【正文】 等公司已經(jīng)開發(fā)出一系列光電電流互感器產(chǎn)品并在世界各地掛網(wǎng)運(yùn)行。隨著電網(wǎng)的擴(kuò)大，輸電線路越來越長，傳統(tǒng)的電流互感器己經(jīng)無法滿足距離保護(hù)的瞬態(tài)特性要求，預(yù)計在未來 5～ 10年中，電子式電流互感器會在各種電壓等級的電網(wǎng)中大量安裝和使用。所謂有源型光電電流互感器乃是高壓側(cè)電流信號通過采樣傳感頭，將電信號傳遞給發(fā)光元件而變成光信號，再由光纖傳遞電壓側(cè)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換變成電信號輸出。 有源型光電電流互感器的技術(shù)難點是： （ 1） 傳感頭去信號繞組的制作。 高壓側(cè)電路主要有傳統(tǒng)線圈、過濾器、 A/D 轉(zhuǎn)換等，在互感器低壓側(cè)，靈活的電路設(shè)計，除了從光數(shù)字信號中恢復(fù)出數(shù)字電流信號外，還可以通過數(shù)字信號電路的處理，便于與微機(jī)保護(hù)裝置、計算機(jī)測量和控 制裝置及其它數(shù)字儀表進(jìn)行通信和電流數(shù)字信號的傳送，也可以輸出模擬電流信號，以便與傳統(tǒng)的儀器儀表對接，利用數(shù)字信號處理電路還可以組成光電式電壓和電流的復(fù)合式互感器，以及將保護(hù)和控制集成在一起，也有利于向智能化互感器方向發(fā)展。于是出現(xiàn)了利用電容分壓器從母線取能供電，這種供電方式與母線電流供電類似，其原理是在高壓母線與地之間連接高壓電容分壓器從高壓母線上取得經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓以后，向高壓側(cè)電路供電。 用電流互感器作為電流互感元件是一個良好的方案。高壓母線電流中頻率為 50Hz 的基波經(jīng)過濾波電路后會有一定的相位偏移和幅值增益。 當(dāng) CS/SHDN 端從高電平變?yōu)榈碗娖剑ㄏ陆笛兀r，芯片的整個轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳輸過程被初始化， DCLOCK 端的最初 ～ 5 個時鐘脈沖用于對輸入模擬信號的采樣，此時 DOUT 端處于高阻態(tài)；在隨后的 DCLOCK 下降沿， DOUT 端將輸出一個可持續(xù)一個脈沖周期的低電平信號，以作為將要輸出 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的標(biāo)志；緊接著在 16 個 DCLOCK 的控制下，從最高位（ MSB）到最低位（ LSB）依次由 DOUT 輸出 16 位轉(zhuǎn)換結(jié)果。因此本設(shè)計采用光纖來傳輸高低壓間數(shù)字信號。 綜上所述，本論文研制的該種新型電流互感器所存在的測量頻帶窄和線性范圍小的缺陷，結(jié)構(gòu)集成化，具有體積小，重量輕， 安全性好等優(yōu)點，能兼容目前電力行業(yè)所使用的各種二次測量儀表和保護(hù)裝置（包括模擬式常規(guī)儀表、只能電力儀表和微機(jī)保護(hù)裝置）。付老師淵博的知識，縝密活躍的思維，敏銳的洞察力，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度以及民主的作風(fēng)給我留下了深刻的印象，使我開闊了視野，豐富了學(xué)識，并使我在人生觀和世界觀的培養(yǎng)上受到啟迪，受益終 生。獲得了傳感電路工作電源的優(yōu)化設(shè)計，拓寬電流測量范圍。激光二極管容易受溫度影響，功耗大、造價高、壽命短。以上特點使 ADS8320 非常適用于便攜式電池供電系統(tǒng)中。本文采用巴特沃斯二階低通濾波電路，電路如圖所示。本文采用電流源和電壓源構(gòu)成的一個組合，即使電流為零，電壓源也仍能供電。其供電的能量來自高壓母線電流，取能是通過一個套在母線上的磁感應(yīng)線圈來完成的，母線環(huán)周圍存在磁場，通過磁場來獲取能量。另外光纖材料的費爾德常數(shù)不夠大且隨溫度變化較大，也影響測量的準(zhǔn)確性。在低壓子系統(tǒng)將接受 到的光信號反變換成電信號，經(jīng)過放大送入儀器儀表。除此之外，光電式電流互感器還可以用于一些其他場合，比如便攜式電流互感器、高頻電流測量、沖擊大電流測量等。 2)數(shù)字化、智能化是光電電流互感器發(fā)展的必然趨勢。研究和設(shè)計新型的光電混合電流互感器符合國家發(fā)展戰(zhàn)略，使這種新技術(shù)真正的造福國家和廣大人民。成本低而且動態(tài)范圍大，可測交直流，無磁飽和，頻帶響應(yīng)寬，抗干擾能力強(qiáng)。最后對整個系統(tǒng)進(jìn)行了軟件的仿真測試與硬件調(diào)試，驗證系統(tǒng)的功能實現(xiàn)。 經(jīng)驗證該系統(tǒng)設(shè)計可以實現(xiàn)光電混合式電流互感器高壓側(cè)單元和數(shù)據(jù)通訊的預(yù)定功能。但是隨著科技的發(fā)展，已不能滿足當(dāng)代對精度的更高要求和體積減小等問題。因此電流檢測新技術(shù)這個課題的研究和設(shè)計有關(guān)國民經(jīng)濟(jì)和生活水平，具有很長遠(yuǎn)的國際戰(zhàn)略等意義。 3)光電電流互感器的發(fā)展將促進(jìn)磁、光、電材料的進(jìn) — 步開發(fā)。所以本文選取光電混合式電流互感器作為研究和設(shè)計對象，選擇合適的方式和設(shè)計來實現(xiàn)對高壓電力系統(tǒng)中電流的檢測。 A/D 轉(zhuǎn)換式光電電流互感器的主要優(yōu)點是： （ 1）目前 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度很高，可以通過尋用合適的 A/D 轉(zhuǎn)換器來滿足系統(tǒng)對精確度的要求。在實現(xiàn)掛網(wǎng)過程中還存在長期穩(wěn)定性的問題，因此在實際掛網(wǎng)之前需要更深入的研究。 此功能方式體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、絕緣封裝簡單、使用安全；供電比較可靠、成本低。 本章小結(jié) 本章主要論述 了系統(tǒng)供能電源的基本原理和設(shè)計指標(biāo)，并分析比較了各種可行的電子式電流互感器供能方案，進(jìn)行了研討，在此基礎(chǔ)上提出了一種改進(jìn)的供電方案 雙電源式供電方案。其中 R1=R2=R,C1=C2=：當(dāng)頻率 w 小于截止頻率 wc 時，幅度的響應(yīng)最平，但是當(dāng) wwc 后，幅頻響應(yīng)快速下降，當(dāng) w趨向于無窮大時，幅頻響應(yīng)的曲線幾乎與橫坐標(biāo)軸是一條線，可以有效的濾波干擾信號。 1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳排列 ADS8320 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，它由采樣 /保持放大器、 D/A 轉(zhuǎn)換器、比較器、移位寄存器、控制邏輯電路、串行接口電路等組成。 LED 發(fā)光二極管受溫度影響較小，功耗低、造價低、壽命長，不用光反饋裝置和溫度控制。 （ 4）吸取光纖的高絕緣可靠性和傳輸高抗干擾的優(yōu)點，傳輸信號選擇為光信號，在低壓側(cè)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。付老師嚴(yán)于律己，寬以待人的胸懷和修養(yǎng)是我學(xué)習(xí)的楷模。 （ 5）低壓側(cè)接受裝置參考高壓側(cè)的傳輸設(shè)置，采用脈沖同時計數(shù)，使得低壓側(cè)可以正確接受高壓側(cè)傳送光信號的信息。 光纖選擇 高壓側(cè)采樣的數(shù)字信號可以通過無線電波和超聲波等方法傳送到低壓側(cè)，但是這些方法抗干擾能力較差。各引腳的功能如下： ● VREF 為外接參考電壓輸入端； ● +IN、 IN 為外接差動模擬信號輸入端； ● +Vcc、 GND 為供電電源接入端； ● CS/SHDN 為片選 /關(guān)斷控制端； ● DCLOCK 為時鐘輸入端； ● DOUT 為 A/D 轉(zhuǎn)換的數(shù)字結(jié)果串行輸出端 2 工作時序 ADS8320 與微處理器或其它數(shù)字系統(tǒng)采用同步 3 線串行接口進(jìn)行通信，其工作時序如圖3 所示。若需要沒有增益的信號，運(yùn)算放大器就是一個電壓跟隨器。載流母線上的被測電流小到幾十或幾百安，大到幾千或幾十遷安，這樣的大電流必須經(jīng)過取樣，并把它變換成低的電壓信號才能輸入到發(fā)送端的電子電路。 電容電流取能供電 由于系統(tǒng)電壓在系統(tǒng)運(yùn)行過程中的變化范圍較母線電流要小得多，所以對高壓側(cè)電源的設(shè)計可以考慮通過高壓母線環(huán)周圍存在的電場來取能。 有源型光電電流互感器中，基于 V/F 變換的電流互感器需要非常大的電源來驅(qū)動 V/F 變換，而目前所設(shè)計的電源很難達(dá)到要求，因此本文決定采用 A/D轉(zhuǎn)換式光電電流互感器。 有源型光電電流互感器優(yōu)點是長期穩(wěn)定性好，在現(xiàn)代電子器件可靠行高、性能穩(wěn)定的條件下易于實現(xiàn)精度高、輸出大的實用型產(chǎn)品。目前研究最具代表性的主要全光式光電電流互感器（ MOCT）有源型光電電流互感器（ HOCT） . 有源型 有源型又可稱為混合型（簡稱為 HOCT）。經(jīng)過門年的電網(wǎng)改造，電網(wǎng)的綜合自動化水平得到了很大的提高，對相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)瞬態(tài)保護(hù)提出了更快速的要求。美國、日本、法國和前蘇聯(lián)等國先后研制出多種光電電≥電互感器樣機(jī)，并在實際高壓電站長期運(yùn)行。光電混合是目前很有潛力的互感器，它的發(fā)展和完善是進(jìn)來電流檢測新技術(shù)發(fā)展的杰出代表。 關(guān)鍵詞：電流互感器， CPLD/FPGA,數(shù)據(jù)異步通訊 Abstract Electronic current transformer is very important equipment for system protection and electrical measurement in electrical power system. Its accuracy and reliability have significant impact on safety, stability, and efficiency in power system. A photoelectric hybrid current