宽量程电流互感器控制方法研究

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1、宽量程电流互感器控制方法研究

2、第1为检测绕组，Np为补偿绕组，Z2为二次负荷阻抗，Zp为外接可调阻抗，Ee为外加补偿电动势，D为测量仪表（指零仪）。500)this.style.ouseg(this)">对于磁特性和尺寸相同的铁心I和II，若没有补偿励磁绕组Np，则两个铁心的磁特性状态完全相同，负荷所需能量由铁心I和II励磁绕组共同提供；如果补偿回路串接外加补偿电动势Ee，则补偿线圈产生补偿电流，铁心II磁动势重新平衡，负荷所需能量由铁心I和II励磁电流联合提供，使铁心I中的磁工作点发生变化。调整阻抗Zp，可使二次负荷全部由铁心II承担，即铁心II中的磁通

3、密度很高，从而使铁心I中达到零磁通，实现电流互感器的高准确度测量。3零磁通电流互感器状态反馈模型依图1所示，按零磁通电流互感器的工作原理列写其状态方程如下。铁心I的磁动势平衡方程500)this.style.ouseg(this)">式中i02为铁心Ⅱ的励磁电流；i3为外加补偿电流提供的励磁电流。对于电流互感器的二次负荷回路（将二次负荷分解为电阻和电抗的形式），按电动势平衡有500)this.style.ouseg(this)">式中S1为铁心I的截面积；l1为铁心I的平均磁500)this.style.ouseg(this)">假设铁心I和II工作在非饱

4、和区，可得状态方程500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">上式可简写为500)this.style.ouseg(this)">由于实施控制的目的是使铁心I达到零磁通，对应的状态量稳态值i01(t)必须趋于原点。对于任何形式的外扰ouseg(this)">外扰ouseg(this)">这时状态i01(t)既不受ouseg(this)">由式(13)可以看出，i1(t)为正弦波情况下，控制量的第二分量为正弦，第一项为含有谐波的分量。控制量u的各参数均为定值，与电流互感器的运行点无关，即说明

5、铁心II工作在非线性区时，该控制规律仍然有效[13]。依式(13)可以得到这样的结论，若对双级电流互感器进行磁动势补偿时，在其稳定的前提下，补偿量应包括激磁电流和正弦分量两部分。4宽量程电流互感器4.1宽量程电流互感器结构图2中，N1为一次线圈，N2为二次线圈，N3为补偿线圈，N4为检测线圈，Z为电流互感器二次负荷；铁心I承担励磁磁通，铁心II承担误差磁通；补偿器包括幅值自适应和功放两个功能模块；误差检测模块输出直流误差信号；相似电流提取模块提供与互感器相似的励磁电流。500)this.style.ouseg(this)">4.2工作原理宽量程电流互感器实

6、际是一种基于有源补偿的双级电流互感器，补偿器以误差检测结果最小为控制目标，该目标是通过磁动势补偿方法实现的。当N3线圈没有注入补偿电流时，上述互感器的励磁磁通由一次电流提供，为互感器原始运行状态，互感器的励磁磁通分别由铁心I、II承担；当N3线圈中注入励磁电流后，铁心I中承担的励磁磁通将增加，由于互感器总励磁磁通基本不变，则铁心II中的励磁磁通减少；当铁心II承担励磁磁通达到最小（即接近零磁通）时，说明互感器的励磁磁通基本由铁心I承担，此时达到控制目标。根据上述原理，N3线圈中注入的补偿电流应该是互感器的励磁电流，但由于电流互感器的励磁电流不能直接提取，因

7、此采用物理相似电感方法间接提取励磁电流，两个电流的近似程度取决于相似铁心的磁特性和工作点的近似程度。当相似电感与互感器在相同的磁场强度和磁感应强度条件下，相似电感的励磁电流与电流互感器励磁电流成正比[2]，但两者幅值比将随一次工作电流变化产生相应变化，该变化量与互感器测量误差成线性关系。为此将相似电感的励磁电流作为补偿器的第一个输入量，并将误差检测模块的直流输出作为补偿器的第二个输入量。补偿器的第一输入量乘以第二输入量的积分值构成补偿器的输出量，将该输出量注入到补偿线圈中，形成互感器的补偿励磁磁通，当补偿励磁磁通达到一定程度时，可以基本代替原互感器的励磁磁

8、通，从而达到降低互感器测量误差的目的。在此前提下，对相似励磁电流幅值进行自适应调整，以保证一次工作电流从5%到120%变化范围内互感器的测量准确度不变，达到宽量程测量准确度基本不变的目的。4.3幅值自适应原理双级电流互感器幅值自适应模型如图3所示，其中YM为参考模型输出（即电流互感器的励磁电流），Y为可调增益系统输出（即相似励磁电流）。500)this.style.ouseg(this)">该模型的广义输出误差为500)this.style.ouseg(this)">按照梯度法，使J下降最快的方向是它的负梯度方向，于是参数Kc应调整为500)this.st

9、yle.ouseg(this)">500)this.style.o