光电互感器光电控制系统的研究

论文摘要

随着电力系统对可靠性和自动化程度的要求越来越高,现代配电、用电系统都要求在计量、监测、控制及保护等方面完全实现自动化和智能化。作为电力系统测量的基本设备,传统的互感器随着电力系统对测量工具的要求增高,已暴露出越来越多的缺点。所以人们开始研制以现代光电技术为基础的电流变送器,称为电子式电流互感器或光电互感器。本文在深入研究IEC-60048标准的基础上,进行了光电互感器控制系统的设计。该系统采用罗氏线圈将母线上的电流信号变换为电压信号,然后经过前期的预处理将其送入模数转换器当中,再通过MCU的控制对转换后的数字信号进行CRC校验码的运算和曼切斯特编码,并通过光纤传到低压侧,经过解码电路还原为模数转换器转换后的数字信号,最后送入合并单元中完成算法计算和波形恢复的工作。本文分析了罗氏线圈的性能,并根据罗氏线圈的电气参数公式计算出线圈的电气参数,然后用MATLAB对罗氏线圈加积分器的等效电路进行仿真,以确定积分器的参数。本文将可编程逻辑门电路（FPGA）技术分别应用在高压侧的模数转换器的控制、CRC校验码的生成、曼切斯特编码和低压侧的解码电路上。不仅提高了高压侧电路的可靠性,还使设计的光电互感器控制系统能适应未来电力系统对互感器的更高要求,具有一定的超前性。本文还对高压侧三个主要参数进行了分析。给出了兼顾这三个重要参数的电路设计的方法,完成了光电互感器控制系统的设计,本文设计的电路比较灵活,可以在此设计的基础上根据电力系统中的具体要求进行电路改造和算法添加。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的目的和意义
• 1.2 课题的研究现状和发展趋势
• 1.3 课题内容和设计方案
• 第二章 罗氏线圈的原理
• 2.1 线圈的测量原理
• 2.1.1 不同形状骨架线圈互感的计算
• 2.2 罗氏线圈的工作原理
• 2.3 罗氏线圈参数的确定
• 2.4 罗氏线圈的稳态误差分析
• 第三章 高压侧信号处理电路的设计
• 3.1 前期处理电路
• 3.2 模数转换器
• 3.2.1 精度
• 3.2.2 速度和功耗
• 3.3 MCU的设计
• 3.3.1 FPGA作为MCU的优势
• 3.3.2 利用状态机实现对A/D的控制
• 3.3.3 片内存储器的设计
• 3.3.4 CRC校验码
• 3.3.5 曼切斯特编码
• 3.3.6 MCU的综合
• 3.4 光纤发送接收器
• 第四章 低压侧通讯接口的设计
• 4.1 全数字锁相环技术
• 4.1.1 全数字锁相环的概况
• 4.1.2 全数字锁相环的分类
• 4.2 全数字锁相环路各功能模块的设计
• 4.2.1 鉴相器的设计
• 4.2.2 数字环路滤波器
• 4.2.3 数控振荡器
• 4.2.4 除M分频器
• 4.3 全数字锁相环的设计
• 4.4 基于全数字锁相环的解码电路
• 第五章 结论
• 参考文献
• 附录 A
• 在学研究成果
• 致谢