电流传感器的电源控制装置，使得该霍尔电流传感器上电工作。

3、延迟等待

所采用的电源控制装置由驱动型光耦合器FOD3180组成，可在6us内完成上电过程。霍尔电流传感器上电后，到可测量通入的电流所需要的延迟不超过2us，因此控制器设定延迟等待10us。

4、MUX(多路模拟开关)选择相应的电流传感器通道

所有的霍尔电流传感器的输入通道连接到MUX(多路模拟开关)，控制器根据量程的判定结果，在延迟一段时间后，通过MUX(多路模拟开关)选择该量程的霍尔电流传感器的通道，使之进入ADC模块(数模转换模块)。

5、ADC模块(数模转换模块)

将所选择量程的霍尔电流传感器测量到的模拟信号转换为数字信号，通入到控制器中，控制器接收到所需要的数据量后，进入下一步。

6、确保断电

在确定一次采样结束后，不论霍尔电流传感器2和3是否上电工作，此时都发送一个触发信号，确保霍尔电流传感器2和3处于断电状态，进入下一个采样周期。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

综上所述，本文提供了一种电流检测方法及装置，通过量程判定预先判断电流的量程并依据判定的量程选择相应的电流传感器，然后通过多路模拟开关选择电流传感器通道进行采样，接着通过数模转换模块转换为数字信号后输入到控制器，以及控制器发送触发信号对电流传感器进行断电处理，提出一种变压器中性点的、大范围的、可保证大范围内精度的电流检测方法。

以上对本发明所提供的一种电流检测方法及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方案；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (15)

1.一种电流检测方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤一、通过量程判定预先判断电流的量程；

步骤二、依据判定的量程选择相应的电流传感器；

步骤三、通过多路模拟开关选择电流传感器通道进行采样；

步骤四、通过数模转换模块转换为数字信号后输入到控制器；

步骤五、控制器发送触发信号对电流传感器进行断电处理。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述步骤一中，是根据量程最大的电流传感器的测量结果，通过量程判定获得测量电流的范围。

3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述步骤一中，量程判定包括两种方式，一种通过模拟电路判定，一种是采样到控制器内变换为数字信号后判定。

4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，进一步包括如不需要改变量程，且通过模拟电路判定，控制器不需要延时等待直接通过多路模拟开关选择采样量程最大的霍尔电流传感器的测量结果。

5.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，进一步包括如不需要改变量程，且量程判定是通过采样到控制器内，则直接记录此次判定采样到的数据，延迟一个等待后循环到下一次采样。

6.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述步骤二中，如果需要其他量程的霍尔电流传感器工作，则控制器将信号通入相应的霍尔电流传感器的电源控制装置，使得该霍尔电流传感器上电工作。

7.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述步骤三中，所有的霍尔电流传感器的输入通道连接到多路模拟开关，控制器根据量程的判定结果，在延迟一段时间后，通过多路模拟开关选择该量程的霍尔电流传感器的通道。

8.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述步骤四中，将所选择量程的霍尔电流传感器的模拟信号转换为数字信号，输入到控制器中。

9.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述步骤五中，控制器发送一个触发信号，确保除量程最大的其他的霍尔电流传感器处于断电状态。

10.一种电流检测装置，其特征在于，所述检测装置包括判断单元、电流传感器单元、多路模拟开关单元、数模转换单元及控制器单元，通过量程判定预先判断电流的量程并依据判定的量程选择相应的电流传感器，然后通过多路模拟开关选择电流传感器通道进行采样，接着通过数模转换模块转换为数字信号后输入到控制器，以及控制器发送触发信号对电流传感器进行断电处理。

11.根据权利要求10所述的检测装置，其特征在于，所述判断单元用于通过量程判定预先判断电流的量程。

12.根据权利要求10所述的检测装置，其特征在于，所述电流传感器单元用于依据判定的量程选择相应的电流传感器。

13.根据权利要求10所述的检测装置，其特征在于，所述多路模拟开关单元用于通过多路模拟开关选择电流传感器通道进行采样。

14.根据权利要求10所述的检测装置，其特征在于，所述数模转换单元用于通过数模转换模块转换为数字信号后输入到控制器。

15.根据权利要求10所述的检测装置，其特征在于，所述控制器单元用于控制器发送触发信号对电流传感器进行断电处理。

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