CN113474664B - 用于电流和电压测量的方法和装置 - Google Patents

用于电流和电压测量的方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113474664B
CN113474664B CN202080016441.4A CN202080016441A CN113474664B CN 113474664 B CN113474664 B CN 113474664B CN 202080016441 A CN202080016441 A CN 202080016441A CN 113474664 B CN113474664 B CN 113474664B
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
scaling factor
digital signal
adc
scaling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202080016441.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113474664A (zh
Inventor
F·里佐
C·博纳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Energy Co ltd
Original Assignee
Hitachi Energy Switzerland AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Energy Switzerland AG filed Critical Hitachi Energy Switzerland AG
Publication of CN113474664A publication Critical patent/CN113474664A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113474664B publication Critical patent/CN113474664B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/08—Circuits for altering the measuring range
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/08—Circuits for altering the measuring range
    • G01R15/09—Autoranging circuits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G01R19/2513—Arrangements for monitoring electric power systems, e.g. power lines or loads; Logging
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/18—Automatic control for modifying the range of signals the converter can handle, e.g. gain ranging
    • H03M1/181—Automatic control for modifying the range of signals the converter can handle, e.g. gain ranging in feedback mode, i.e. by determining the range to be selected from one or more previous digital output values
    • H03M1/183—Automatic control for modifying the range of signals the converter can handle, e.g. gain ranging in feedback mode, i.e. by determining the range to be selected from one or more previous digital output values the feedback signal controlling the gain of an amplifier or attenuator preceding the analogue/digital converter
    • H03M1/185—Automatic control for modifying the range of signals the converter can handle, e.g. gain ranging in feedback mode, i.e. by determining the range to be selected from one or more previous digital output values the feedback signal controlling the gain of an amplifier or attenuator preceding the analogue/digital converter the determination of the range being based on more than one digital output value, e.g. on a running average, a power estimation or the rate of change
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R22/00—Arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. electricity meters
    • G01R22/06—Arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. electricity meters by electronic methods
    • G01R22/10—Arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. electricity meters by electronic methods using digital techniques
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/70—Smart grids as climate change mitigation technology in the energy generation sector
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/22—Flexible AC transmission systems [FACTS] or power factor or reactive power compensating or correcting units

Abstract

本发明涉及一种用于测量工业自动化和控制系统中的电信号的装置和方法。该装置包括：输入电路，其被构造成接收电输入信号(100)、通过缩放因子缩放电输入信号、以及根据缩放信号(110)设定缩放因子；模数转换器ADC(220)，其电连接到输入电路，其中，该ADC被构造成将经缩放的电输入信号(103)转换成中间数字信号(120)；以及第一信号路径(211)，其连接到ADC的数字端、被构造成创建缩放信号(110)并向输入电路发送缩放信号(110)，其中，基于采样周期的中间数字信号和采样周期的缩放因子，来设定针对后续采样周期的缩放因子。

Description

用于电流和电压测量的方法和装置
技术领域
本发明涉及工业自动化和控制系统中、特别是变电站或电网自动化系统中的电流和/或电压测量领域。特别地，本发明涉及一种用于这种系统中的电流和/或电压测量的装置和方法。
背景技术
电信号(诸如，电流和/或电压)的测量是工业自动化和控制系统中、特别是变电站或电网自动化系统中的一项重要任务。常常在变电站或电网自动化系统中，由诸如智能电子装置IED(例如，数字继电器、合并单元、过程级装置、或相量测量单元)之类的装置来测量初级仪表互感器的次级电流或电压。测得的信号被用于控制、计量以及保护应用。因此，被测量(measurand)的范围可以从标称电流或电压电平的一小部分到高倍数标称电平下的故障电流和故障电压。因此，测量装置需要高动态范围。这在现有技术中通过装置中的适合于不同被测量范围的几条硬件路径来实现。显然，这需要更多的硬件部件并增加了装置的成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于工业自动化和控制系统中、特别是变电站或电网自动化系统中的电流和/或电压测量的装置和方法，所述装置和方法在单个输入通道中具有高动态范围。输入通道包括输入电路、模数转换器ADC和数字部分，该输入电路主要包括模拟电子部件。在变电站和电网自动化中的若干个应用中，为了改进测量质量以及装置和操作员安全性，输入电路和ADC的模拟端可与输入通道的数字部分电流隔离。具有电流分离的ADC可能没有足够高的比特率或动态范围来覆盖单个输入通道中所需的被测量范围(即，其本身可具有低动态范围)，从而增加了本发明对这些应用的需求。此外，当需要电流隔离时，针对不同被测量范围采用不同输入通道的解决方案变得甚至更加昂贵。另外，该方法和装置必须符合保护应用的要求，其中，必须测量准瞬时过电流信号和波形伪影(waveformartefact)。此外，本发明可以用如具有低动态范围的ADC的相对便宜的电子部件来实施，并且除了ADC和数字信号处理器等之外，还可以用简单的分立部件(诸如，开关和电阻器)来实施，特别地，本发明可以在没有任何集成的可调增益放大器的情况下实施。
这些目的通过根据本发明的实施例来实现。示例性实施例从以下描述中显而易见。
本发明的第一方面涉及一种用于工业控制和自动化系统中、特别是变电站或电网自动化系统中的电流和/或电压测量的装置。此装置包括输入电路，该输入电路被构造成接收电输入信号(特别是模拟电信号)、通过缩放因子来缩放电输入信号、接收缩放信号、以及根据缩放信号将缩放因子设定到至少第一值或第二值。该装置进一步包括ADC(特别是delta-sigma ADC)，该ADC具有模拟端和数字端，该模拟端电连接到输入电路；ADC被构造成将经缩放的电输入信号转换为中间数字信号并在数字端处输出中间数字信号。该装置进一步包括第一信号路径(例如，反馈回路)，其中，第一信号路径连接到ADC的数字端并且被构造成创建缩放信号并向输入电路发送缩放信号。本文中，该装置被构造成基于(特别是仅基于)采样周期或时钟周期的中间数字信号和该采样周期或时钟周期的缩放因子(特别是在该采样周期或时钟周期期间)来设定针对后续采样周期或针对后续时钟周期的缩放因子。本文中，采样周期或时钟周期可以是第一信号路径的采样周期或时钟周期；后续采样周期或时钟周期可以是第一信号路径的后续采样周期或时钟周期。
该装置可进一步包括第二信号路径，该第二信号路径连接到ADC的数字端并且被构造成使用缩放因子从中间数字信号创建细化的数字信号，其中，第二信号路径具有第二采样率，例如，1kS/s到200kS/s，特别是20kS/s，并且第一信号路径具有高于第二采样率的第一采样率，特别地高至少2倍、5倍或10倍，例如，10kS/s到2000kS/s，特别是500kS/s。第二信号路径可进一步被构造成输出细化的数字信号以用于进一步处理，诸如用于输出到用户界面、用于创建时间临界消息和/或采样值消息、用于创建相量数据、用于收入计量(revenue metering)、和/或作为保护功能的输入。第一信号路径可进一步被构造成向第二信号路径发送缩放信号或缩放因子的指示。第二信号可进一步被构造成接收缩放信号或缩放信号的指示。
在实施例中，第一信号路径可进一步被构造成特别地使用缩放因子从中间数字信号创建辅助数字信号。这可例如通过将中间数字信号除以缩放因子、以及可能地与校正因子进一步相乘和/或应用一个或多个滤波器(并且特别是在不使用中间数字信号的时间变化和/或转换速率的情况下)来实现；例如，辅助数字信号可能不是针对后续采样周期的电输入信号的预计或预测值。该装置可被构造成通过将采样周期的辅助数字信号与至少一个阈值进行比较来设定针对后续采样周期的缩放因子。在实施例中，所述至少一个阈值可取决于采样周期的缩放因子。
ADC、第一信号路径、第二信号路径和/或装置可被构造成以时钟控制(clocked)方式操作。
通过示例的方式，缩放因子可具有至少第一值或第二值，其中第二值大于第一值。在这种情况下，该装置可被构造成如下进行采样周期的辅助数字信号与至少一个阈值的比较：当采样周期的缩放因子具有第二值并且采样周期的辅助数字信号为正且高于第一阈值时，该装置被构造成将针对后续采样周期的缩放因子设定到第一值；当采样周期的缩放因子具有第一值并且采样周期的辅助数字信号为正且低于第二阈值时，该装置被构造成将针对后续采样周期的缩放因子设定到第二值；当采样周期的缩放因子具有第二值并且采样周期的辅助数字信号为负且低于第三阈值时，该装置被构造成将针对后续采样周期的缩放因子设定到第一值；当采样周期的缩放因子具有第一值并且采样周期的辅助数字信号为负且高于第四阈值时，该装置被构造成将针对后续采样周期的缩放因子设定到第二值。在此示例中，一方面的第一阈值和第二阈值以及另一方面的第三阈值和第四阈值可一致或不同，特别地与第一阈值或第三阈值相差至少1％或5％。例如，第一阈值和第三阈值的绝对值可分别大于第二阈值和第四阈值的绝对值。这引入了具有迟滞的反馈回路，从而增加了测量的稳定性。
在实施例中，输入电路和ADC的模拟端与ADC的数字端、第一信号路径和第二信号路径电流隔离，特别地其中，ADC是被隔离的ADC，并且第一信号路径与输入电路分离，例如，通过隔离互感器和/或光隔离器来分离；输入电路和/或ADC的模拟端可使用与ADC的数字端、第一信号路径和/或第二信号路径的电压不同的电压源。
输入电路可包括一个或多个电阻器和开关(特别是作为分立部件)，该开关可由缩放信号控制，其中，该开关可具有至少第一状态和第二状态；输入电路可进一步被构造成至少在开关的第一状态和第二状态中的一者中通过所述一个或多个电阻器的子集上的电压降来缩放电输入信号；并且缩放因子可在开关处于第一状态时具有第一值并且在开关处于第二状态时具有第二值，特别地，其中，开关布置在输入电路中以使输入电路中的所述一个或多个电阻器中的至少一者连接/断连和/或短接。在这种情况下，ADC的模拟端可包括第一端子和第二端子，输入电路可包括连接到第一端子的第一线路、以及连接到第二端子的第二线路，其中，开关与所述一个或多个电阻器的子集的串联件(series)与第一线路和第二线路连接。
在进一步的实施例中，输入电路和/或装置可没有任何放大器和/或可编程/可变增益放大器(特别是作为分立部件)。
此外，第二信号路径可包括一个或多个滤波器，所述滤波器适于提高细化的数字信号的分辨率。
在实施例中，缩放因子可不大于1，即，它可以是1或更小。换言之，输入电路被构造成衰减电信号和/或不放大电信号。
该装置可以是智能电子装置中、变电站或电网自动化系统中的智能电子装置中、过程级装置中、合并单元中、数字继电器中、或相量测量单元中的用于模数转换的模块。
本发明的第二方面涉及智能电子装置、变电站或电网自动化系统中的智能电子装置、过程级装置、合并单元、数字继电器、或相量测量单元，包括根据本发明的第一方面的装置。
本发明的第三方面涉及一种用于工业控制和自动化系统中、特别是变电站或电网自动化系统中的电流和/或电压测量的方法。可以使用本发明的第一方面和/或第二方面的装置来执行该方法。该方法包括：
特别地通过输入电路接收(特别是模拟)电输入信号；
特别是在输入电路中通过具有至少第一值或第二值的缩放因子来缩放电输入信号；
特别地通过模数转换器ADC将经缩放的电输入信号转换为中间数字信号；
特别是使用缩放因子、特别地经由第一信号路径从中间数字信号创建辅助数字信号；
至少基于辅助数字信号(特别是采样周期或当前采样周期的辅助数字信号)来设定缩放因子，特别是针对后续时钟周期或采样周期的缩放因子。
本文中，可在不使用中间数字信号的时间变化和/或转换速率的情况下创建辅助数字信号；例如，辅助数字信号可能不是针对后续采样周期的电输入信号的预计或预测值。
该方法可进一步包括：特别地通过第二信号路径，使用缩放因子从中间数字信号创建细化的数字信号，其中，创建辅助数字信号比创建细化的数字信号执行得更快，特别地快至少2倍、5倍或10倍。
在实施例中，设定缩放因子可以是基于辅助数字信号和缩放因子的当前值。
本发明的这些和其他方面将从下文中所描述的实施例显而易见并参考这些实施例加以阐述。
附图说明
本发明的主题将参考附图中所图示的示例性实施例在以下文本中更详细地解释。
图1示意性地描绘了本发明的第一方面的实施例。
图2示意性地描绘了本发明的第一方面的进一步的实施例。
图3示意性地描绘了本发明的第一方面的进一步的实施例。
图4示意性地描绘了本发明的第一方面的进一步的实施例。
图5将缩放信号、中间数字信号和细化的数字信号的示例示意性地描绘为时间的函数。
图6将缩放信号、中间数字信号和细化的数字信号的进一步示例示意性地描绘为时间的函数。
图7将辅助数字信号的示例示意性地描绘为具有第一阈值、第二阈值、第三阈值和第四阈值的时间的函数。
附图中使用的附图标记及其含义在附图标记的列表中以摘要形式列出。原则上，相同的部分在附图中设置有相同的附图标记。
具体实施方式
将参考附图来更详细描述本发明，其中示出了示例性实施例。
在图1中，示意性地描绘了根据本发明的第一方面的装置的实施例。此处，输入电路包括：线路和端子，它们用于接收电输入信号100；衰减器/放大器235，其适于通过缩放因子来缩放电输入信号100；以及另外的线路，另外的线路将输入电路连接到ADC220的模拟端并且适于将经缩放的电输入信号103引导到ADC 220。电输入信号可以是AC或DC，并且可以是例如电输入电流或电输入电压。在电输入电流的情况下，可使用分流器来将电流转换为电压。衰减器/放大器235可以是任何类型的电或电子部件，其适于通过缩放因子来缩放电输入信号并且进一步适于接收缩放信号以根据该缩放信号来设定缩放因子(即，可由缩放信号控制)；缩放因子可以具有至少第一值和第二值。通过示例的方式，衰减器/放大器235可以是可变增益放大器、包括由开关、电阻器、增益放大器和晶体管组成的组中的一个或多个元件的组件。在实施例中，输入电路和/或衰减器/放大器235也可以没有任何放大器，特别是任何可编程/可变增益放大器。ADC 220将经缩放的电信号103转换为在ADC 220的数字端处输出的中间数字信号120。ADC 220可以是delta-sigma ADC或任何其他种类的ADC。第一信号路径211连接到ADC 220的数字端以接收中间数字信号120。在第一信号路径211中，可从中间数字信号120创建辅助数字信号，例如通过将辅助数字信号除以缩放因子、通过应用一个或多个滤波器(例如，用于提高辅助数字信号的分辨率)和/或通过与校正、转换和/或归一化因子相乘。因此，辅助数字信号可表示电输入信号100的估计值或可与其成比例。基于采样周期或时钟周期(例如，当前采样周期或当前时钟周期)的辅助数字信号，创建缩放信号110以设定针对后续采样周期或时钟周期的缩放因子。为此，缩放信号110可被延迟或同步。为了设定缩放因子，可将辅助数字信号与一个或多个阈值进行比较。例如，如果采样周期的辅助数字信号高于阈值；则可将针对后续采样周期的缩放因子设定到较低值，例如，设定到低于第二值的第一值。在实施例中，用于比较的所述一个或多个阈值和/或标准可取决于采样周期或时钟周期的缩放因子。例如，作为将辅助数字信号除以缩放因子的替代方案，可将所述至少一个阈值与缩放因子相乘。可在任何情况下或仅在缩放因子改变的情况下向输入电路发送缩放信号。换言之，第一信号路径211是用于输入电路或衰减器/放大器235中的电输入信号100的缩放、衰减和/或增益的反馈回路。在所述至少一个阈值取决于采样周期的缩放因子的情况下，可以实现反馈回路中的迟滞，从而稳定反馈回路，如下文进一步所示。由于辅助数字信号不需要高分辨率(即，最多几个滤波器或甚至没有滤波器必须应用于辅助数字信号)，并且辅助数字信号不被用于计算电输入信号的预测或预计值或电输入信号100的转换速率，因此可以非常快地向输入电路或衰减器/放大器235发送缩放信号110。换言之，可以以非常高的采样率创建缩放信号110和/或辅助数字信号，例如，第一信号路径211的采样率(即，第一采样率)可以在10kS/s、100kS/s到2000kS/s之间，特别是500kS/s。
中间数字信号120可被用于进一步处理，诸如用于输出到用户界面、用于创建时间临界消息和/或采样值消息、用于创建相量数据、用于收入计量、和/或作为保护功能的输入。为此，可从中间数字信号120和缩放因子创建细化的数字信号140，例如在连接到ADC220的数字端的第二信号路径212中。因此，第一信号路径211可被构造成向第二信号路径212发送缩放信号110或缩放因子的指示；第二信号路径212可被构造成接收缩放信号110或缩放因子的指示。细化的数字信号140可能需要比辅助数字信号更高的分辨率；但可以以较低的采样率加以处理。第二信号路径的典型采样率为1kS/s到90kS/s或200kS/s，特别是20kS/s；即，第一信号路径211具有高于第二信号路径212的采样率的采样率(即，第二采样率)，特别地高至少2倍或10倍。第一信号路径和/或第二信号路径可以至少部分地在微控制器、DSP、FPGA和/或ASIC中实现。ADC 220、第一信号路径211和/或第二信号路径212可以以时钟控制方式操作；为此，它们可接收时钟信号；ADC 220、第一信号路径211和/或第二信号路径212可以共同地连接到一个时钟或连接到不同的时钟；即，它们可具有共同的采样周期或不同的采样周期。
图2示意性地描绘了根据本发明的第一方面的进一步的实施例。输入电路包括电阻器R5和开关230，该开关具有第一状态(即，闭合状态)和第二状态(即，断开状态)，并且可由缩放信号110控制。经缩放的电输入信号103在开关230处于闭合状态时通过缩放因子1进行缩放，并且在断开状态下通过缩放因子RADC/(R5+RADC)进行缩放，其中RADC是ADC 220的输入电阻。此外，该装置包括时钟213，该时钟连接到ADC 220、第一信号路径211和第二信号路径212并向它们发送时钟信号180。
图3示意性地描绘了根据本发明的第一方面的进一步的实施例。输入电路包括若干个电阻器R1、R2、R3、R4和若干个接地GND触点。开关230具有第一状态(即，断开状态)和第二状态(即，闭合状态)，并且可由缩放信号110控制。在断开状态下，经缩放的电输入信号103通过缩放因子R2/(R1+R2)进行缩放，而在闭合状态下，经缩放的电输入信号103通过缩放因子R2||R3/(R1+R2||R3)进行缩放，其中R2||R3＝1/(R2-1+R3-1)。在此实施例中，在微控制器210中实现第一信号路径211和第二信号路径212。微控制器210包括时钟213，该时钟向第一信号路径211和第二信号路径212以及向ADC 220发送时钟信号180。在此实施例中，在一方面的输入电路、ADC的模拟端以及第一信号路径211、第二信号路径212和ADC 220的数字端之间存在由隔离屏障200指示的电流隔离。为此，该实施例包括隔离开关缓冲器240和隔离电源252，该隔离开关缓冲器对缩放信号110进行缓冲。此外，该实施例包括电源251，该电源向ADC 220的一部分、微控制器210、开关缓冲器240的一部分和隔离电源252提供供电电压170。隔离电源252向开关缓冲器240的另外的部分、开关230和ADC 220的另外的部分提供供电电压170。隔离屏障200可以通过隔离电源252中的隔离互感器和/或光隔离器、ADC220和开关缓冲器240来实现。
图4示意性地描绘了根据本发明的第一方面的进一步的实施例，该实施例类似于先前所描述的实施例。然而，电输入信号是电输入电流102。因此，输入电路包括将电流转换为电压的分流器RS；然后，在开关230的断开状态下，通过缩放因子R2/(R1+R2)来缩放电输入信号，且在开关230的闭合状态下，通过缩放因子R2||R3/(R1+R2||R3)来缩放电输入信号。可以将分流器RS的电阻作为校正因子应用于辅助数字信号和细化的数字信号，以从测得的电压来计算电流信号。
关于上文所公开的所有实施例，电阻器R1、R2、R3、R4和/或R5以及分流器RS和/或ADC输入电阻RADC可以是欧姆电阻器。
图5通过示例的方式将缩放信号110、中间数字信号120和细化的数字信号140描绘为时间的函数；曲线图的时间轴150以秒为单位给出，而信号轴160呈任意单位。由第一条信号路径给出的反馈回路具有迟滞，这导致针对下降和上升输入信号对缩放因子做出不对称切换行为。这样，即使在装置中存在电噪声的情况下，也可以实现稳定的切换行为。
相比之下，图6通过示例的方式将缩放信号110、中间数字信号120和细化的数字信号140描绘为时间的函数，其中，由第一信号路径给出的反馈回路没有迟滞。此处，由于装置中的电噪声，切换行为在阈值附近不稳定。
为了进一步图示，图7通过示例的方式将电输入信号130描绘为时间的函数，其中虚线指示第一阈值310、第二阈值320、第三阈值330和第四阈值340，其中，第一阈值310的绝对值大于第二阈值320的绝对值，并且第三阈值330的绝对值大于第四阈值340的绝对值。在此示例中，缩放因子可具有至少第一值或第二值，其中第二值大于第一值，并且该装置可被构造成如下进行采样周期的辅助数字信号与至少一个阈值310、320、330、340的比较：当采样周期的缩放因子具有第二值并且采样周期的辅助数字信号130为正且高于第一阈值310时，该装置被构造成将针对后续采样周期的缩放因子设定到第一值；当采样周期的缩放因子具有第一值并且采样周期的辅助数字信号130为正且低于第二阈值320时，该装置被构造成将针对后续采样周期的缩放因子设定到第二值；当采样周期的缩放因子具有第二值并且采样周期的辅助数字信号130为负且低于第三阈值330时，该装置被构造成将针对后续采样周期的缩放因子设定到第一值；当采样周期的缩放因子具有第一值并且采样周期的辅助数字信号130为负且高于第四阈值340时，该装置被构造成将针对后续采样周期的缩放因子设定到第二值。在此示例中，一方面的第一阈值310和第二阈值320以及另一方面的第三阈值330和第四阈值340是不同的，特别地分别与第一阈值或第三阈值相差至少1％或5％。这样，对于在第一阈值310与第二阈值320之间以及在第三阈值330与第四阈值340之间的信号，形成了缩放因子的无切换区，从而引入了防止不稳定切换行为的迟滞反馈，如图6中所图示的。
虽然已在附图和前面描述中详细描述了本发明，但是这种描述将被认为是图示性的或示例性的而不是限定性的。通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，可以理解和实现所公开的实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在不同权利要求中叙述某些元件或步骤的仅有事实并不指示这些元件或步骤的组合不能有利地使用，具体地，除了实际的权利要求从属性之外，任何进一步有意义的权利要求组合都应视为已公开。
附图标记列表
100 电输入信号
101 电输入电压
102 电输入电流
103 经缩放的电输入信号
R1、R2、R3、R4、R5 电阻器
GND 接地
110 缩放信号
120 中间数字信号
130 辅助数字信号
140 细化的数字信号
150 以秒为单位的时间轴
160 呈任意单位的信号轴
170 供电电压
180 时钟信号
200 隔离屏障
210 微控制器
211 第一信号路径
212 第二信号路径
213 时钟
220 ADC
230 开关
RS 分流器
235 衰减器/放大器
240 开关缓冲器
251 电源
252 隔离电源
310 第一阈值
320 第二阈值
330 第三阈值
340 第四阈值

Claims (17)

1.一种用于工业和自动化控制系统中的电流和/或电压测量的装置，所述装置包括：
输入电路，所述输入电路被构造成接收电输入信号(100、101、102)、通过缩放因子缩放所述电输入信号、接收缩放信号(110)、以及根据所述缩放信号(110)将所述缩放因子设定到至少第一值或第二值，
模数转换器ADC(220)，所述模数转换器具有模拟端和数字端，所述模拟端电连接到所述输入电路，其中，所述ADC被构造成将经缩放的电输入信号(103)转换成中间数字信号(120)并在所述数字端处输出所述中间数字信号(120)，
第一信号路径(211)，所述第一信号路径连接到所述ADC的所述数字端并且被构造成创建所述缩放信号(110)并向所述输入电路发送所述缩放信号(110)，以及
第二信号路径(212)，所述第二信号路径连接到所述ADC(220)的所述数字端并且被构造成使用所述缩放因子从所述中间数字信号(120)创建细化的数字信号(140)，
其中，所述装置被构造成基于采样周期的所述中间数字信号和所述采样周期的所述缩放因子来设定针对后续采样周期的所述缩放因子，并且
其中，所述第二信号路径(212)具有第二采样率，并且所述第一信号路径(211)具有高于所述第二采样率的第一采样率。
2.根据权利要求1所述的装置，
其中，所述第一信号路径(211)进一步被构造成从所述中间数字信号(120)创建辅助数字信号，并且其中，所述装置被构造成通过将所述采样周期的所述辅助数字信号与至少一个阈值进行比较来设定针对所述后续采样周期的所述缩放因子。
3.根据权利要求2所述的装置，
其中，所述至少一个阈值取决于所述采样周期的所述缩放因子。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，
所述输入电路和所述ADC(220)的所述模拟端与所述ADC(220)的所述数字端、所述第一信号路径(211)和所述第二信号路径(212)电流隔离。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，
所述输入电路包括一个或多个电阻器(R1、R2、R3、R4)和开关(230)，所述开关能够由所述缩放信号(110)控制，其中，所述开关(230)具有至少第一状态和第二状态；
所述输入电路被构造成至少在所述开关(230)的所述第一状态和所述第二状态中的一者中通过所述一个或多个电阻器(R5、R3)的子集上的电压降来缩放所述电输入信号(100)；并且
所述缩放因子在所述开关处于所述第一状态时具有所述第一值并且在所述开关处于所述第二状态时具有所述第二值。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，
所述ADC(220)的所述模拟端包括第一端子和第二端子，
所述输入电路包括连接到所述第一端子的第一线路、以及连接到所述第二端子的第二线路，
其中，所述开关(230)与所述一个或多个电阻器(R3)的所述子集的串联件与所述第一线路和所述第二线路连接。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，
其中，所述第二信号路径(212)包括一个或多个滤波器，所述滤波器适于提高所述细化的数字信号(140)的分辨率。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，
其中，所述ADC(220)是delta-sigma ADC。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，
其中，所述缩放因子是1或更小。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，所述装置是智能电子装置中、过程级装置中、或合并单元中的用于模数转换的模块。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述智能电子装置是变电站或电网自动化系统中的智能电子装置。
12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述工业和自动化控制系统是变电站或电网自动化系统。
13.一种智能电子装置、过程级装置、合并单元、数字继电器或相量测量单元，包括根据权利要求1至12中任一项所述的装置。
14.根据权利要求13所述的智能电子装置，其中，所述智能电子装置是变电站或电网自动化系统中的智能电子装置。
15.一种用于工业控制和自动化系统中的电流和/或电压测量的方法，所述方法包括：
接收电输入信号(100、101、102)；
通过具有至少第一值或第二值的缩放因子来缩放所述电输入信号(100、101、102)；
将经缩放的电输入信号转换成中间数字信号(120)；
从所述中间数字信号(120)创建辅助数字信号；
使用所述缩放因子从所述中间数字信号(120)创建细化的数字信号(140)；以及
至少基于所述辅助数字信号设定所述缩放因子，
其中，创建所述辅助数字信号比创建所述细化的数字信号(140)执行得更快。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，设定所述缩放因子是基于所述缩放因子的当前值和所述辅助数字信号。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述工业控制和自动化系统是变电站或电网自动化系统。
CN202080016441.4A 2019-02-25 2020-02-24 用于电流和电压测量的方法和装置 Active CN113474664B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19158992 2019-02-25
EP19158992.8 2019-02-25
PCT/EP2020/054762 WO2020173871A1 (en) 2019-02-25 2020-02-24 Method and device for current and voltage measurement

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113474664A CN113474664A (zh) 2021-10-01
CN113474664B true CN113474664B (zh) 2022-07-22

Family

ID=65576160

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080016441.4A Active CN113474664B (zh) 2019-02-25 2020-02-24 用于电流和电压测量的方法和装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11366144B2 (zh)
EP (1) EP3931581B1 (zh)
JP (1) JP7102626B2 (zh)
CN (1) CN113474664B (zh)
WO (1) WO2020173871A1 (zh)

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5296792A (en) * 1993-01-19 1994-03-22 Tektronix, Inc. Bidirectional chopper transconductance amplifier
FR2708161B1 (fr) 1993-06-28 1995-09-29 Suisse Electronique Microtech Convertisseur sigma-delta à plusieurs plages.
US6433723B1 (en) * 1998-07-30 2002-08-13 Siemens Power Transmission & Distribution, Inc. Analog-to-digital conversion with reduced error
US7277511B2 (en) * 2002-05-15 2007-10-02 Intellon Corporation Two-stage non-linear filter for analog signal gain control in an OFDM receiver
US6940445B2 (en) 2002-12-27 2005-09-06 Analog Devices, Inc. Programmable input range ADC
US6822595B1 (en) * 2003-06-18 2004-11-23 Northrop Grumman Corporation Extended range digital-to-analog conversion
JP4019221B2 (ja) * 2003-09-29 2007-12-12 株式会社日立製作所 アナログ・ディジタル変換装置
US7405683B1 (en) * 2004-05-27 2008-07-29 Cypress Semiconductor Corporation Extending the dynamic range in an energy measurement device
CN100517975C (zh) 2004-06-01 2009-07-22 三洋电机株式会社 根据系统状态动态变化的模拟数字转换器
US7916060B2 (en) * 2005-01-27 2011-03-29 Electro Industries/Gauge Tech. Intelligent electronic device having circuitry for noise reduction for analog-to-digital converters
US8666688B2 (en) * 2005-01-27 2014-03-04 Electro Industries/Gauge Tech High speed digital transient waveform detection system and method for use in an intelligent electronic device
US7834792B2 (en) 2005-06-17 2010-11-16 Analog Devices, Inc. Synchronous analog to digital conversion system and method
US20070067119A1 (en) * 2005-09-16 2007-03-22 Power Measurement Ltd. Rack-mounted power meter having removable metering options module
US7903008B2 (en) 2007-11-08 2011-03-08 National Instruments Corporation Source-measure unit based on digital control loop
US8212699B1 (en) 2008-09-16 2012-07-03 Semtech Corporation System and method for extending the overload range of a sigma delta ADC system by providing over-range quantization levels
US8346100B2 (en) 2009-10-12 2013-01-01 Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte. Ltd Apparatus and method for monitoring received optical power in an optical receiver over a wide range of received power with high accuracy
US8373586B2 (en) * 2010-03-18 2013-02-12 General Electric Company Configurable analog input circuit
CN102262172B (zh) 2010-05-31 2014-06-18 西门子公司 电力监测装置
US9063178B2 (en) 2011-07-27 2015-06-23 Eaton Corporation System for measuring current and method of making same
EP2746890B1 (en) * 2012-12-19 2017-09-27 Nxp B.V. Current monitoring circuits and methods
US9880802B2 (en) 2016-01-21 2018-01-30 Cirrus Logic, Inc. Systems and methods for reducing audio artifacts from switching between paths of a multi-path signal processing system
US10401402B2 (en) * 2016-07-26 2019-09-03 Aclara Technologies Llc Synchronized phasor measurement in power distribution networks
US10359449B2 (en) * 2017-03-29 2019-07-23 Analog Devices Global Current measurement techniques to compensate for shunt drift
EP3499807B1 (en) * 2017-12-12 2020-06-03 Nxp B.V. Reconfigurable ethernet receiver and an analog front-end circuit thereof
US10804859B2 (en) * 2018-12-10 2020-10-13 Analog Devices, Inc. Transimpedance amplifiers with feedforward current

Also Published As

Publication number Publication date
EP3931581B1 (en) 2022-10-26
WO2020173871A1 (en) 2020-09-03
JP2022514988A (ja) 2022-02-16
US11366144B2 (en) 2022-06-21
US20220043039A1 (en) 2022-02-10
EP3931581A1 (en) 2022-01-05
CN113474664A (zh) 2021-10-01
JP7102626B2 (ja) 2022-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2017219678B2 (en) Test device for testing a control unit of a switching apparatus of a switchgear
US11539357B2 (en) Smart electronic switch
CN113474664B (zh) 用于电流和电压测量的方法和装置
EP0897210B1 (en) Control circuit for distributed electrical equipment
US11349471B2 (en) Smart electronic switch
CN111551777B (zh) 一种双路脉冲信号比较检测电路
CN108879594B (zh) 一种服务器及其pol的过电流保护电路
AU2017221058B2 (en) Testing device and method for testing a control unit of a switching device of a switchgear installation
CN104660229A (zh) Pwm调制型设备及其输出功率限制电路
RU2504883C2 (ru) Автомат защиты от тока неисправности
KR100813808B1 (ko) 분해능이 향상된 전류 계측 회로 및 제어 방법과 이를이용한 디지털 보호 계전기
US20220271524A1 (en) Low-voltage circuit breaker and power measuring arrangement
EP4262161A1 (en) Universal binary input module
US9515480B2 (en) Power device for preventing malfunction
CN219659579U (zh) 一种电压补偿电路
US20120086410A1 (en) Capacitor charger system and digital control module and isolated acquisition module for such a capacitor charger system
CN211263593U (zh) 一种负载电流采样及调理电路
CN115102508A (zh) 电容耦合式斩波仪表放大器以及相关联的方法
KR100992346B1 (ko) 서지전압 측정장치
CN113178932B (zh) 短路保护电路、充电电源及电子设备
CN110767502B (zh) 用于调节线圈的电流的方法、控制器和系统
JP2019208294A (ja) 保護リレーのレンジ切替方法
Curcanu et al. New aspects concerning the comparison tests between the STL reference current shunt and an ICMET standard shunt, regarded in interference with the issues of the “CMC” concept

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: Swiss Baden

Applicant after: Hitachi energy Switzerland AG

Address before: Swiss Baden

Applicant before: ABB grid Switzerland AG

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20240115

Address after: Zurich, SUI

Patentee after: Hitachi Energy Co.,Ltd.

Address before: Swiss Baden

Patentee before: Hitachi energy Switzerland AG