隨著智能能源的進(jìn)步，對數(shù)字產(chǎn)品的需求越來越高，數(shù)字變電站作為數(shù)字電源系統(tǒng)的重要組成部分，需要數(shù)字輸出變壓器，傳統(tǒng)變壓器具有鐵磁諧振、磁飽和、動(dòng)態(tài)范圍小、絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜、油易燃、問題，產(chǎn)生了電子變壓器。

根據(jù)IEC6004-8標(biāo)準(zhǔn)，電子電流互感器(electroniccurrenttransformer,ECT)可可分為光學(xué)電流互感器(opticalcurrenttransducer,OCT)，空心線圈電流互感器(rogowskicoilcurrenttransformer,RCCT)低功率電流互感器(lowpowercurrenttransformer,LPCT)3種。

其中，RCCT及LPCT技術(shù)相對完善，運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)豐富，具有產(chǎn)品化優(yōu)勢。電網(wǎng)經(jīng)推廣使用RCCT，但是經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)故障率太高。2012年，電網(wǎng)發(fā)布《關(guān)于切實(shí)加強(qiáng)電子互感器運(yùn)行管理的通知》，要求全部RCCT退出操作，說明其可靠性和安全性不能滿足實(shí)際要求。

目前LPCT由于其功耗低、絕緣性好、測量精度高、智能化，在中低壓測量中逐漸出現(xiàn)LPCT探索主要集中在低功耗和廣泛的能量獲取兩個(gè)方面，忽視了變壓器的穩(wěn)定性、實(shí)用性和實(shí)用性的特點(diǎn)，很少有實(shí)用商品。

因此，本文的基礎(chǔ)ECT原則制定了一個(gè)基礎(chǔ)LPCT低功耗電子電流互感器不僅具有功耗低、能量范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，而且可以保證其實(shí)用性。能量提取方式采用高壓母線電磁能量提取與蓄電池配合的聯(lián)合供電方式，能量提取范圍可達(dá)到0%~120%的額定輸入電流。系統(tǒng)電路功耗小于41mW，精度可達(dá)到0.1S級。

系統(tǒng)在高壓端數(shù)字化，作為一般消息協(xié)議信號導(dǎo)出，可直接連接到電網(wǎng)站控制層。高壓和低壓端通過光纖連接沒有直接的電氣連接，絕緣可靠，成本低，具有實(shí)際能力。在測試過程中，發(fā)現(xiàn)電磁能導(dǎo)致數(shù)字驗(yàn)證的相位誤差跳躍，闡述了跳躍形成的原因，并提出了相應(yīng)的解決方案，以確保實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中電子電流互感器的正常數(shù)字驗(yàn)證。

1低功耗電子電流互感器設(shè)計(jì)

本文定制的ECT基于電磁能量的模塊LPCT信號處理模塊由兩部分組成，兩個(gè)模塊放置在高壓端LPCT對于高壓側(cè)傳感器模塊，電磁能量采集模塊為其數(shù)據(jù)處理電路供電，模擬信號在高壓端數(shù)字化后通過光纖直接傳輸?shù)秸究貙印?

1.電磁取能模塊設(shè)計(jì)

電磁能量提取的研究主要集中在小電流能量提取和大電流抗飽和度上，主要從理論模擬結(jié)果或簡單實(shí)驗(yàn)的角度出發(fā)。目前，商用級高壓能量提取電源只能實(shí)現(xiàn)30個(gè)A電流啟動(dòng)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，未來ECT我們正朝著低功耗的方向前進(jìn)，因此對能量提取模塊的功率要求越來越低。此外，隨著電池耐高溫、空間大等技術(shù)的發(fā)展，可以通過電磁能量提取和配合的方案，可以很好地解決能量提取和小電流死區(qū)的問題。因此，本文提出了一種基于反沖擊電路的電磁能量提取方法，并配合電池實(shí)現(xiàn)零電流啟動(dòng)。

能量提取電路由反沖擊電路組成，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。由于高溫大空間電池電壓的限制，能量提取電源設(shè)計(jì)為輸出電壓12V。反饋調(diào)整芯片NCP1234作為主控器接收輸出端光電耦合器LTV-357T調(diào)整輸出反饋信號PWM信號控制開關(guān)管IRFR220N從而控制輸出電壓保持在12V。而NCP1234控制IRFR220N開啟時(shí)，能量通過反激變壓器轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存，起到電荷泵的作用。不僅使用的設(shè)備電路結(jié)構(gòu)簡單，而且輸入輸出可以隔離。

電池由無源充放電控制電路控制，如圖2所示。光電耦合器TLP127將反激變壓器一次輸入電壓反饋到二次側(cè)。當(dāng)一次側(cè)電壓高于標(biāo)準(zhǔn)2時(shí).5V時(shí)光耦合器的發(fā)射端沒有導(dǎo)出，接收端斷開，導(dǎo)出電能由一次側(cè)能量取出線圈提供，電池充電;當(dāng)一次側(cè)電壓低于標(biāo)準(zhǔn)2時(shí).5V時(shí)間耦合器的發(fā)射端有一個(gè)導(dǎo)出端，接收端導(dǎo)出端，能量提取模塊通過電池提供電壓導(dǎo)出。本文定制的能量提取模塊電池放置在高壓端，不需要長線來確保電源的可靠性。

電池放置在高壓端的環(huán)境溫度遠(yuǎn)高于低壓端的環(huán)境溫度，因此境溫度-20℃～80℃可充電高溫鋰電池，輸出電壓11.1V，容量30Ah。當(dāng)蓄電池充滿電時(shí)，可以保證后續(xù)電路在母線完全斷電時(shí)連續(xù)供電4個(gè)月，提高了變壓器運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。

1.2基于LPCT信號處理模塊設(shè)計(jì)

通過信號處理模塊LPCT采集母線上的電流數(shù)據(jù)后，輸送到后續(xù)采樣電路，數(shù)據(jù)處理和傳輸電路轉(zhuǎn)換成光信號導(dǎo)出，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

測量模塊的精度和功耗決定了電流互感器的精度和功耗，因此對于測量模塊的設(shè)計(jì)尤為重要。降低功耗的方法如下：①減少每個(gè)模塊的外部電路;②對內(nèi)部特殊功能寄存器進(jìn)行編程，不使用功能模塊使其停止運(yùn)行，降低系統(tǒng)無效功耗;③一般來說，單片機(jī)等電子設(shè)備的工作電壓越大，內(nèi)部晶體管在放大區(qū)域工作時(shí)間越長，功耗越大。為了降低系統(tǒng)功耗，工作電壓控制在1.8～5V范圍內(nèi)。

1)采樣電路

采樣電路由LPCT主要用于采集母線上的電流信號。

LPCT將側(cè)面的大信號轉(zhuǎn)換為小信號導(dǎo)出需要較高的測量精度和較寬的檢測范圍，因此本文的LPCT鐵芯材料選用微晶合金，匝數(shù)比為1∶3000，準(zhǔn)確度可以達(dá)到00.02。采樣電阻Rsh參數(shù)與溫度有關(guān)，環(huán)境溫度的變化會(huì)影響電阻值，從而影響變壓器的測量精度。因此，選度誤差為0.01%，溫度系數(shù)小于5×10?6。AD取樣芯片的選擇主要考慮功耗，選擇16位低功耗芯片ADS8867芯片，功耗僅為0.7mW。

由于采樣電阻小，采樣電壓小，直接測量難以保證測量精度，因此在輸入信號和AD采樣設(shè)置THS4531全差分放大器。信號源中的高輸入阻抗和低輸出阻抗AD采樣之間提供緩沖，差分信號導(dǎo)出避免了共模信號和參考點(diǎn)電壓浮動(dòng)的影響。全差分放大器導(dǎo)出連接RC來自濾波器的弱化AD采樣開關(guān)電容器輸入級的反沖噪聲，并限制前端電路產(chǎn)生的寬帶噪聲。

全差分放大器采用低功耗、低失真、低噪音THS4531A，令R3=R4=R5=R6=1.5k?，放大器增益Av=1。利用TINA軟件對AD模擬采樣電路，模擬電路如圖4所示，應(yīng)用于模擬。ADS8881取代