摘 要: 介绍了一种引入自适应控制思想的电流互感器补偿方法。根据相似原理，用相似电感提取CT的励磁电流，经过一些电子线路，产生适当的补偿电流，注入补偿绕组。补偿电流在辅助铁芯中产生磁通，使主铁芯达到零磁通，从而减小误差。根据MIT自适应调节规律，建立自适应调节模块，使补偿信号的增益随着误差能够进行微调，进一步提高补偿精度。
关键词: 双级电流互感器; 相似电感; 零磁通; 自适应控制
1引言
众所周知，电流互感器铁芯需要励磁电流来建立磁场，若没有磁场，电流互感器将无法工作。励磁电流是由电流互感器的一次电流提供的，这是产生误差的主要原因。要想减小误差，提高精度，就需要检测出励磁电流的大小，通过某种途径予以补偿。零磁通电流互感器的原理就是由补偿绕组提供励磁电流，使一次电流不必承担励磁的任务，可以近乎完全地转换为二次电流，电流互感器的比差、角差都将大幅度减小。
互感器铁芯是非线性元件，故励磁电流的检测比较困难。对于有气隙的铁芯，可以加入霍尔芯片直接检测［6］。若铁芯没有气隙，可以考虑用具有相似磁特性的铁芯间接检测［1］。
本文的电流互感器有源补偿方法如下：首先用相似电感提取励磁电流，经过一些变换，产生补偿电流注入补偿绕组，对辅助铁芯进行励磁。若补偿电流合适，则主铁芯中达到零磁通。补偿电流的大小随一次电流的变化而变化，实现自动调整。虽然补偿电流能随着工作电流而变化，实现动态跟踪，但工作电流很低或较高时，补偿效果不是很好。基于此，采用自适应控制，可使补偿信号的增益随着补偿误差而变化，即作进一步的微调，这样提高电流互感器的总体性能，扩大量程。
2原理介绍
图1中，铁芯Ⅰ是主铁芯，铁芯Ⅱ是辅助铁芯，N1是一次绕组，N2是二次绕组，N3是补偿绕组，Z是二次负荷，N4是补偿误差检测绕组。
经补偿电流主控电路，其中包括相似电感提取励磁电流信号电路、电压放大电路、跨导运放、对管功放，最后产生一个合适的补偿电流，注入补偿绕组N3，对辅助铁芯Ⅱ进行励磁，承担全部励磁任务，从而主铁芯Ⅰ达到零磁通。
实际上，补偿是有误差的，主铁芯很难达到真正的零磁通。通过补偿误差检测绕组N4检测到误差信号，做整流、积分，得到与误差幅值成正比的直流信号，然后将它与补偿电流主控电路中的补偿信号相乘，即可改变补偿电流的幅值。这就是自适应控制电路模块。
有源补偿电路的整体结构如图2所示。
3补偿电路内部结构单元
3.1励磁电流的提取
铁芯的磁化特性是非线性的，所以励磁电流是一次电流的非线性函数，不便于直接提取。用相似电感提取励磁电流是基于相似原理，在电流互感器外部用一个与主铁芯具有相同磁特性的铁芯构建相似电感，适当的调整外部参数就可以得到与励磁电流具有相同或相似的非线性特性的电流，实现励磁电流的提取。
图3中，TP为工作电流互感器，TS为隔离电流互感器，TL为相似电感。TS的作用是隔离二次回路与励磁电流提取回路，故变比KS取得很小，例如10:1000，使后面的电路对二次回路影响可以忽略。
推导过程如下：
因为铁芯TP、TL具有相似性，故可认为：
式中
op为CT的励磁电流，oL为相似电感流过的电流。Lp为CT铁芯的平均磁路长度，LL为相似铁芯的平均磁路长度。可见相似电感中的电流与励磁电流成比例。
为了将电流信号转换为电压信号，以便后续处理，将上述提取电路加入一个运放，利用运算放大器的特性，将励磁电流信号转化为电压信号。
输出电压为：
3.2移相
采用移相器可以调节补偿电流的相角，灵活地控制角差。
若R1=R3，则：
可见，经过移相器后，电压的幅值不变，相位超前。通过调节R4，可改变补偿电流的相位。
3.3放大
放大倍数为：A=1+49.4/RG(16)
通过调节RG，可改变增益的大小。
3.4过零比较
电压过零时，输出电压从一个电平跳变到另一个电平，因此称为过零比较器。
3.5积分
3.6输出级
经跨导运放及功率放大后输出补偿电流
经过跨导运算放大器，将电压信号转变为电流源，且补偿电流不受负载N3的影响。
4结论
电流互感器的有源补偿方法是基于相似原理的，从二次提取信号，产生补偿电流，对辅助铁芯励磁，这是一个电路磁路混合闭环，补偿电流的大小随一次电流的变化而变化，实现自动调整。此时虽然补偿电流能跟踪一次电流，但对补偿的效果却没有反馈控制。因此加入自适应控制使补偿电流的增益随误差信号而变化，进一步调整补偿电流，减小误差，并把误差曲线拉平，从而扩大电流互感器的量程。
5参考文献
1鲍海.电网中电流和电压信号传递误差的有源补偿方法研究［学位论文］.北京：华北电力大学，1997
2赵修民.电流互感器(第二版).太原：山西科学教育出版社，1990
3赵修民.电流比例标准.太原：山西科学教育出版社，1989
4赵修民，赵屹涛.互感器校验仪.太原：山西科学教育出版社，1996
5邓汉馨，郑家龙.模拟集成电子技术教程.北京：高等教育出版社，1994
6艾欣.实现高准确度电流互感器的误差补偿及检测方法研究［学位论文］.北京：华北电力大学，1999
7韩曾晋.自适应控制.北京：清华大学出版社，1995
电力系统及其自动化学报
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