CN106373380B - 一种电子式电流互感器信号的线性传输方法 - Google Patents

Abstract

一种电子式电流互感器信号的线性传输方法，属于电气测量领域。包括传感头、信号调理模块、偏置电压生成模块、偏置补偿生成模块、加法器、电/光转换模块、分光器、高压侧光/电转换模块、CPU、第一光纤、第二光纤、第三光纤、低压侧光/电转换模块、滤波模块和信号分离模块；母线电流信号经传感头输出至信号调理模块进行信号调理，信号调理模块输出与母线电流大小成比例的交流电压信号U _AC ，偏置电压生成模块生成直流偏置电压信号U _DC ，CPU计算并控制偏置补偿生成模块实际生成补偿电压ΔU _DC 。该装置及方法成本低廉、测试方法简单，实现了高压侧所施加的偏置电压的衰减与实际传输的交流信号衰减的一致相等性。

Description

一种电子式电流互感器信号的线性传输方法

技术领域

一种电子式电流互感器信号的线性传输方法，属于电气测量领域。

背景技术

电流互感器是电力系统生产、测量和保护用的重要设备，随着电力系统电压等级和容量的不断提高，传统的电磁式电流互感器已不能满足实际的生产需要，因此，新型的电子式电流互感器凭借其绝缘性能好、抗干扰能力强、尺寸小、造价低、测量动态范围宽、灵敏度高等优势而逐渐成为传统电磁式电流互感器的理想替代品。

目前，应用于电子式电流互感器的高压侧信号转换方式主要有压频（V/F）方式、模数（A/D）方式和光强调制方式。光强调制方式是将高压侧传感头输出的信号调理后，用模拟信号直接驱动发光管发光，利用发光管和光电管的线性区实现模拟信号的传输，由此利用光纤实现模拟信号的直接传输，该方式具有结构简单、功耗低、传输信号频带宽的优点，但光信号在整个传输过程中会受到光器件与光纤的耦合衰减、光纤自身衰减、发光管发光效率变化等因素的影响而使光信号的大小受到衰减。因此，光强调制方式在应用时必须施加一个能够衡量光信号衰减大小的参考信号；中国专利CN201410378964（一种利用光纤传输模拟电信号的方法及装置）提供了一种利用LED发光的线性区，将一个参考信号（直流或交流）与待测有用信号同时通过光纤传输，用参考信号的衰减对有用信号衰减进行校正的方法，该方法是光强调制的一种应用方式，但该方法难以对待测信号实现高精度测量。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题：

使用光强调制方式进行电子式电流互感器的高压侧信号传输设计时，简单地将直流偏置电压的衰减作为交流信号的衰减，所设计的电流互感器的精度不高。

经分析发现，出现上述问题的主要原因是：

由于光强调制方式利用发光管和光电管的线性区实现模拟信号传输，对光电二极管来说，其“光功率-感应电流”关系的线性关系是一直成立的，但对发光管来说则必须对其驱动电路施加一个直流偏置电压信号以将其静态工作点抬高至“发光功率-驱动电流”线性度良好的区域。上述方法中，由于可以不必人为注入其它信号，因此将该直流偏置电压信号直接作为光信号衰减的参考信号是一个最简单直接的方法，但由于发光管发光时死区电流的存在，导致其完整的“发光功率P-驱动电流I”关系并非是线性关系，致使该方法在使用时，直流偏置电压的衰减K _DC 与待测的交流信号的衰减K _AC 并非一致，即K _DC ≠K _AC 。因此，使用光强调制方式进行电子式电流互感器的高压侧设计时，简单地将直流偏置电压的衰减作为交流信号的衰减，所设计的电流互感器的精度不高的原因是K _DC ≠K _AC 所致。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种成本低廉、保证发光管在线性区工作、测试方法简单、可实现直流偏置电压的衰减与待测交流信号的衰减一致相等的电子式电流互感器信号的线性传输方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一方面，提出一种电子式电流互感器信号的线性传输装置，包括传感头、信号调理模块、偏置电压生成模块、偏置补偿生成模块、加法器、电/光转换模块、分光器、高压侧光/电转换模块、CPU、第一光纤、第二光纤、第三光纤、低压侧光/电转换模块、滤波模块和信号分离模块；所述传感头与信号调理模块相连，偏置电压生成模块、偏置补偿生成模块和信号调理模块都与加法器相连，加法器分别与电/光转换模块和CPU相连，CPU还与高压侧光电转换模块和偏置补偿生成模块相连，电/光转换模块经第一光纤连接分光器，分光器经第二光纤连接高压侧光/电转换模块，分光器经第三光纤连接低压侧光/电转换模块，低压侧光电转换模块与滤波模块相连，滤波模块与信号分离模块相连。

优选的，所述偏置补偿生成模块采用DA转换器，通过DA转换器生成偏置补偿信号。

优选的，所述电/光转换模块采用LED恒流驱动电路。

优选的，所述分光器为一分二的，且分光器的功率配比采用50:50、5:95、40:60、25:75中的任一配比。

优选的，所述电/光转换模块的输出信号是通过一分二的分光器变为第一信号和第二信号，第一信号作为高压侧反馈网络的监视信号，第二信号作为有效信号传输至低压侧。

另一方面，提出一种电子式电流互感器信号的线性传输方法，包括以下步骤：

S201，母线电流信号经传感头输出至信号调理模块进行信号调理；

S202，信号调理模块输出与母线电流大小成比例的交流电压信号U _AC ；

S203，偏置电压生成模块生成直流偏置电压信号U _DC ；

S204，CPU控制偏置补偿生成模块实际生成补偿电压ΔU _DC ；

S205，信号U _AC 、U _DC 及ΔU _DC 经加法器相加后输出信号U _IN ；

S206，电/光转换模块将电信号U _IN 变为光信号经第一光纤传至分光器；

S207，分光器输出第一信号和第二信号；

S208，第一信号经第二光纤送入高压侧光/电转换模块变为高压侧的反馈信号U _FB ；

S209，CPU同步采样U _IN 和U _FB 并计算ΔU _DC ，返回步骤S204；

S210，第二信号经第三光纤送入低压侧光/电转换模块变为有效输出信号U _OUT ；

S211，U _OUT 经滤波模块后送入信号分离模块进行信号分离；

S212，信号分离模块将U _OUT 分离为低压侧直流信号U” _DC 和交流信号U” _AC 。

优选的，所述步骤S209中CPU计算ΔU _DC 的方法包括基于最小二乘法的逐步逼近法和直接计算法中的任一种。

优选的，所述基于最小二乘法的逐步逼近法包括以下步骤：

S301，CPU首先控制偏置补偿生成模块输出补偿电压ΔU _DC =0；

S302，CPU同步采样U _IN 和U _FB ，获得至少40组（U _IN ，U _FB ）采样点；

S303，CPU根据步骤S302中的所有采样点计算高压侧反馈网络中交流信号的衰减系数K _AC ；

S304，CPU对步骤S302中的所有U _FB 求平均值，计算U _DC 在高压侧反馈网络中对应的U’ _DC ；

S305，CPU利用公式K _DC =U’ _DC /U _DC ，计算当前高压侧反馈网络中的偏置电压衰减系数K _DC ；

S306，CPU判断绝对值|K _DC ―K _AC |是否小于设定的阈值ε，若是，则返回步骤S302；否则进入步骤S307；

S307，CPU判断K _DC 是否小于K _AC ，若是，则进入步骤S308；否则进入步骤S309；

S308，按步长增加ΔU _DC ，返回步骤S304；

S309，按步长减少ΔU _DC ，返回步骤S304。

优选的，所述步骤S303中衰减系数K _AC 为CPU对至少40组采样点（U _IN ，U _FB ）进行最小二乘拟合计算得到的曲线的斜率值。

优选的，所述步骤S306中设定的阈值ε≤0.001。

优选的，所述步骤S308或步骤S309中的步长≤10mV。

优选的，所述基于最小二乘法的直接计算法包括以下步骤：

S401，CPU首先控制偏置补偿生成模块输出补偿电压ΔU _DC =0；

S402，CPU同步采样U _IN 和U _FB ，获得至少40组（U _IN ，U _FB ）采样点；

S403，CPU根据步骤S402中所有采样点，利用最小二乘法获得曲线U _FB =K·U _IN ―b；

S404，CPU依据公式ΔU _DC =b/K，直接计算ΔU _DC 。

优选的，所述步骤S403中的拟合曲线U _FB =K·U _IN ―b，K即为高压侧反馈网络中交流信号的衰减系数K _AC ，b为该曲线在U _FB 轴上的截距绝对值。

与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有的优点或有益效果是：

所述电子式电流互感器信号的线性传输装置的传感头输出的信号经信号调理模块后输出与母线电流大小成比例的交流电压信号U _AC ；偏置电压生成模块生成精度高且稳定的直流偏置电压信号U _DC ，偏置补偿生成模块生成一个直流偏置电压的补偿电压ΔU _DC 。U _AC 、U _DC 及ΔU _DC 三路信号送入加法器相加混合输出U _IN ，则U _IN 包含一个经过补偿的直流偏置信号和交流信号，U _IN 作为电/光转换模块（LED恒流驱动电路）的输入，可保证LED工作在其线性区。

与现有技术相比，上述技术方案中的另一个技术方案具有的优点或有益效果是：

所述电子式电流互感器信号的线性传输方法中，CPU对U _IN 和U _FB （U _FB 为分光器输出的第一信号经高压侧光/电转换模块后的信号）同时进行采样，从而得到多组（U _IN ，U _FB ）采样点（不少于40组）；CPU利用该多组采样点通过最小二乘拟合来获得高压侧反馈网络对应的K _AC 。为了得到当前的K _DC ，首先对采样得到的各U _FB 点计算平均值得到当前的U’ _DC ，再利用K _DC =U’ _DC /U _DC 算出当前的K _DC ，此后通过基于最小二乘原理的逐次逼近法和直接计算法中任一种方法来计算ΔU _DC ，确保当前的K _DC 与实际的K _AC 的一致相等性；从而解决了光强调制方式下，高压侧所施加的偏置电压的衰减与实际要传输的交流信号的衰减不一致相等的问题，同时也解决了采用光强调制方式进行电流互感器设计时存在的设计精度低的问题。

附图说明

图1 电子式电流互感器信号的线性传输装置结构框图。

图2 电子式电流互感器信号的线性传输方法流程框图。

图3 采用逐步逼近法的ΔU _DC 计算流程框图。

图4 采用直接计算法的ΔU _DC 计算流程框图。

图5 偏置补偿电压ΔU _DC 的计算原理示意图。

具体实施方式

图1~5是该电子式电流互感器信号的线性传输方法的最佳实施例，下面结合附图1~5对本发明电子式电流互感器信号的线性传输方法的具体实施方式做进一步详细说明。

参照图1：

图1是电子式电流互感器信号的线性传输装置结构框图，包括传感头、信号调理模块、偏置电压生成模块、偏置补偿生成模块、加法器、电/光转换模块、分光器、高压侧光/电转换模块、CPU、第一光纤、第二光纤、第三光纤、低压侧光/电转换模块、滤波模块和信号分离模块；传感头与信号调理模块相连，偏置电压生成模块、偏置补偿生成模块和信号调理模块都与加法器相连，加法器分别与电/光转换模块和CPU相连，CPU分别与高压侧光电转换模块和偏置补偿生成模块相连，电/光转换模块经第一光纤连接分光器，分光器经第二光纤连接高压侧光/电转换模块，分光器经第三光纤连接低压侧光/电转换模块，低压侧光电转换模块与滤波模块相连，滤波模块与信号分离模块相连。

偏置补偿生成模块采用DA转换器，通过DA转换器生成偏置补偿信号，DA转换器可采用AD5761、AD5721、AD5693、AD5062等实现。

电/光转换模块采用LED恒流驱动电路实现，LED可使用英飞凌公司的SFH757或是其它频带达到10MHz，波长为650nm或820nm的LED或其它相同性能的发光管。

分光器为一分二的，且分光器的功率配比采用50:50、5:95、40:60、25:75中的任一配比中的一种。

电/光转换模块的输出信号是通过一分二的分光器变为第一信号和第二信号，第一信号作为高压侧反馈网络的监视信号，第二信号作为有效信号传输至低压侧。

传感头可采用空心线圈、低功率铁芯线圈中的任一种。

信号调理模块采用对低功率铁芯线圈放大、对空心线圈积分和放大的调理技术。

偏置电压生成模块采用≤10V的电压基准芯片作为偏置电压源，如REF5040，ADR06等。

高压侧光电转换模块和低压侧光电转换模块均采用光电压模式下的基于光电二极管的电流-电压变换器电路，光电二极管选用感光波长包括600nm~800nm波段、且光电转换线性度好的光电二极管。

滤波模块可采用无源RC滤波器、有源RC滤波器中的任一种。

信号分离模块通过快速傅里叶变换FFT得到各频率分量信号即低压侧的直流信号U” _DC 和各种频率的交流信号U” _AC 的大小。

第一光纤、第二光纤和第三光纤均采用塑料光纤或石英光纤中的任一种。

CPU对加法器的输出和反馈网络中高压侧光/电转换模块的输出采样是同步进行的。

加法器将传感头经信号调理模块后的模拟信号U _AC 、直流偏置电压信号U _DC 和偏置补偿信号ΔU _DC 合并成一个输出信号U _IN 。

参照图2：

图2是电子式电流互感器信号的线性传输方法流程框图，包括以下步骤：

步骤S201，母线电流信号经传感头输出至信号调理模块进行信号调理；

步骤S202，信号调理模块输出与母线电流大小成比例的交流电压信号U _AC ；

步骤S203，偏置电压生成模块生成直流偏置电压信号U _DC ；

步骤S204，CPU控制偏置补偿生成模块实际生成补偿电压ΔU _DC ；

步骤S205，信号U _AC 、U _DC 及ΔU _DC 经加法器相加后输出信号U _IN ；

步骤S206，电/光转换模块将电信号U _IN 变为光信号经第一光纤传至分光器；

步骤S207，分光器输出第一信号和第二信号；

步骤S208，第一信号经第二光纤送入高压侧光/电转换模块变为高压侧的反馈信号U _FB ；

步骤S209，CPU同步采样U _IN 和U _FB 并计算ΔU _DC ，返回步骤S204；

步骤S210，第二信号经第三光纤送入低压侧光/电转换模块变为有效输出信号U _OUT ；

步骤S211，U _OUT 经滤波模块后送入信号分离模块进行信号分离；

步骤S212，信号分离模块将U _OUT 分离为低压侧直流信号U” _DC 和交流信号U” _AC 。

步骤S209中CPU计算ΔU _DC 的方法可以采用基于最小二乘法的逐步逼近法和直接计算法中的任一种。

参照图1装置和图2方法的母线信号线性传输实现过程：

传感头输出的信号经信号调理模块后输出与母线电流大小成比例的交流电压信号，记为U _AC ；偏置电压生成模块生成精度高且稳定的直流偏置电压信号U _DC （如5V），偏置补偿生成模块生成一个直流偏置电压的补偿电压ΔU _DC 。U _AC 、U _DC 及ΔU _DC 三路信号送入加法器相加混合，将加法器的输出记为U _IN ，即U _IN = U _AC +U _DC +ΔU _DC 。U _IN 包含一个经过补偿的直流偏置信号和交流信号；U _IN 作为电/光转换模块（LED恒流驱动电路）的输入，将电信号转变为光信号，该光信号也由直流和交流两部分组成。光信号由LED（如波长为650nm的红光LED）发出，LED经光纤接头（如ST接口）与第一光纤连接后将光信号送入一分二的分光器从而将光信号分两路输出，第一信号作为高压侧的反馈用信号，该路信号经过第二光纤送入高压侧光/电转换模块变为电信号，记为U _FB ，U _FB 因此也由直流和交流两部分组成。高压侧的CPU对加法器输出的U _IN 和反馈信号U _FB 同步进行采样，并根据两路信号的采样值按照偏置补偿电压计算方法算出偏置补偿电压ΔU _DC 的值，再控制偏置补偿生成模块实际生成ΔU _DC 。需要说明的是：装置上电后，CPU先控制输出的ΔU _DC 为0，随后根据两路信号的采样值及补偿计算方法算出ΔU _DC 的大小。而第二信号经一根较长的第三光纤传至低压侧，该信号也由直流和交流部分组成，经低压侧光/电转换模块转换为电信号，记为U _OUT ，经滤波模块滤除噪声，再经信号分离模块将U _OUT 分离为直流信号U” _DC 和交流信号U” _AC 。

参照图3：

图3是采用逐步逼近法的ΔU _DC 计算流程框图，包括以下步骤：

步骤S301，CPU首先控制偏置补偿生成模块输出补偿电压ΔU _DC =0；

步骤S302，CPU同步采样U _IN 和U _FB ，获得至少40组（U _IN ，U _FB ）采样点；

步骤S303，CPU根据步骤S302中的所有采样点计算高压侧反馈网络中交流信号的衰减系数K _AC ；

步骤S304，CPU对步骤S302中的所有U _FB 求平均值，计算U _DC 在高压侧反馈网络中对应的U’ _DC ；

步骤S305，CPU利用公式K _DC =U’ _DC /U _DC ，计算当前高压侧反馈网络中的偏置电压衰减系数K _DC ；

步骤S306，CPU判断绝对值|K _DC ―K _AC |是否小于设定的阈值ε，若是，则返回步骤S302；否则进入S307；

步骤S307，CPU判断K _DC 是否小于K _AC ，若是，则进入步骤S308；否则进入步骤S309；

步骤S308，按步长增加ΔU _DC ，返回步骤S304；

步骤S309，按步长减少ΔU _DC ，返回步骤S304。

步骤S303中衰减系数K _AC 为CPU对至少40组采样点（U _IN ，U _FB ）进行最小二乘拟合计算得到的曲线的斜率值。

步骤S306中设定的阈值ε≤0.001。

步骤S308或步骤S309中步长≤10mV。

实现过程：

装置上电工作时，CPU控制ΔU _DC 为0，进入加法器的仅有U _AC 和U _DC 信号，之后CPU对U _IN 和U _FB 同时进行采样，从而得到多组（U _IN ，U _FB ）采样点（不少于40组），CPU利用该多组采样点通过最小二乘拟合来获得拟合曲线，该曲线的斜率即为高压侧反馈网络对应的K _AC ，理论上两个（U _IN ，U _FB ）点即可计算出K _AC ，但由于噪声的存在，使得在实际计算时必须使用多组（U _IN ，U _FB ）拟合得到K _AC 。为了得到当前的K _DC ，首先对采样得到的各U _FB 点计算平均值得到当前的U’ _DC ，再利用K _DC =U’ _DC /U _DC 算出当前的K _DC ，此后判断当前的K _DC 与实际的K _AC 是否相等，判断两者是否相等只需判断两者差值的绝对值小于一个设定的阈值即可；如，只要两者差值的绝对值小于设定的阈值0.001即认为两者相等，否则认为不相等。两者相等时，说明ΔU _DC 补偿完毕，此后CPU继续通过采样、计算监视K _AC 是否发生变化；若两者不相等，则根据K _DC 与K _AC 的大小关系决定以设定的步长（通常小于10mV）对ΔU _DC 进行增加还是减小，每调整一次ΔU _DC 都要重新计算最新的K _DC 是否与K _AC 相等，若不相等，则继续调整ΔU _DC 直到K _DC 等于K _AC 。

该补偿算法在装置刚上电时由于ΔU _DC 初始值为0，因此首次使K _DC 调整至与K _AC 相等的时间较长（与设置的ΔU _DC 调整步长及CPU速度有关）。例如，U _DC 为5V，若ΔU _DC 调整到位为200mV，ΔU _DC 的调整步长为2mV，ΔU _DC 从0开始需要调整100次才能调整完毕；因此ΔU _DC 的首次调整时间较长。此后，由于K _AC 基本不发生变化，所以ΔU _DC 也不需要再调整，CPU只需监测K _AC 是否发生变化即可。K _AC 仅当LED温度变化或光纤与光电器件的耦合效率改变时才会变化，但由于此时的K _DC 是从与K _AC 具有相同的值开始调整，因此ΔU _DC 也只需很少次数的调整即可使K _DC 重新等于K _AC 。

参照图4：

图4是采用直接计算法的ΔU _DC 计算流程框图，包括以下步骤：

步骤S401，CPU首先控制偏置补偿生成模块输出补偿电压ΔU _DC =0；

步骤S402，CPU同步采样U _IN 和U _FB ，获得至少40组（U _IN ，U _FB ）采样点；

步骤S403，CPU根据步骤S402中的所有采样点，利用最小二乘法，获得拟合曲线U _FB = K·U _IN +b；

步骤S404，CPU依据公式ΔU _DC =b/K，直接计算ΔU _DC 。

步骤S403中的拟合曲线U _FB =K·U _IN ―b，K即为高压侧反馈网络中交流信号的衰减系数K _AC ，b为该曲线在U _FB 轴上的截距绝对值。

实现过程：

装置上电工作时，CPU控制ΔU _DC 为0，进入加法器的仅有U _AC 和U _DC 信号，由于U _AC 是交流信号，因此加法器的输出信号U _IN 是变化的，相应的U _FB 也是变化的。之后CPU对U _IN 和U _FB 同时进行采样，从而得到多组（U _IN ，U _FB ）采样点（不少于40组），CPU利用该多组采样点通过最小二乘拟合方法来获得拟合曲线。由于整个传输是在U _IN 和U _FB 传输关系的线性区完成的，因此利用这些（U _IN ，U _FB ）采样点拟合得到的U _IN 和U _FB 关系是一个线性关系，但该直线不会通过由U _IN 和U _FB 组成的平面坐标系的原点（有损耗），因此拟合后得到的直线关系为U _FB =K·U _IN ―b，K即为衰减系数K _AC ，b为该直线在U _FB 轴上的截距绝对值。ΔU _DC 的大小即为该直线在横轴U _IN 上的截距。因此，利用公式ΔU _DC =b/K可直接算出补偿所需的ΔU _DC 的大小。

这种ΔU _DC 的计算方法比逐次逼近法更直接简单，但精度比第一种略有降低。逐次逼近法在首次逐次逼近调整时较慢，之后CPU对K _AC 进行监视而对ΔU _DC 进行微调时的速度与直接计算ΔU _DC 调整的速度相同。

参照图5：

图5是偏置补偿电压ΔU _DC 的计算原理示意图，图中线1即高压侧加法器的输出U _IN 与光电转换后的反馈信号U _FB 的传输关系，线1也是实施例中唯一能够采到的数据。由于高压侧光/电转换模块中的光功率与感应电流可认为是标准的线性（倍数）关系，因此U _IN 与U _FB 关系曲线的形状与发光管LED的“发光功率P-驱动电流I”关系曲线的形状相同。

若ΔU _DC 为0，则U _IN =U _AC +U _DC ，由于信号传输是在线1的线性区完成的，将线1的线性部分做等效延长（线1的虚线部分），即得到U _IN 和U _FB 的实际传输关系，该直线的斜率即为U _AC 在高压侧反馈网络中的衰减系数K _AC （U _AC 的实际传输关系为线2）。若直流偏置电压为U _DC （即静态工作点为图中的A点），则反馈网络中偏置电压信号的衰减K _DC 为A点（U _DC ，U’ _DC ）与原点构成的直线的斜率，显然K _AC ≠K _DC ，也即使用K _DC 代替K _AC 是有误差的。

装置硬件决定了U _IN 和U _FB 的传输关系只能是线1的关系，且只要是在线1的线性区内，无论U _DC 怎样选取，U _AC 的衰减系数都是K _AC ；因此，若要使K _AC =K _DC ，必须使U _DC 对应的静态工作点与原点所构成直线的斜率等于K _AC ，即希望U _DC 对应的静态工作点为图中的A’点，为了达到这一目的，必须给U _DC 增加一个大小合适的补偿偏置电压ΔU _DC ，将U _DC +ΔU _DC 对应的真实静态工作点B对应的电压U’ _EDC 当做U _DC 对应的静态工作点A’，由于A’点在线2上，此时可以满足K _AC =K _DC 。

实施例提供的两种计算ΔU _DC 的方法：第一种方法，即通过按照设定步长以逐次逼近的方式计算出ΔU _DC 的合适大小，将（U _DC +计算中的ΔU _DC ）所对应的U’ _EDC 作为U’ _DC ，即认为K _DC =U’ _EDC /U _DC 。当U’ _EDC 达到合适的值时，若此时K _DC =K _AC ，则计算完毕，即此时的ΔU _DC 就是最终的直流偏置补偿的大小。第二种方法，即根据直流偏置补偿计算完成时，ΔU _DC 的大小即直线U _FB =K·U _IN +b在横轴U _IN 上的截距这个数学关系来直接得到。两种方法的实质都是以U _FB 和U _IN 关系的斜率作为ΔU _DC 的计算依据。

当偏置补偿模块输出的补偿电压ΔU _DC 满足上述关系时，对高压侧的反馈网络来说，U _IN 中的U _DC 对应U _FB 中的U’ _EDC ，即K _DC =U’ _EDC /U _DC ，K _AC =U’ _AC /U _AC （U’ _AC 为U _FB 中的交流部分），U _AC 为实际的待测信号；对传输至低压侧分离得到的U” _DC 和U” _AC 来说，直流偏置信号的衰减系数K’ _DC =U” _DC /U _DC ，交流待测信号的衰减系数K’ _AC =U” _AC /U _AC ，其中U” _DC 和U” _AC 可在低压侧测量或计算得到，由于高压侧的K _AC =K _DC ，且低压侧的光电转换的“光功率-感应电流”关系也是一个标准线性（倍数）关系，而U” _DC =α·U’ _EDC ，U” _AC =α·U’ _AC ，（α为分光器两路输出的分光比倍数及高低压两侧光/电转换模块倍数差异的总差异倍数），因此K’ _AC =K’ _DC 。据此可知高压侧反馈网络通过补偿一个偏置电压ΔU _DC 使K _AC =K _DC 的同时，也使传输至低压侧的信号对应的K’ _AC =K’ _DC 。对电流互感器应用来说，最终目的是计算出高压侧的U _AC 以计算母线电流值，由于K’ _AC =K’ _DC ，即U” _AC /U _AC = U” _DC /U _DC ，其中U _DC 为高压侧施加的固定大小的直流偏置电压，是一个已知量，U” _DC 和U” _AC 可以在低压侧采样后测量得到（如采样后用FFT算法算出各频率分量的大小），知道了以上3个量的大小，就可以计算出U _AC 的值，U _AC 与实际母线电流大小是一个倍数关系（该倍数取决于传感头线圈的匝数比以及信号调理电路的放大倍数），从而也就能计算出母线电流的大小。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种电子式电流互感器信号的线性传输方法，其特征在于：包括线性传输装置，线性传输装置包括传感头、信号调理模块、偏置电压生成模块、偏置补偿生成模块、加法器、电/光转换模块、分光器、高压侧光/电转换模块、CPU、第一光纤、第二光纤、第三光纤、低压侧光/电转换模块、滤波模块和信号分离模块；所述传感头与信号调理模块相连，偏置电压生成模块、偏置补偿生成模块和信号调理模块都与加法器相连，加法器分别与电/光转换模块和CPU相连，CPU还与高压侧光电转换模块和偏置补偿生成模块相连，电/光转换模块经第一光纤连接分光器，分光器经第二光纤连接高压侧光/电转换模块，分光器经第三光纤连接低压侧光/电转换模块，低压侧光电转换模块与滤波模块相连，滤波模块与信号分离模块相连；

包括以下步骤：

S201，母线电流信号经传感头输出至信号调理模块进行信号调理；

S202，信号调理模块输出与母线电流大小成比例的交流电压信号U _AC ；

S203，偏置电压生成模块生成直流偏置电压信号U _DC ；

S204，CPU控制偏置补偿生成模块实际生成补偿电压ΔU _DC ；

S205，信号U _AC 、U _DC 及ΔU _DC 经加法器相加后输出信号U _IN ；

S206，电/光转换模块将电信号U _IN 变为光信号经第一光纤传至分光器；

S207，分光器输出第一信号和第二信号；

S208，第一信号经第二光纤送入高压侧光/电转换模块变为高压侧的反馈信号U _FB ；

S209，CPU同步采样U _IN 和U _FB 并计算ΔU _DC ，返回步骤S204；

S210，第二信号经第三光纤送入低压侧光/电转换模块变为有效输出信号U _OUT ；

S211，U _OUT 经滤波模块后送入信号分离模块进行信号分离；

S212，信号分离模块将U _OUT 分离为低压侧直流信号U” _DC 和交流信号U” _AC 。

2.根据权利要求1所述的电子式电流互感器信号的线性传输方法，其特征在于：所述偏置补偿生成模块采用DA转换器，通过DA转换器生成偏置补偿信号。

3.根据权利要求1所述的电子式电流互感器信号的线性传输方法，其特征在于：所述电/光转换模块采用LED恒流驱动电路。

4.根据权利要求1所述的电子式电流互感器信号的线性传输方法，其特征在于：所述步骤S209中CPU计算ΔU _DC 的方法包括基于最小二乘法的逐步逼近法和直接计算法中的任一种。

5.根据权利要求4所述的电子式电流互感器信号的线性传输方法，其特征在于：所述基于最小二乘法的逐步逼近法包括以下步骤：

S301，CPU首先控制偏置补偿生成模块输出补偿电压ΔU _DC =0；

S302，CPU同步采样U _IN 和U _FB ，获得至少40组（U _IN ，U _FB ）采样点；

S303，CPU根据步骤S302中的所有采样点计算高压侧反馈网络中交流信号的衰减系数K _AC ；

S304，CPU对步骤S302中的所有U _FB 求平均值，计算U _DC 在高压侧反馈网络中对应的U’ _DC ；

S305，CPU利用公式K _DC =U’ _DC /U _DC ，计算当前高压侧反馈网络中的偏置电压衰减系数K _DC ；

S306，CPU判断绝对值|K _DC ―K _AC |是否小于设定的阈值ε，若是，则返回步骤S302；否则进入步骤S307；

S307，CPU判断K _DC 是否小于K _AC ，若是，则进入步骤S308；否则进入步骤S309；

S308，按步长增加ΔU _DC ，返回步骤S304；

S309，按步长减少ΔU _DC ，返回步骤S304。

6.根据权利要求5所述的电子式电流互感器信号的线性传输方法，其特征在于：所述步骤S303中衰减系数K _AC 为CPU对至少40组采样点（U _IN ，U _FB ）进行最小二乘拟合计算得到的曲线的斜率值。

7.根据权利要求5所述的电子式电流互感器信号的线性传输方法，其特征在于：所述步骤S306中设定的阈值ε≤0.001。

8.根据权利要求5所述的电子式电流互感器信号的线性传输方法，其特征在于：所述步骤S308或步骤S309中的步长≤10mV。

9.根据权利要求4所述的电子式电流互感器信号的线性传输方法，其特征在于：所述基于最小二乘法的直接计算法包括以下步骤：

S401，CPU首先控制偏置补偿生成模块输出补偿电压ΔU _DC =0；

S402，CPU同步采样U _IN 和U _FB ，获得至少40组（U _IN ，U _FB ）采样点；

S403，CPU根据步骤S402中所有采样点，利用最小二乘法获得曲线U _FB =K·U _IN ―b；

S404，CPU依据公式ΔU _DC =b/K，直接计算ΔU _DC 。