基于卡尔曼滤波算法的双磁芯磁调制剩余电流检测方法研究

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2025.08.009

摘要/Abstract

摘要：

剩余电流检测是保障低压直流配电系统安全运行的关键技术。针对传统单磁芯磁调制式剩余电流传感器精度低、抗干扰能力差等问题,提出一种基于双磁芯磁调制的剩余电流检测方法,并构建相应的仿真模型。通过卡尔曼滤波算法对双磁芯传感器的调制信号进行滤波解调,并将仿真结果与单磁芯方案进行对比分析。结果表明,所提检测方法具有偶次谐波增强、检测范围扩大和零点漂移抑制等优势,能为大电流场景下微小剩余电流信号检测提供有效的改进方案。

关键词: 低压直流, 剩余电流检测, 双磁芯磁调制, 卡尔曼滤波算法

Abstract:

Residual current detection is a key technology to ensure the safe operation of low voltage DC distribution systems.Aiming at the traditional single-core magnetic modulation residual current sensor with low precision and poor anti-interference ability,a residual current detection method based on dual-core magnetic modulation is proposed,and the corresponding simulation model is constructed.The modulated signal of the dual-core sensor is filtered and demodulated by the Kalman filtering algorithm,and the simulation results are compared and analyzed with the single-core scheme.The results show that the detection method has the advantages of even harmonic enhancement,detection range expansion and zero drift suppression,which can provide the effective and improved scheme for the detection of tiny residual current signals in high-current scenarios.

Key words: low voltage DC, residual current detection, dual-core magnetic modulation, Kalman filtering algorithm

中图分类号:

TM452

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图/表 21

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参考文献 20

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检测方法	剩余电流检测类型	检测带宽	检测精度	温漂零漂	成本
电磁式电流互感器检测法	交流	10 Hz~20 kHz	较高	温漂小零漂大	低
霍尔式检测法	交/直流	0~200 kHz	较低	温漂大零漂小	较低
巨磁阻式检测法	交/直流	0~1 MHz	较低	温漂大零漂小	较高
磁调制式检测法	交/直流	0~10 kHz	高	温漂小零漂小	高

参数类型	参数名称	数值
磁芯参数	饱和磁感应强度B_s/T	0.8
	矫顽力H_c/(A·m^-1)	≤2
	最大磁导率μ_m/ (Gs·Oe^-1)	400 000
	线圈匝数N₂/匝	50
	有效截面积S/mm²	19.5
	平均磁路长度l/mm	78.5
电路参数	励磁电压/V	±12
	采样电阻/Ω	100
	分压比R₁/R₂	3

QR组合	R=0.000 1	R=0.00 10	R=0.010 0
Q=0.001	8.939 6× 10^-16	1.002 4× 10^-13	1.233 4× 10^-11
Q=0.010	8.862 4× 10^-16	8.921 9× 10^-14	9.998 9× 10^-12
Q=0.100	8.704 4× 10^-16	8.703 6× 10^-14	8.748 1× 10^-12

干扰模式	信噪比/dB	均值/A	标准差/A
高斯噪声	40	0.420 4	0.001 3
	35	0.421 3	0.001 8
	30	0.422 2	0.002 7
	25	0.421 8	0.006 7
	20	0.418 8	0.007 6
直流偏移	40	0.421 6	0.001 0
	35	0.421 5	0.001 9
	30	0.421 8	0.002 7
	25	0.422 2	0.004 2
	20	0.422 3	0.012 2

剩余电流输入值/mA	单磁芯			双磁芯
剩余电流输入值/mA	解调电流/ mA	二次侧剩余电流/mA	检测误差/%	解调电流/A	剩余电流还原值/A	检测误差/%
30	-0.577	-0.6	3.8	0.092 6	0.030 2	0.7
300	-5.800	-6.0	3.3	0.420 9	0.293 1	2.3
600	-11.800	-12.0	1.7	0.811 9	0.606 3	1.0