一种基于二次电流采样的可调ct变比数字控制器
阅读说明：本技术 一种基于二次电流采样的可调ct变比数字控制器 (Adjustable CT transformation ratio digital controller based on secondary current sampling ) 是由 杨珊华 罗桂军 彭云涌 戴良辉 肖祥南 王鹏 于 2021-09-22 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种基于二次电流采样的可调CT变比数字控制器,包括三相电流互感器、三组CT二次电流采样单元、三组第二级运算放大器与输出单元、两组电流采样基准电源单元、算法DSP数字控制与通讯单元、智能设备终端。本申请结合三相电流互感器的二次实际电流采样、电流采样基准电源单元,通过算法DSP数字控制与通讯单元过滤得到二次电流采样瞬时值、有效值和峰值等,并经保护计算和保护复核计算的数学模型,自动检测变比调整环节等,得到自动/手动调节的CT变比参数,进而得到调节CT变比后的二次电流值,最后与通过智能设备终端的数据传输与通讯,实现各项保护控制功能,本申请CT变比参数设置方便,通讯控制灵活简单,动态响应快。(The application discloses adjustable CT transformation ratio digital controller based on secondary current sampling, including three phase current transformer, three group CT secondary current sampling units, three group second grade operational amplifier and output unit, two groups current sampling reference power supply unit, algorithm DSP digital control and communication unit, smart machine terminal. This application combines three-phase current transformer's secondary actual current sampling, current sampling reference power supply unit, obtain secondary current sampling instantaneous value, effective value and peak value etc. through algorithm DSP digital control and communication unit filtration, and through the mathematical model of protection calculation and protection recheck calculation, automated inspection transformation ratio adjustment link etc. obtain automatic/manual regulation's CT transformation ratio parameter, and then obtain the secondary current value after adjusting the CT transformation ratio, and finally with data transmission and the communication through the smart machine terminal, realize each item protection control function, this application CT transformation ratio parameter sets up conveniently, communication control is nimble simple, dynamic response is fast.)
技术领域
本申请涉及电力电子设备技术领域，特别地，涉及一种基于二次电流采样的可调CT变比数字控制器。
背景技术
电流互感器(简称CT)是电力系统中广泛采用的电流传感及变送设备，它将电力系统中一次侧大电流转化为标准的小电流，传送给二次设备进行测量、控制和保护。其精度和可靠性直接与电力系统的安全，可靠等密切相关。在发电、变电、输电、配电和用电的线路中电流大小悬殊，即便是在主线路电流正常工作电流范围时，主变压器或主设备的电流互感器也将可能产生严重超差或饱和，引起综合保护拒动或误动、测量计量误差大、仪表显示不准等多种问题。
另外随着电力系统短路容量的增加，经常出现主设备的容量远远小于系统短路容量的情况，例如：水利发电机组负荷季节性，高压启动、备用变压器、高压厂用变压器等，其电流互感器参数选择成为困扰继电保护工作者的突出问题。若按照故障时通过电流互感器的最大短路电流不应超过其准确限值电流来选择，不但设备投资成本过高，更重要的是会造成继电保护整定困难和主设备内部故障保护灵敏度不足，综合保护装置输入门槛限制等等问题，若按照主设备额定容量来选择，则又会造成内部出口故障时电流互感器严重饱和，需要对此时的保护性能进行详细分析。
实际工作中遇到某水利发电项目案例为了使220kV母线差动保护不致在发生穿越故障时出现会因误差而引起误动，需将220kV流变变比由原600/5改为1200/5，这时需更换电流互感器以解决220kV母线差动保护在穿越性故障时，因误差超过允许值而误动的问题。
实际工作中遇到某航电项目另一案例由于220kV主变压器短路保护流变变比1700/1，为了使220kV主变压器差动保护可靠动作，流变变比需要由1700/1改为600/1，否则受主变差动保护装置差动保护启动定值输入门槛限制问题。
遇到的这些案例，现场更换高压电流互感，220kVGIS拆装受场地环境条件影响，拆卸更换安装麻烦，拆装后的需做多项高压试验，成本高，协调工作多，工期长，与项目现场重要进度节点分秒必争的情况相违背等等。
正如案例所见，常用的电流互感器二次电流的5A和1A两种，而一次电流往往小至几安至几千安不等。因为为不同的保护装置及测量仪表对流变变比有不同的要求，所以对不同的保护装置及测量仪表以获得不同的变比，从而保证各类保护装置的性能及测量仪表的精度不受影响。
发明内容
本申请实施例提供了一种基于二次电流采样的可调CT变比数字控制器，以解决现有电流互感器适用性差、因变比固定拆装麻烦、智能化程度不高的技术问题。
本申请采用的技术方案如下：
一种基于二次电流采样的可调CT变比数字控制器，包括：
三相电流互感器，用于将电力系统中三相的一次侧大电流转化为三组设定的二次侧额定电流作为二次电流采样信号；
三组CT二次电流采样单元，分别用于接收三相电流互感器的三组二次电流采样信号，并对三组二次电流采样信号分别进行调理以符合设定要求；
三组第二级运算放大器与输出单元，分别与电流采样基准电源单元和三组CT二次电流采样单元输出端电性连接，用于将三组CT二次电流采样单元输出的三组二次电流采样信号和电流采样基准电源单元输出的电源基准信号进行叠加和运算放大处理后符合算法DSP数字控制与通讯单元的幅值处理范围；
两组电流采样基准电源单元，用于分别为所述第二级运算放大器与输出单元和算法DSP数字控制与通讯单元提供相应的电源基准信号；
算法DSP数字控制与通讯单元，分别与三组第二级运算放大器与输出单元和电流采样基准电源单元输出端电性连接，用于根据模数转换的参考校准值、二次电流采样信号瞬时值计算二次电流有效值和峰值给出数据控制字，并给出内部保护控制字，继而由保护计算和保护复核计算数学模型结合智能设备终端的得到保护定值和变比，若变比符合要求，则持续正常工作并输出二次电流数据，反之，则调用自动校正环节，进行自动匹配/人工设置变比参数来达到要求，得到调节变比后的二次电流值；
智能设备终端，与所述算法DSP数字控制与通讯单元输出端信号连接，用于与所述算法DSP数字控制与通讯单元进行通讯传输及数据交互，实现相应的保护控制功能。
在本申请优选实施例中，所述CT二次电流采样单元包括:
电流采样输入单元，输入端通过端子与所述三相电流互感器对应相的二次侧绕组输出端电性连接，用于输入二次电流采样信号；
采样电阻单元，与所述电流采样输入单元的输出端电性连接，用于通过跳线器改变阻值实现二次侧额定电流为1A和5A两种规格配置，将二次电流采样信号转换为电压信号；
输入信号电容滤波单元，与所述采样电阻单元的输出端电性连接，用于将转换为电压信号的二次电流采样信号去除高频脉动信号；
限流限压与限幅保护单元，与所述输入信号电容滤波单元的输出端电性连接，用于将滤波后的二次电流采样信号限制在运算放大器允许的输入信号范围，并起到保护运算放大器的作用；
第一级运算放大器电压提升过滤电路，与所述限流限压与限幅保护单元的输出端电性连接，用于对二次电流采样信号进行运算放大器、隔离和滤波处理。
在本申请优选实施例中，所述电流采样基准电源单元包括：
算法DSP基准电源单元，用于提供+3.3V的电流采样基准电源信号输送至所述算法DSP数字控制与通讯单元；
第二级运算放大器电流采样基准电源单元，与所述算法DSP基准电源单元输出端电性连接，用于将所述+3.3V的电流采样基准电源信号通过转换为-3.3V的基准电源电路运算放大器输出电压输送至第二级运算放大器与输出单元的输入端。
在本申请优选实施例中，所述的算法DSP基准电源单元包括：
电压源，用于提供电压源；
分流分压电阻，与所述电压源电性连接，用于对电压源进行分流分压；
滤波、稳压及限流电路，与所述分流分压电阻的输出端电路连接，用于对分流分压后的电压源进行电容滤波和稳压管稳压及电阻限流得到+3.3V的电流采样基准电源信号输送至所述算法DSP数字控制与通讯单元；
高低频两级电容滤波单元，用于对+3.3V的电流采样基准电源信号进行高低频两级滤波输送至第二级运算放大器电流采样基准电源单元；
3.3V基准电压端子，用于将+3.3V的电流采样基准电源信号输送至所述算法DSP数字控制与通讯单元。
在本申请优选实施例中，所述第二级运算放大器电流采样基准电源单元包括：
电阻R32，所述电阻R32一端连接高低频两级电容滤波单元；
运算放大器U2A，所述运算放大器U2A的同相输入端通过电阻R33接地，反相输入端与电阻R32另一端电性连接，输出端通过电容C23A与反相输入端电性连接；
电阻R35，所述电阻R35的一端与运算放大器U2A的输出端电性连接，另一端一方面通过反馈电阻R34与运算放大器U2A的反相输入端电性连接，另一方面与并联设置的电容C14、C15、C16一端电性连接，所述电容C14、C15、C16的另一端接地；
基准参考电压端子，由并联设置的电容C14、C15、C16连接电阻R35的一端引出，用于将-3.3V的基准电源电路运算放大器输出电压输送至第二级运算放大器与输出单元的输入端。
在本申请优选实施例中，所述第二级运算放大器与输出单元包括：
第二级运算放大器调理电路，其输入端分别与CT二次电流采样单元和电流采样基准电源单元输出端电性连接，用于将CT二次电流采样单元输出的二次电流采样信号和电流采样基准电源单元输出的电源基准信号进行叠加和运算放大处理后使转换为电压信号的二次电流采样信号的幅值范围由-1.65V-+1.65V转换为0-3.3V，以符合算法DSP数字控制与通讯单元的幅值处理范围；
电压限幅保护与输出电路，与所述第二级运算放大器调理电路的输出端电性连接，用于限制输入给算法DSP数字控制与通讯单元的信号不超过3.3V。
在本申请优选实施例中，所述第二级运算放大器调理电路包括：
运算放大器U1A，所述运算放大器U1A的同相输入端通过电阻R9接地，反相输入端和输出端之间并联设置有电阻R14和电容C4；
电阻R7，所述电阻R7的一端与第一级运算放大器电压提升过滤电路的输出端电性连接，另一端与所述运算放大器U1A的反相输入端电性连接，用于将二次电流采样信号转换为电流信号；
串联的电阻R11A和R10，一端与所述基准参考电压端子电性连接，另一端与所述运算放大器U1A的反相输入端电性连接，用于将所述基准参考电压端子输出的基准电源电路运算放大器输出电压转换为电流信号；
电阻R12，一端与所述运算放大器U1A的输出端电性连接，另一端与电压限幅保护与输出电路的输入端电性连接；
所述电压限幅保护与输出电路包括：
电阻R15，所述电阻R15的一端与电阻R12电性连接，另一端与I_R端子电性连接；
电压限幅单元D2，并联设置在电阻R15与电阻R12之间电路上，包括两个反向并联设置的第一稳压二极管和第二稳压二极管，第一稳压二极管的正极连接+3.3V电压，负极与第二稳压二极管的正极汇合后连接在电阻R15与电阻R12之间电路上，第二稳压二极管的负极接地。
在本申请优选实施例中，所述算法DSP数字控制与通讯单元包括：
ADC模数转换单元，分别与两组算法DSP基准电源单元的输出端和三组第二级运算放大器与输出单元的输出端电性连接，用于获取两组电流采样基准电源信号的模数转换数字值、三组二次电流采样信号的模数转换数字值；
控制算法单元，与所述ADC模数转换单元的输出端电性连接，用于根据模数转换的参考校准值、二次电流采样信号瞬时值计算二次电流有效值和峰值给出数据控制字，并给出内部保护控制字，继而由保护计算和保护复核计算数学模型结合智能设备终端的得到保护定值和变比，若变比符合要求，则持续正常工作并输出二次电流数据，反之，则调用自动校正环节，进行自动匹配/人工设置变比参数来达到要求，得到调节变比后的二次电流值；
数据通讯单元，与所述控制算法单元的输出端电性连接，用于根据需求选择通讯协议实现与智能设备终端的数据通讯。
进一步地，所述的智能设备终端包括微机保护装置、测量仪表、人机界面，数据通讯单元包括：与人机界面实现通讯的RS485通讯模块、与所述测量仪表实现通讯的RS232通讯模块、与所述微机保护装置实现通讯的CAN通讯模块。
在本申请优选实施例中，控制算法单元具体用于执行以下步骤：
S1，算法DSP数字控制器初始化；
S2，获取电流采样基准电源信号的模数转换数字值，并经软件过滤获取模数转换的参考校准值保存到寄存器；
S3，获取二次电流采样信号的模数转换数字值，软件过滤得到二次电流采样瞬时值保存到寄存器；
S4，计算得到二次电流采样信号的有效值和峰值，并由此得到二次电流采样信号的数据和故障报警控制字；
S5，按照通讯协议进行通讯数据交互，得到所述智能设备终端的输入门槛限值、最大限值，量程范围和精度、变比并保存到寄存器；
S6，按照保护计算和保护复核计算的数学模型，经控制算法得到自动/手动调节CT变比参数；
S7，通过检测输入电流或经调节后的二次电流采样信号的参数是否满足规定的门槛限值或精度要求判断CT变比是否满足要求；
S8，若满足要求，则持续正常工作，进而得到调节CT变比后的二次电流采样信号并通讯传输输出数据；
S9，若不满足要求，调用自动校验检测环节，可由人工设置或自动调节CT变比来达到要求，其中，自动调节CT变比具体为：将测量仪表检测到的数值通过本机HMI接口设置或者通过后台调测软件输入控制算法单元的自动校正检测环节，进行自动匹配CT变比参数，使检测参数或精度达到规格要求；所述人工设置具体是通过人机界面由人工设置CT变比参数，使检测参数或精度达到规格要求。
相比现有技术，本申请具有以下有益效果：
本申请提供了一种基于二次电流采样的可调CT变比数字控制器，包括三相电流互感器、三组CT二次电流采样单元、三组第二级运算放大器与输出单元、两组电流采样基准电源单元、算法DSP数字控制与通讯单元、智能设备终端，本申请不用更换电流互感器，按照智能化数字采样技术，以DSP微处理器为核心，采用先进的数字信号处理方法，可对不同的保护装置及测量仪表获得不同的变比，从而减少了更换拆卸安装工作，避免了拆装后的多项高压试验，大幅缩短工期、减少成本；另外，本申请可自动调整和人工设置调节CT的变比，设置方便，通讯控制灵活简单，控制精度高，动态响应快。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本申请还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本申请作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本申请优选实施例的一种基于二次电流采样的可调CT变比数字控制器总体框图。
图2是本申请优选实施例的CT二次电流采样单元的电路图示意图(A相)。
图3是本申请优选实施例的第二级运算放大器与输出单元的电路示意图。
图4是本申请优选实施例的电流采样基准电源单元的电路示意图。
图5是本申请优选实施例的算法DSP数字控制与通讯单元的接口电路示意图。
图6是本申请优选实施例的控制算法单元的软件算法控制流程图。
图中：
1、三相电流互感器；2、CT二次电流采样单元；3、第二级运算放大器与输出单元；4、电流采样基准电源单元；5、算法DSP数字控制与通讯单元；6、电流采样输入单元；7、采样电阻单元；8、输入信号电容滤波单元；9、限流限压与限幅保护单元；10、第一级运算放大器电压提升过滤电路；11、第二级运算放大器调理电路；12、电压限幅保护与输出电路；13、ADC模数转换单元；14、控制算法单元；15、数据通讯单元；16、RS485通讯模块；17、RS232通讯模块；18、CAN通讯模块；19、算法DSP基准电源单元；20、第二级运算放大器电流采样基准电源单元；21、智能设备终端；210、微机保护装置；211、测量仪表；212、人机界面；22、I-A1端子；23、I_R端子；24、电压源；25、分流分压电阻；26、3.3V基准电压端子；27、滤波、稳压及限流电路；28、高低频两级电容滤波单元；29、基准参考电压端子。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
参照图1，本申请的优选实施例提供了一种基于二次电流采样的可调CT变比数字控制器，包括：
三相电流互感器1，用于将电力系统中三相的一次侧大电流转化为三组设定的二次侧额定电流作为二次电流采样信号；
三组CT二次电流采样单元2，分别用于接收三相电流互感器1的三组二次电流采样信号，并对三组二次电流采样信号分别进行调理以符合设定要求；
三组第二级运算放大器与输出单元3，分别与电流采样基准电源单元4和三组CT二次电流采样单元2输出端电性连接，用于将三组CT二次电流采样单元2输出的三组二次电流采样信号和电流采样基准电源单元4输出的电源基准信号进行叠加和运算放大处理后符合算法DSP数字控制与通讯单元5的幅值处理范围；
两组电流采样基准电源单元4，用于分别为所述第二级运算放大器与输出单元3和算法DSP数字控制与通讯单元5提供相应的电源基准信号；
算法DSP数字控制与通讯单元5，分别与三组第二级运算放大器与输出单元3和电流采样基准电源单元4输出端电性连接，用于根据模数转换的参考校准值、二次电流采样信号瞬时值计算二次电流有效值和峰值给出数据控制字，并给出内部保护控制字，继而由保护计算和保护复核计算数学模型结合智能设备终端21的得到保护定值和变比，若变比符合要求，则持续正常工作并输出二次电流数据，反之，则调用自动校正环节，进行自动匹配/人工设置变比参数来达到要求，得到调节变比后的二次电流值；
智能设备终端21，与所述算法DSP数字控制与通讯单元5输出端信号连接，用于与所述算法DSP数字控制与通讯单元5进行通讯传输及数据交互，实现相应的保护控制功能。
本实施例提供了一种基于二次电流采样的可调CT变比数字控制器，包括三相电流互感器、三组CT二次电流采样单元、三组第二级运算放大器与输出单元、两组电流采样基准电源单元、算法DSP数字控制与通讯单元、智能设备终端，本实施例不用更换电流互感器，按照智能化数字采样技术，以DSP微处理器为核心，采用先进的数字信号处理方法，可对不同的保护装置及测量仪表获得不同的变比，从而减少了更换拆卸安装工作，避免了拆装后的多项高压试验，大幅缩短工期、减少成本；另外，本实施例可自动调整和人工设置调节CT的变比，设置方便，通讯控制灵活简单，控制精度高，动态响应快。
如图2所示，在本申请的优选实施例中，所述CT二次电流采样单元2包括:
电流采样输入单元6，输入端通过端子与所述三相电流互感器1对应相的二次侧绕组输出端电性连接，用于输入二次电流采样信号；
采样电阻单元7，与所述电流采样输入单元6的输出端电性连接，用于通过跳线器改变阻值实现二次侧额定电流为1A和5A两种规格配置，将二次电流采样信号转换为电压信号；
输入信号电容滤波单元8，与所述采样电阻单元7的输出端电性连接，用于将转换为电压信号的二次电流采样信号去除高频脉动信号；
限流限压与限幅保护单元9，与所述输入信号电容滤波单元8的输出端电性连接，用于将滤波后的二次电流采样信号限制在运算放大器允许的输入信号范围，并起到保护运算放大器的作用；
第一级运算放大器电压提升过滤电路10，与所述限流限压与限幅保护单元9的输出端电性连接，用于对二次电流采样信号进行运算放大器、隔离和滤波处理。
本实施例以三相电流互感器1中的A相为例，CT二次电流采样单元2，三相电流互感器1的A相的二次侧绕组电流，即二次电流采样信号由同名端S2输入，M2公共端短接，A相的二次电流采样信号经电流采样输入单元6接入CT二次电流采样单元2，三组CT二次电流采样单元2对应包括接线端子I-R1，I-S1和I-T1。图2中接线端子I-R1为A相的电流采样输入端，端子I-S1和I-T1分别为B相和C相的输入端，连接B相和C相的CT二次电流采样单元2与本实施例连接A相的CT二次电流采样单元2相同，因而本文省略不再赘述。
本实施例中，采样电阻单元7将二次电流采样信号转换为电压信号；三相电流互感器1的二次侧额定为1A和5A两种，因此本实施例通过设置跳线器来设定采样电阻单元7的阻值，分别对应CT二次侧额定电流为1A和5A两种规格电流采样电路。默认跳线器S1短接状态为1A，拔去跳线器后为5A。默认跳线器短接状态是设置为1A，所述采样电阻单元7两端电压大小计算公式：
VR1＝iI-R1×R1A
式中，VR1为采样电阻单元7两端电压；iI-R1为二次电流瞬时值，R1A采样电阻单元7的电阻值。
一般地，iI-R1为二次侧电流额定1A时，得到电流采样实际电压VR1为2V。
进而，经转换为电压信号的二次电流采样信号经输入信号电容滤波单元8去除高频脉动信号、限流限压与限幅保护单元9将二次电流采样信号限制在运算放大器允许的输入信号范围内，并起到保护运放的作用，接着被输送到第一级运算放大器电压提升过滤电路10。
特别地，第一级运算放大器电压提升过滤电路10对二次电流采样信号起到提升电压、隔离和滤波等关键作用。经过第一级运算放大器电压提升过滤电路10后再通过I-A1端子22与第二级运算放大器调理电路11的运算放大器U1A反相输入端耦接。
本实施例的限流限压与限幅保护单元9包括有电阻R2和电压限幅单元D1，所述第一级运算放大器电压提升过滤电路10包括有运算放大器U1B、电阻R3、电阻R4A、电阻R5A、电容C3、电阻R6、电容C2，
所述电阻R2的一端与输入信号电容滤波单元8的输出端电性连接，另一端与电阻R4A电性连接，所述电压限幅单元D1并联设置在电阻R2与电阻R4A之间电路上，包括两个反向并联设置的第一稳压二极管和第二稳压二极管，第一稳压二极管的正极连接正电压，负极与第二稳压二极管的正极汇合后连接在电阻R2与电阻R4A之间电路上，第二稳压二极管的负极接负电压。
所述电阻R4A的另一端与运算放大器U1B同相输入端电性连接，所述电阻R5A和电容C2并联设置且一端与运算放大器U1B同相输入端电性连接，另一端接地；所述电容C3并联设置在所述运算放大器U1B的反相输入端和输出端之间；所述电阻R6的一端与所述运算放大器U1B的输出端电性连接，所述电阻R6的另一端一方面依次连接电阻R3和所述运算放大器U1B的反相输入端，另一方面与I-A1端子22电性连接。
一般地，本实施例的电阻R2为百欧级，R4A为千欧级，R5A为兆欧级，第一级运放提升过滤电路10的R3阻值选择同R4A为千欧级，运算放大器U1B输出电压为：
式中，VI-A1为第一级运放提升过滤电路10的输出电压；VR1为采样电阻单元7两端电压；经匹配，则第一级运放提升过滤电路10输出电压VI-A1与采样电阻单元7两端的电压近似相等，相当于输出电压经第一级运放提升过滤电路10提升过滤后跟随输入采样电压。
本实施例通过在第一级运放提升过滤电路10的运算放大器U1B正相输入端配置兆欧级电阻R5A起到抬高运算放大器U1B的正相输入端电压的作用，从而使第一级运放提升过滤电路10起到提升电压和滤波提高抗干扰能力等关键作用。
采样电流二次侧额定电流时，运算放大器U1B的输出电压信号为2V左右。
如图3所示，在本申请的优选实施例中，所述第二级运算放大器与输出单元3包括：
第二级运算放大器调理电路11，其输入端分别与CT二次电流采样单元2和电流采样基准电源单元4输出端电性连接，用于将CT二次电流采样单元2输出的二次电流采样信号和电流采样基准电源单元4输出的电源基准信号进行叠加和运算放大处理后使转换为电压信号的二次电流采样信号的幅值范围由-1.65V-+1.65V转换为0-3.3V，以符合算法DSP数字控制与通讯单元5的幅值处理范围；
电压限幅保护与输出电路12，与所述第二级运算放大器调理电路11的输出端电性连接，用于限制输入给算法DSP数字控制与通讯单元5的信号不超过3.3V。
其中，所述第二级运算放大器调理电路11包括：
运算放大器U1A，所述运算放大器U1A的同相输入端通过电阻R9接地，反相输入端和输出端之间并联设置有电阻R14和电容C4；
电阻R7，所述电阻R7的一端与第一级运算放大器电压提升过滤电路10的输出端电性连接，另一端与所述运算放大器U1A的反相输入端电性连接，用于将二次电流采样信号转换为电流信号；
串联的电阻R11A和R10，一端与所述基准参考电压端子29电性连接，另一端与所述运算放大器U1A的反相输入端电性连接，用于将所述基准参考电压端子29输出的基准电源电路运算放大器输出电压转换为电流信号；
电阻R12，一端与所述运算放大器U1A的输出端电性连接，另一端与电压限幅保护与输出电路12的输入端电性连接；
其中，所述电压限幅保护与输出电路12包括：
电阻R15，所述电阻R15的一端与电阻R12电性连接，另一端与I_R端子23电性连接；
电压限幅单元D2，并联设置在电阻R15与电阻R12之间电路上，包括两个反向并联设置的第一稳压二极管和第二稳压二极管，第一稳压二极管的正极连接+3.3V电压，负极与第二稳压二极管的正极汇合后连接在电阻R15与电阻R12之间电路上，第二稳压二极管的负极接地。
本实施例中，所述第二级运放与输出单元3主要由第二级运算放大器调理电路11和电压限幅保护与输出电路12组成。
第二级运算放大器调理电路11的基准参考电压是由3.3V基准电压端子输出的3.3V电压经高低频两级电容滤波单元28，再通过电流采样基准电源单元4的第二级运算放大器电流采样基准电源单元20的运算放大器U2A调理、三级电容滤波后输入电阻R11A和R10转换为电流信号，接着输入所述运算放大器U1A反相输入端。
二次电流采样信号送至第二级运算放大器调理电路11时，首先由第一级运算放大器电压提升过滤电路10的I-A1端子22经电阻R7转换为电流信号，接着流入运算放大器U1A的反相输入端。经过匹配与测试，本实施例中，输入运算放大器U1A的反相输入端的基准电源电路运算放大器输出电压VEF1公式为：
式中，VEF1为基准电源电路运放输出电压；V3.3VREF1为DSP模数转换参考电压值；-(R34/R32)为运算放大器U2A的放大系数，一般地，匹配后可让VEF1＝-3.3V。
本实施例中，所述第二级运算放大器调理电路11的采样基准电源精度高。其中，基准电源电路运算放大器输出电压由电阻R11A和R10转换为电流信号，接着输送至运算放大器U1A的反相输入端；二次电流采样信号则经电阻R7转换为电流信号，再输送至运算放大器U1A的反相输入端，二次电流采样信号与基准电源电路运算放大器输出电压两者叠加，则I_R端子23的输出电压VI-R作为二次电流采样信号的实际值：
式中，VI-R为第二级运放输出电压；VEF1为基准电源电路的运放输出电压；VI-A1为第一级运放输出电压，其余均为对应电阻的阻值。
一般地，二次电流采样信号经过第二级运算放大器调理电路11和电压限幅保护与输出电路12处理后，当二次侧电流额定为1A时，所述I_R端子23输出正常为2.2V至2.4V的电压信号。
本实施例中将两路信号叠加到第二级运算放大器调理电路11的目的是为了提升输出电压，从而将实际二次电流正弦波采样信号幅值范围由-1.65V-+1.65V转换为0-3.3V，否则，所述算法DSP数字控制与通讯单元5在处理二次电流采样信号的正弦波中的-1.65～0负半轴信号时都会视为零电压来处理，本实施例经过叠加和运放处理后，使这样二次电流采样信号的实际值符合算法DSP数字控制与通讯单元5的处理范围，从而提高数据采样和处理的可靠性和稳定性。
同时，本实施例的电压限幅保护与输出电路12，所述第二级运放与输出单元3是将实际电流采样信号以电压信号方式输出给算法DSP数字控制与通讯单元5内的ADC模数转换单元13；电压限幅保护是特殊情形下，若第二级运算放大器调理电路11的输出信号大于算法DSP数字控制与通讯单元5可处理信号的正/负3.3V范围而进行的限幅保护措施，从而使输入给算法DSP数字控制与通讯单元5的信号不超过3.3V以保护算法DSP数字控制与通讯单元5。
如图4所示，在本申请的优选实施例中，所述电流采样基准电源单元4包括：
算法DSP基准电源单元19，用于提供+3.3V的电流采样基准电源信号输送至所述算法DSP数字控制与通讯单元5；
第二级运算放大器电流采样基准电源单元20，与所述算法DSP基准电源单元19输出端电性连接，用于将所述+3.3V的电流采样基准电源信号通过转换为-3.3V的基准电源电路运算放大器输出电压输送至第二级运算放大器与输出单元3的输入端。
具体地，所述的算法DSP基准电源单元19包括：
电压源24，用于提供电压源；
分流分压电阻25，与所述电压源24电性连接，用于对电压源进行分流分压；
滤波、稳压及限流电路27，与所述分流分压电阻25的输出端电路连接，用于对分流分压后的电压源进行电容滤波和稳压管稳压及电阻限流得到+3.3V的电流采样基准电源信号输送至所述算法DSP数字控制与通讯单元5；
高低频两级电容滤波单元28，用于对+3.3V的电流采样基准电源信号进行高低频两级滤波输送至第二级运算放大器电流采样基准电源单元20；
3.3V基准电压端子26，用于将+3.3V的电流采样基准电源信号输送至所述算法DSP数字控制与通讯单元5。
具体地，所述第二级运算放大器电流采样基准电源单元20包括：
电阻R32，所述电阻R32一端连接高低频两级电容滤波单元28；
运算放大器U2A，所述运算放大器U2A的同相输入端通过电阻R33接地，反相输入端与电阻R32另一端电性连接，输出端通过电容C23A与反相输入端电性连接；
电阻R35，所述电阻R35的一端与运算放大器U2A的输出端电性连接，另一端一方面通过反馈电阻R34与运算放大器U2A的反相输入端电性连接，另一方面与并联设置的电容C14、C15、C16一端电性连接，所述电容C14、C15、C16的另一端接地；
基准参考电压端子29，由并联设置的电容C14、C15、C16连接电阻R35的一端引出，用于将-3.3V的基准电源电路运算放大器输出电压输送至第二级运算放大器与输出单元3的输入端。
本实施例中的电流采样基准电源单元4为两路电流采样基准电源，每一路均包括有算法DSP基准电源单元19和第二级运算放大器电流采样基准电源单元20，图4中所示为其中一路的具体电路图，其中，算法DSP基准电源单元19的3.3V基准电压端子26输出的基准参考电压为+3.3V_REF1，第二级运算放大器电流采样基准电源单元20的基准参考电压端子29输出的基准参考电压为-VEF1。
同样地，另一路电流采样基准电源分别输出的基准参考电压为+3.3V_REF2和-VEF2，作为算法DSP数字控制与通讯单元5的第二路模数转换电源基准信号。两路电流采样基准电源的电路相同，因此不再赘述。
3.3V基准电压端子26输出的基准电压是通过电压为+V1的电压源24经过分流分压电阻25分流分压，再经滤波、稳压及限流电路27的电容滤波和稳压管稳压及电阻限流输出后为+3.3V，接着直接输入至算法DSP数字控制与通讯单元5的ADC模数转换单元13，作为为算法DSP数字控制与通讯单元5采样二次电流采样信号的第一路电源基准信号。
另外，供给所述第二级运算放大器调理电路11的基准参考电压-VEF1，电源精度高。它是由3.3V基准电压端子26输出的基准参考电压+3.3V_REF1，经第二级运算放大器电流采样基准电源单元20处理后得到。
如图5所示，在本申请的优选实施例中，所述算法DSP数字控制与通讯单元5包括：
ADC模数转换单元13，分别与两组算法DSP基准电源单元19的输出端和三组第二级运算放大器与输出单元3的输出端电性连接，用于获取两组电流采样基准电源信号的模数转换数字值、三组二次电流采样信号的模数转换数字值；
控制算法单元14，与所述ADC模数转换单元13的输出端电性连接，用于根据模数转换的参考校准值、二次电流采样信号瞬时值计算二次电流有效值和峰值给出数据控制字，并给出内部保护控制字，继而由保护计算和保护复核计算数学模型结合智能设备终端21的得到保护定值和变比，若变比符合要求，则持续正常工作并输出二次电流数据，反之，则调用自动校正环节，进行自动匹配/人工设置变比参数来达到要求，得到调节变比后的二次电流值；
数据通讯单元15，与所述控制算法单元14的输出端电性连接，用于根据需求选择通讯协议实现与智能设备终端21的数据通讯。
具体地，所述的智能设备终端21包括微机保护装置210、测量仪表211、人机界面212，数据通讯单元15包括：与人机界面212实现通讯的RS485通讯模块16、与所述测量仪表211实现通讯的RS232通讯模块17、与所述微机保护装置210实现通讯的CAN通讯模块18。
本实施例的数据通讯单元15包括有RS485通讯模块16、RS232通讯模块17、CAN通讯模块18，并通过软件设置通讯协议完成通讯功能，可根据外部需求选择通讯协议，实现与外部的微机保护装置210、测量仪表211、人机界面212的友好和谐通讯。
本实施例的算法DSP数字控制与通讯单元5包括ADC模数转换单元13、控制算法单元14、数据通讯单元15，其中：
ADC模数转换单元13若精度要求高则可采用专用的16位专用ADC转换芯片，本实施例采用DSP的2812芯片内部自带的12位模数转换单元，其进行二次电流采样信号模数AD转换精度为1/4095。
本实施例共有五路模拟输入信号输入到ADC模数转换单元13，其中三路基于三相电流互感器1的二次电流的三相模拟输入信号，两路为电流采样基准电源信号。
三路基于三相电流互感器1的二次电流的三相模拟输入信号是由前述的CT二次电流采样单元2直至到第二级运算放大器与输出单元3的信号，为三相电流互感器1的二次电流实际采样信号，三路基于三相电流互感器1的二次电流的三相模拟输入信号I_R端子23、I_S端子，I_T端子输入至ADC模数转换单元13对应的模数转换引脚。
在此说明，A相的二次电流采样信号输入至ADC模数转换单元13的端子号为I-R，由于B相C相的第二级运算放大器与输出单元3同A相，同样B和C相对应的输出端子号为I-S，I-T，因而本申请略而未赘述。
两路电流采样基准电源信号作为ADC采样基准电源校准信号，包括第一路电源基准信号+3.3V-REF1和第二路电源基准信号+3.3V-REF2，由V1经电阻转换分流、电容滤波和稳压管稳压后的两路电流采样基准电源信号，作为电流采样基准电源模拟输入信号，接入至算法DSP的ADC模数转换单元13对应的模数转换引脚。
如图6所示，在本申请的优选实施例中，控制算法单元14具体用于执行以下步骤：
S1，算法DSP数字控制器初始化；
S2，获取电流采样基准电源信号的模数转换数字值，并经软件过滤获取模数转换的参考校准值保存到寄存器，具体地，本实施例获取电流采样基准电源信号的模数转换数字值，并软件过滤得到3.3V的模数转换的校准值数据，保存到寄存器；
S3，获取二次电流采样信号的模数转换数字值，软件过滤得到二次电流采样瞬时值保存到寄存器，具体地，本实施例通过采用2812芯片内部自带的12位模数转换单元获取二次电流采样信号的模数转换数字值，并经软件过滤得到二次电流采样瞬时值，保存到寄存器；
S4，计算得到二次电流采样信号的有效值和峰值，并由此得到二次电流采样信号的数据和故障报警控制字，具体地，本实施例通过计算公式和内部控制器保护要求，得到二次电流采样信号的有效值和峰值等数据和内部故障报警控制字，提供可调变比数字控制器的内部保护功能，且二次电流采样信号的有效值和峰值等数据和内部故障报警控制字可通过数据通讯单元15传输给外部的智能设备终端21使用；
S5，按照通讯协议进行通讯数据交互，得到包括微机保护装置210、测量仪表211、人机界面212在内的智能设备终端21的输入门槛限值、最大限值，量程范围和精度、变比等内部参数并保存到寄存器；
S6，按照保护计算和保护复核计算的数学模型，经控制算法得到自动/手动调节CT变比参数；
S7，通过检测输入电流或经调节后的二次电流采样信号的参数是否满足规定的门槛限值或精度要求判断CT变比是否满足要求；
S8，若满足要求，则持续正常工作，进而得到调节CT变比后的二次电流采样信号并通过通讯传输输出数据；
S9，若不满足要求，调用自动校验检测环节，可由人工设置或自动调节CT变比来达到要求，其中，自动调节CT变比具体为：将测量仪表检测到的数值通过本机HMI接口设置或者通过后台调测软件输入控制算法单元14的自动校正检测环节，进行自动匹配CT变比参数，使检测参数或精度达到规格要求；所述人工设置具体是通过人机界面212由人工设置CT变比参数，使检测参数或精度达到规格要求。
综上所述，本申请的基于二次电流采样的可调CT变比数字控制器包括外部电流互感器输入，内部硬件电路和软件控制和智能设备终端通讯等。具体包括三相电流互感器1、三组CT二次电流采样单元2，三组第二级运算放大器与输出单元3，两组电流采样基准电源单元4，算法DSP数字控制与通讯单元5，以及智能设备终端21共六部分。
软件控制是基于三相电流互感器1的二次电流采样信号、电流采样基准电源单元4为输入，通过算法DSP数字控制与通讯单元5内的ADC模数转换单元13、控制算法单元14和数据通讯单元15，算法DSP数字控制与通讯单元5由控制算法软件过滤电流采集值，得到二次电流采样瞬时值，计算有效值和峰值等二次电流参数。同时算法DSP数字控制与通讯单元5可从智能设备终端21来获得门槛限值、上下限量程参数、精度控制等参数，也包括综合保护装置获得电流和电压参数等。这样算法DSP数字控制与通讯单元5可根据智能设备终端21的要求和电流采样参数，按照智能设备终端21的保护、测量和显示功能参数要求，再由保护计算和保护复核计算的数学模型，计算得到可调的CT变比，通过CT变比的自动检测调节环节及人机界面设置所需的CT变比参数，进而得到调节后的二次电流值。调节后的二次电流再通过通讯协议与智能设备终端21进行数据传输交互，进而由微机保护装置210、测量仪表211进行数据采集和人机界面212进行显示等来实现各项保护控制功能。如此一来，本申请减少了更换拆卸安装工作，避免了拆装后的多项高压试验，缩短工期，减少成本。可自动调整和人工设置调节CT变比，设置方便，通讯控制灵活简单，控制精度高，动态响应快。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。