【正文】 摘 要本文通過對(duì)數(shù)字接口輸出標(biāo)準(zhǔn)IEC600447/8中信息合并單以及通信協(xié)議IEC61850有關(guān)通信接口部分做了深入的分析,在滿足光學(xué)電流互感器數(shù)字接口標(biāo)準(zhǔn)條件下,提出了遵循IEC61850協(xié)議的光學(xué)電流互感器的實(shí)現(xiàn)方案,將光學(xué)電流互感器分為,傳感部分,高壓側(cè)數(shù)據(jù)采集部分,低壓側(cè)信息合并單元部分,以太網(wǎng)通信部分來實(shí)現(xiàn).在高壓側(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，通過對(duì)采集系統(tǒng)的分析，采用FPGA實(shí)現(xiàn)對(duì)A/D采樣的控制,在低壓側(cè)合并單元部分，采用FPGA與DSP相結(jié)合的合并單元設(shè)計(jì)方案,FPGA實(shí)現(xiàn)高壓側(cè)傳下來的數(shù)據(jù)的接收,校驗(yàn)還原,并保持各路采樣的同步,采用DSP技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，按IEC6185091對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包,組幀并通過以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù).關(guān)鍵詞：光纖電流互感器 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 信息合并單元 IEC61850 以太網(wǎng) 現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列（FPGA） 數(shù)字信號(hào)處理（DSP） ABSTRACTThis article through to the digital interface standard IEC600447/8 of output information and munication agreement with single IEC61850 on munication interface part do a thorough analysis, satisfying optical current transformer digital interface standard conditions, and put forward the following IEC61850 agreement optical current transformer, will the implementation scheme of current transformer is divided into, optical sensing part, high voltage side of low voltage side of data acquisition, merger, Ethernet unit of information munication to realize Part. In high voltage side of data collection system design process, through the acquisition system analysis, and the FPGA realizing A/D to the control of the sampling, in low voltage side of the unit, with the bination of FPGA and DSP merge unit design scheme, FPGA realizing high voltage side of the handed down data receiving, verify, and keep the reduction of synchronous sampling, DSP technology for the corresponding data processing, according to IEC61850September 1 of the data package, group frame and through the Ethernet data transmission. Key words: optical current transformer。 dataacquision system。 merging unit。 IEC61850。 Ethernet。 field programmable gate array 。 digital signal processing 。 目錄摘 要 IABSTRACT II第1章 緒論 1 1 背景及意義 2 國(guó)內(nèi)外光學(xué)電流互感器的發(fā)展?fàn)顩r 3 國(guó)外發(fā)展情況 3 國(guó)內(nèi)發(fā)展情況 5第2章 光學(xué)電流互感器傳感部分的設(shè)計(jì) 6 傳感基本原理 6 光的偏振特性 6 法拉第效應(yīng) 7 光學(xué)互感器光路設(shè)計(jì) 8 光學(xué)互感器光路的工作過程 9 傳感部分主要元件的選擇 9 偏振態(tài)轉(zhuǎn)化過程 14 接收單元電路的設(shè)計(jì) 16 光源驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)………………………………………………..17第3章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 信號(hào)處理電路 19 濾波電路 19 積分電路 21 A/D轉(zhuǎn)換電路 23 A/D控制模塊的FPGA設(shè)計(jì) 26 組幀編碼模塊設(shè)計(jì) 27 光信號(hào)的收發(fā) 28 同步采樣 30 同步信號(hào)1的產(chǎn)生 31 同步信號(hào)2的產(chǎn)生 32 同步信號(hào)異常時(shí)的動(dòng)作 33第4章 數(shù)據(jù)處理合并單元的設(shè)計(jì) 34 數(shù)字輸出標(biāo)準(zhǔn) 34 IEC600448標(biāo)準(zhǔn) 34 合并單元的通信 38 FPGA數(shù)據(jù)接收模塊 40 解碼電路的設(shè)計(jì) 41 CRC校驗(yàn)電路 42 數(shù)據(jù)緩沖FIFO 42 同步功能模塊 43 FPGA與DSP的電源電路 43 數(shù)據(jù)處理部分 44 數(shù)據(jù)緩存 45 數(shù)字濾波器 45 均方根及相位運(yùn)算 47 相位補(bǔ)償 49 合并單元光纖輸出驅(qū)動(dòng)電路 50 51 IEC6185091 標(biāo)準(zhǔn) 51 硬件設(shè)計(jì) 54第5章 數(shù)據(jù)輸出模塊軟件程序設(shè)計(jì) 58 NIC初始化 58 數(shù)據(jù)包的發(fā)送流程圖 60 DSP的讀寫 61結(jié) 論 64致 謝 65參考文獻(xiàn) 66 CONTENTSABSTRACT IABSTRACT IIChapter1 introduction 1 briefly 1 The background and significance 2 home and abroad the development situation 3 Foreign development 3 Domestic development 5Chapter2 Optical current transformer sensing part of the design 6 Sensing basic principle 6 Light polarization characteristics 6 Faraday effect 7 Optical transformer design light way 8 Optical transformer the working process of the light path 9 The choice of the main ponents of sensor 9 The transformation process of polarization 14 Receiving cell circuit design 17 Light source drive circuit design 18Chapter3 Data acquisition system design 19 Signal processing circuit 20 Filter circuit 20 Integral circuit 22 A/D circuit 24 A/D control module FPGA design 27 Frame coding module design group 28 Light signals to send and receive 29 Synchronous sampling 31 Synchronized signal the generation of 1 32 The generation of 2 synchronized signal 33 Synchronized signal of poses 34Chapter4 With the design of the data processing unit 35 Digital output standard 35 IEC600448 standards 35 Merger of the unit of munication 40 The FPGA data receiving module 42 Decoding circuit design 42 CRC checking circuit 43 Data buffer FIFO 44 Synchronization function module 44 The FPGA and DSP power supply circuit 45 Data processing 46 Data cache 46 Digital filter 47 Root mean square and phase operation 49 Phase pensation 50 Merge unit optical output driver circuit 52 Data output module 53 IEC61850September 1 standards 53 Hardware design 56Chapter5 Data output module software programming 60 NIC initialization 60 The data packets sent flow chart 62 DSP reading and writing 64conclusion 64Acknowledgements 65reference 66 第1章 緒論互感器是電力系統(tǒng)中主要的保護(hù)和監(jiān)控設(shè)備之一，隨著電力系統(tǒng)向高電壓、大容量發(fā)展，傳統(tǒng)的基于電磁感應(yīng)原理制成的電磁式電流互感器暴露出來越來越多的問題，這就有力地推動(dòng)了電子電流互感器(ECT)的研究與應(yīng)用。電子電流互感器是指利用備有電子器件的光學(xué)器件或空心線圈(帶有或沒有內(nèi)嵌積分器)或是帶有集成負(fù)載的鐵心線圈的,獨(dú)立的或配有電子器件的電流一電壓轉(zhuǎn)換器。其中利用光學(xué)器件對(duì)電流傳感器的或傳輸信號(hào)的ECT稱為光學(xué)電流互感器(OCT)。對(duì)OCT可有不同的分類方法，按照高壓區(qū)分工作單元是否需要供電，通?？煞譃橛性葱秃蜔o源型兩大類；按照傳感機(jī)理和傳感頭的具體結(jié)構(gòu),又可分為全光纖型(FOCT),光學(xué)玻璃型(BGOCT),混合型(HOCT),磁場(chǎng)傳感器型和其他傳感機(jī)理型。隨著光電子和光纖通信的發(fā)展，有力的推動(dòng)了新型光纖電流互感器的研究與應(yīng)用。與傳統(tǒng)的電磁式電流互感器相比,光纖電流互感器有如下優(yōu)點(diǎn)：不含油,尺寸小,絕緣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,不會(huì)有安全隱患[15]；不含鐵芯,不會(huì)有磁飽和現(xiàn)象；測(cè)量帶寬和精度高；使用光纖傳輸信號(hào),可以有效地防止電磁干擾；易于與數(shù)字設(shè)備連接等。由于光纖電流互感器與傳統(tǒng)互感器的輸出形式有很大的不同,因此如何選擇和設(shè)計(jì)過程層與間隔層保護(hù)測(cè)量二次設(shè)備之間的接口就成了要解決的關(guān)鍵問題。為此,2002年國(guó)際電工委員會(huì)第38屆技術(shù)委員會(huì)(IECTC38)專門負(fù)責(zé)制定了電子式電壓、電流互感器制造標(biāo)準(zhǔn)IEC600447/8；同時(shí),自2004年開始IECTC57又陸續(xù)推出了變電站通信體系和結(jié)構(gòu)IEC61850國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,該標(biāo)準(zhǔn)面向未來,覆蓋了變電站的所有接口,目的是有效地解決不同廠家生產(chǎn)的自動(dòng)化系統(tǒng)的互操作性和互換性問題。 背景及意義隨著我國(guó)電網(wǎng)容量的不斷增大和電壓等級(jí)的不斷提高，傳統(tǒng)的電磁式電流互感器暴露出了一系列的缺點(diǎn)，從本身的設(shè)計(jì)原理來看：，造價(jià)隨著電壓等級(jí)的升高而成指數(shù)增加；，帶窄；，易燃易爆；，而且含有很大的非周期分量容易引起傳統(tǒng)電流互感器鐵心過度飽和，造成勵(lì)磁電流增大幾十倍至幾百倍，從而引起電流互感器二次側(cè)電流數(shù)值和波形嚴(yán)重失真，導(dǎo)致系統(tǒng)保護(hù)誤動(dòng)作；另一方面從目前間隔層與過程層之間的通訊方式來看，傳統(tǒng)互感器采用的是電纜線點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接方式，傳送的是模擬量存在著二次接線復(fù)雜，維修困難的狀況。鑒于傳統(tǒng)互感器所面臨的種種問題，電力系統(tǒng)迫切需要能克服上述缺點(diǎn)的新型電流互感器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電磁式互感器。隨著光纖技術(shù)，傳感技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)電流互感器正逐漸成為研究的熱點(diǎn)。光學(xué)電流互感器是運(yùn)用了光纖傳感技術(shù)和電子技術(shù)對(duì)高壓電纜上的電流信號(hào)進(jìn)行測(cè)量和傳輸?shù)男滦突ジ衅?。它有效解決了傳統(tǒng)電流互感器中存在的問題[16]，可滿足電力系統(tǒng)計(jì)量和繼電保護(hù)中的應(yīng)用要求，具有廣闊的應(yīng)用前景。光學(xué)電流互感器的優(yōu)點(diǎn)在于：，高壓低壓隔離，絕緣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；，無磁飽和，鐵磁共振和磁滯效應(yīng)，暫態(tài)響應(yīng)好，穩(wěn)定性好；，低壓側(cè)無開路危險(xiǎn)；，測(cè)量精度高；。頻率范圍受后面的信號(hào)處理電路的限制；；，微機(jī)化，自動(dòng)化的發(fā)展潮流；光學(xué)電流互感器的基本裝置與電壓等級(jí)無關(guān)，應(yīng)用于不同的電壓等級(jí)時(shí)只需改變?cè)O(shè)置參數(shù)和絕緣設(shè)施，電壓等級(jí)的提高不會(huì)帶來設(shè)備費(fèi)用的大幅增加。現(xiàn)在隨著電子技術(shù)的發(fā)展，光纖電流互感器在整機(jī)性能可靠性和使用壽命等多方面都已經(jīng)超過了傳統(tǒng)的電流互感器。雖然光學(xué)電流互感器有很多優(yōu)點(diǎn)，但仍存在許多問題值得研究和改進(jìn)，其中有全光纖型電流互感器的固有雙折射難以處理。普通硅光纖的維爾德常數(shù)較小，光線固有雙折射會(huì)傾向于淹沒法拉第旋轉(zhuǎn)角。增加傳感光纖圈數(shù)可以提高靈敏度，但同時(shí)也會(huì)增加本征雙折射和彎曲引起的線性雙折射，所以就起不到增加靈敏度的效果。光纖的固有雙折射和維爾德常數(shù)海域溫度有關(guān)，這樣就更難于控制互感器的精度。全光纖互感器自被提出近30年來，一直圍繞這固有雙折射和溫度穩(wěn)定性的問題進(jìn)行研究。 國(guó)內(nèi)外光學(xué)電流