CN204925375U - 分布式光伏并网发电用在线校准畸变电流传感装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分布式光伏并网发电用在线校准畸变电流传感装置。铁芯材料的饱和及磁滞等特点使得目前的电流互感器在测量谐波电流时准确度低；罗氏线圈长期使用过程中存在着线圈冷热膨胀、积分还原电路元器件温漂等问题，因此准确度较低且不稳定。本实用新型包括第一线圈、第二线圈、第三线圈、铁芯、第四线圈、第一电阻、第一运算放大器、第二电阻、第三电阻、电容、第二运算放大器、模数转换器、微处理器和RS485通信接口；第一线圈的同名端与第三线圈的非同名端构成传感装置的输入端口，RS485通信接口为传感装置的输出端口。本实用新型具有罗氏线圈和电流互感器两个一次电流传感器，因可以相互进行运行状态监督，提高了传感装置的可靠性。

Description

分布式光伏并网发电用在线校准畸变电流传感装置

技术领域

本实用新型属于电磁测量技术领域，尤其是一种分布式光伏并网发电用在线校准畸变电流传感装置。

背景技术

分布式光伏并网发电是太阳能光伏发电的主要形式。目前先进的光伏并网发电系统多采用模块化结构，每个组串式结构光伏组件通过相应的模块化DC/DC变换器与直流母线相连，直流母线和低压配电网之间采用多个模块化DC/AC变换器发电系统或集中式DC/AC变换器发电系统，这些DC/AC变换器可提供本地用户负载所需的全部或部分无功功率和谐波电流，DC/AC变换器需要进行各次谐波电流的控制输出，光伏并网发电系统需要进行基波及各次谐波功率的计量，因此需要具有一定准确度的周期性畸变电流传感装置。

目前常用的电流传感装置有电流互感器和罗氏线圈两种。电流互感器由于使用了铁芯，因此基波电流测量准确度高且长期稳定性好，但是铁芯材料的饱和及磁滞等特点使得电流互感器在测量谐波电流时准确度低。罗氏线圈由于使用了非磁性材料骨架，因此具有不饱和及频带宽的优点，但是长期使用过程中存在着线圈冷热膨胀、积分还原电路元器件温漂等问题，因此准确度较低且不稳定。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种分布式光伏并网发电用在线校准畸变电流传感装置，它能对分布式光伏并网发电系统周期性畸变电流的基波及各次谐波进行准确的传感。

为此，本实用新型采用如下的技术方案：分布式光伏并网发电用在线校准畸变电流传感装置，包括第一线圈、第二线圈、第三线圈、铁芯、第四线圈、第一电阻、第一运算放大器、第二电阻、第三电阻、电容、第二运算放大器、模数转换器、微处理器和RS485通信接口；

所述的第一线圈和第二线圈均匀绕制在非磁性圆环骨架上，构成罗氏线圈；第三线圈和第四线圈均匀绕制在闭环铁芯上，构成电流互感器；第一运算放大器构成电压跟随器；第二电阻、第三电阻、电容和第二运算放大器构成有损积分器；

第二电阻的一端分别与第三电阻的一端、电容的一端和第二运算放大器的反相输入端相连接，第二运算放大器的同相输入端与地相连接，第三电阻的另一端、电容的另一端和第二运算放大器的输出端相连接，第二电阻的另一端为有损积分器的输入端，第二运算放大器的输出端为有损积分器的输出端；

模数转换器具有第一模拟量输入端和第二模拟量输入端，有损积分器的输出端与模数转换器的第一模拟量输入端相连接；第一线圈的非同名端与第三线圈的同名端相连接，第二线圈的同名端与电压跟随器的输入端相连接，电压跟随器的输出端与有损积分器的输入端相连接，第二线圈的非同名端与地相连接，第四线圈的同名端分别与第一电阻的一端和模数转换器的第二模拟量输入端相连接，第四线圈的非同名端分别与第一电阻的另一端和地相连接，微处理器接收来自模数转换器的两路数字信号并经过计算后将计算值通过RS485通信接口输出；

第一线圈的同名端与第三线圈的非同名端构成分布式光伏并网发电用在线校准畸变电流传感装置的输入端口，当第一线圈和第三线圈的匝数均为1时，该分布式光伏并网发电用在线校准畸变电流传感装置为一次电流母线式结构，RS485通信接口为分布式光伏并网发电用在线校准畸变电流传感装置的输出端口。

本实用新型结合罗氏线圈和电流互感器的优点，利用电流互感器在测量周期性畸变电流的基波电流分量时高准确度的特点，来在线校准带有积分还原电路的罗氏线圈的电流转换系数，从而实现对分布式光伏并网发电畸变电流长期稳定的准确测量。

对于罗氏线圈，其输出式中i₁为被测量的一次电流，罗氏线圈互感系数N₁和N₂分别为第一线圈和第二线圈的匝数，μ₀为空气磁导率，S和l分别为非磁性圆环骨架的等效截面积及磁路长度。当有损积分器第三电阻R₃的阻值足够大时有R₂和C分别为第二电阻和电容，因此有损积分器的输出为：

$u_2=-\frac{M}{R_{2}C}{i}_1---\left(1\right)$

从上式可见，有损积分器的输出瞬时值与一次被测电流瞬时值成正比关系，即带有有损积分器的罗氏线圈可以测量周期性畸变电流。但是由于在长期使用过程中温度变化等原因会使罗氏线圈尺寸发生变化，即互感系数M发生变化，并且有损积分器的电阻及电容也会存在温漂等问题，这就非常影响罗氏线圈的测量准确度。

对于理想的电流互感器，其输出为：

$u_3=\frac{N_3{R}_1}{N_4}{i}_1---\left(2\right)$

式中，N₃和N₄分别为第三线圈和第四线圈的匝数，R₁为第一电阻。实际电流互感器测量谐波时准确度较低，特别在测量测量高次谐波时准确度更低，但是它的工频测量准确度很高且性能稳定，因此由式(1)和式(2)，并考虑u₂和u₃的工频分量U₂和U₃，可得：

$\frac{M}{R_{2}C}=-\frac{N_3{R}_1{U}_2}{N_4{U}_3}---\left(3\right)$

可见，式(1)中的周期性畸变电流测量转换系数可以通过测量u₂和u₃的工频分量U₂和U₃并进行计算后实现在线校准，这样就可以利用式(1)准确计算被测周期性畸变电流。

本实用新型分布式光伏并网发电用在线校准畸变电流传感装置可用于测量分布式光伏并网发电系统交流侧220V/50Hz电网的高达3kA的基波电流，电流谐波测量次数高达25次，各次谐波电流的最高测量电流幅值为基波电流幅值的20％，电流传感装置基波电流数字量输出的额定值为2D41H，基波电流测量准确度为0.2级，各次谐波电流的准确度为0.5级。

本实用新型具有的有益效果是：(1)罗氏线圈具有不饱和、频带宽等优点，但是在长期使用过程中存在线圈尺寸冷热膨胀变化、积分还原电路元器件温漂等问题，因此准确度较低，电流互感器基波电流测量准确度很高，但谐波测量准确度低。利用一次串联的罗氏线圈和电流互感器的基波电流分量的测量值进行计算，可以在线校准带积分还原电路的罗氏线圈的畸变电流转换系数，因此保证了罗氏线圈在测量畸变电流时的长期稳定性和准确性；(2)由于电流传感装置具有罗氏线圈和电流互感器两个一次电流传感器，因此可以相互进行运行状态监督，提高了传感装置的可靠性；(3)通过RS485通讯接口输出被测电流信息，与传统互感器相比，实现了与其它装置数字信号的直接驳接。

附图说明

图1是本实用新型的原理图。

图中：1是第一线圈，2是第二线圈，3是第三线圈，4是铁芯，5是第四线圈，6是第一电阻，7是第一运算放大器，8是第二电阻，9是第三电阻，10是电容，11是第二运算放大器，12是模数转换器，13是微处理器，14是RS485通信接口。

具体实施方式

本实用新型的分布式光伏并网发电用在线校准畸变电流传感装置，如图1所示，它包括第一线圈1、第二线圈2、第三线圈3、铁芯4、第四线圈5、第一电阻6、第一运算放大器7、第二电阻8、第三电阻9、电容10、第二运算放大器11、模数转换器12、微处理器13和RS485通信接口14。第一线圈1和第二线圈2均匀绕制在非磁性圆环骨架上，构成罗氏线圈；第三线圈3和第四线圈5均匀绕制在闭环铁芯4上，构成电流互感器；第一运算放大器7构成电压跟随器。

第二电阻8、第三电阻9、电容10和第二运算放大器11构成有损积分器，第二电阻8的一端分别与第三电阻9的一端、电容10的一端和第二运算放大器11的反相输入端相连接，第二运算放大器11的同相输入端与地相连接，第三电阻9的另一端、电容10的另一端和第二运算放大器11的输出端相连接，第二电阻9的另一端为有损积分器的输入端，第二运算放大器11的输出端为有损积分器的输出端。

模数转换器12具有第一模拟量输入端和第二模拟量输入端，有损积分器的输出端与模数转换器12的第一模拟量输入端相连接；第一线圈1的非同名端与第三线圈3的同名端相连接，第二线圈2的同名端与电压跟随器的输入端相连接，电压跟随器的输出端与有损积分器的输入端相连接，第二线圈2的非同名端与地相连接，第四线圈5的同名端分别与第一电阻6的一端和模数转换器12的第二模拟量输入端相连接，第四线圈5的非同名端分别与第一电阻6的另一端和地相连接，微处理器13接收来自模数转换器12的两路数字信号并经过计算后将计算值通过RS485通信接口14输出，第一线圈1的同名端与第三线圈3的非同名端构成分布式光伏并网发电用在线校准畸变电流传感装置的输入端口，当第一线圈1和第三线圈3的匝数均为1时，该分布式光伏并网发电用在线校准畸变电流传感装置为一次电流母线式结构，RS485通信接口14为分布式光伏并网发电用在线校准畸变电流传感装置的输出端口。

本实施例具体设计参数为：

本实用新型分布式光伏并网发电用在线校准畸变电流传感装置用于测量分布式光伏并网发电系统交流侧220V/50Hz电网中的畸变电流，其额定基波电流为100A，电流谐波测量次数为2次至25次，各次额定谐波电流为额定基波电流的10％，电流传感装置的基波电流数字量输出的额定值为2D41H。分布式光伏并网发电用在线校准畸变电流传感装置第一线圈的匝数N₁＝1匝、第二线圈的匝数N₂＝5000匝、第三线圈的匝数N₃＝1匝、第四线圈的匝数N₄＝200匝、第一电阻R₁＝2Ω、第二电阻R₂＝1kΩ、第三电阻R₃＝0.5MΩ、电容C＝3.2μF，罗氏线圈非磁性材料圆环骨架的直径为6cm，其截面为10×10mm²，电流互感器闭环铁芯采用铁基纳米晶合金材料，其直径为5cm，截面为10×10mm²。利用基波分量进行罗氏线圈和有损积分器构成的电流传感器的转换系数在线校准的时间间隔为10分钟，基波电流测量准确度为0.2级，各次谐波电流的准确度为1级。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

应该理解到的是：上述实施例只是对本实用新型的说明，而不是对本实用新型的限制，任何不超出本实用新型实质精神范围内的实用新型创造，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.分布式光伏并网发电用在线校准畸变电流传感装置，包括第一线圈、第二线圈、第三线圈、铁芯、第四线圈、第一电阻、第一运算放大器、第二电阻、第三电阻、电容、第二运算放大器、模数转换器、微处理器和RS485通信接口；

所述的第一线圈和第二线圈均匀绕制在非磁性圆环骨架上，构成罗氏线圈；第三线圈和第四线圈均匀绕制在闭环铁芯上，构成电流互感器；第一运算放大器构成电压跟随器；第二电阻、第三电阻、电容和第二运算放大器构成有损积分器；

第二电阻的一端分别与第三电阻的一端、电容的一端和第二运算放大器的反相输入端相连接，第二运算放大器的同相输入端与地相连接，第三电阻的另一端、电容的另一端和第二运算放大器的输出端相连接，第二电阻的另一端为有损积分器的输入端，第二运算放大器的输出端为有损积分器的输出端；

模数转换器具有第一模拟量输入端和第二模拟量输入端，有损积分器的输出端与模数转换器的第一模拟量输入端相连接；第一线圈的非同名端与第三线圈的同名端相连接，第二线圈的同名端与电压跟随器的输入端相连接，电压跟随器的输出端与有损积分器的输入端相连接，第二线圈的非同名端与地相连接，第四线圈的同名端分别与第一电阻的一端和模数转换器的第二模拟量输入端相连接，第四线圈的非同名端分别与第一电阻的另一端和地相连接，微处理器接收来自模数转换器的两路数字信号并经过计算后将计算值通过RS485通信接口输出；

第一线圈的同名端与第三线圈的非同名端构成分布式光伏并网发电用在线校准畸变电流传感装置的输入端口，当第一线圈和第三线圈的匝数均为1时，该分布式光伏并网发电用在线校准畸变电流传感装置为一次电流母线式结构，RS485通信接口为分布式光伏并网发电用在线校准畸变电流传感装置的输出端口。