【正文】 電流量的微分形式，所以對傳感頭的輸出直接積分就可以得到與被測量成比例的信號。 模擬積分器是對信號進(jìn)行連續(xù)積分，可以在很寬頻率范圍內(nèi)保證信 號的積分效果。常見的模擬積分器有無源 RC 型積分器和有源積分器。其示意圖見圖 和圖 圖 無源 RC積分器 圖 有源積分器 數(shù)字積分器需要解決高速 A/D 轉(zhuǎn)換后數(shù)字積分的算法問題，必須使這個(gè)過程盡量短才能達(dá)到快速采樣積分的目的，對于信號處理芯片的要求較高；用模擬積分器加高速A/D 的方法的關(guān)鍵在于模擬積分器時(shí)間常數(shù)的選擇，該時(shí)間常數(shù)直接關(guān)系到 A/D 轉(zhuǎn)換的精度及可信度，另外，模擬積分器本身的性能如溫度漂移、時(shí)間漂移等也是 必須解決的問題，所以暫定使用模擬積分器。 由于模擬積分器中的運(yùn)算放大器固有的失調(diào)電流、失調(diào)電壓、偏置電流及溫度漂移等參數(shù)的影響，當(dāng)輸入為零時(shí)，輸出電壓不為零，即存在 “漂移 ”現(xiàn)象。只要這種失調(diào)和溫漂存在，不論它多么小，經(jīng)過足夠長的時(shí)間后，都將使積分器的輸出達(dá)到飽和，使其無法正常工作。 對于這個(gè)問題的解決，一般采取下列措施 :選用失調(diào)及溫漂小的運(yùn)算放大器；適當(dāng)加大積分電容 Ｃ ，以減少對失調(diào)和溫漂進(jìn)行積分的速度；采用對稱差動(dòng)放大電路以減少失調(diào)參數(shù)的影響；在積分運(yùn)算開始之前或者在運(yùn)算過程的間隙里，通過調(diào)零將已有的積分漂 移補(bǔ)償?shù)?。上述措施有的受到條件的限制有的則引入新的誤差，降低前級信號源的負(fù)載能力，從而給調(diào)試和使用帶來極大的麻煩，對于長時(shí)間工作的積分器而言，問題更加嚴(yán)重。正基于此，我們需要一種既簡單而又行之有效的方法，采用了近似積分電路替代積分電路。 理論分析和計(jì)算表明，這種積分電路能有效解決積分漂移問題。在合理選擇電路參數(shù)的情況下，可以將穩(wěn)態(tài)積分誤差控制在 %以內(nèi)；同時(shí)，對于暫態(tài)過程的 A R C V i V o R C V i V o 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 響應(yīng)也能達(dá)到實(shí)際應(yīng)用需要的范圍。 電容 C1 消除了前級的各種直流分量的影響，反饋電阻 R2 的存在為緩慢變化的積分漂移電壓構(gòu)成了反饋通路， 因此，能夠有效地抑制積分漂移。由以上分析，近似積分環(huán)節(jié)對積分漂移的抑制十分明顯，它能使工作點(diǎn)穩(wěn)定，給調(diào)試和使用帶來極大的方便；在合理選擇電路參數(shù)的前提下，可使近似積分的誤差完全滿足設(shè)計(jì)要求。 模數(shù)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì) 在得到了能夠反映被測量的模擬信號后，為了實(shí)現(xiàn)光信號的傳輸和后續(xù)的信號處理，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量就成為一個(gè)必須和重要的環(huán)節(jié)。目前實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法可以分為兩類：電壓頻率變換 (VFC)和直接 AD 轉(zhuǎn)換器 (ADC)。 由于用 VFC 轉(zhuǎn)換方法實(shí)現(xiàn)交流信號的采樣，會(huì)遺失一些頻率分量，沒有可用的手段去解決 這個(gè)問題。對于保護(hù)而言，由于對傳感精度的要求不是特別高，對于諧波干擾不是很嚴(yán)重的場合，或者是諧波成分比較穩(wěn)定的場合，可以使用這種輸出信號作為保護(hù)的參數(shù)輸入使用，另外，該輸出信號也可用于特殊目的的保護(hù)，如某次諧波分量的保護(hù)；但對于測量而言，若高次倍頻分量的含量不是很大，可能能夠滿足測量要求，但畢竟不是很可靠。 A/D 轉(zhuǎn)換芯片選擇 MAXIM 公司的 16 位串行輸出轉(zhuǎn)換器 MAX195。這種A/D 轉(zhuǎn)換器的主要特點(diǎn)在于其具有轉(zhuǎn)換速度快、精度高、功耗低以及 10 微安關(guān)閉模式等。轉(zhuǎn)換器內(nèi)置校準(zhǔn)電路修改線性度和補(bǔ)償誤差，可以保證 在不需要外部調(diào)整的情 況下實(shí)現(xiàn)全溫度范圍內(nèi)的高性能運(yùn)行；另外，外圍控制電路引腳可以滿足各種轉(zhuǎn)換方式和控制的需要。 為保證高壓側(cè)的 A/D 轉(zhuǎn)換信號能夠準(zhǔn)確地被低壓側(cè)接收電路識別， A/D 轉(zhuǎn)換不能連續(xù)不間斷的進(jìn)行，必須在每個(gè)轉(zhuǎn)換信號之間有一定的空閑位區(qū)分各個(gè)轉(zhuǎn)換信號。實(shí)際處理是每 32 個(gè)時(shí)鐘周期轉(zhuǎn)換一次，并在每個(gè)轉(zhuǎn)換信號的起始處通過對 A/D 轉(zhuǎn)換芯片MAX195 的控制腳的合理應(yīng)用，增加若干個(gè)識別位實(shí)現(xiàn)信號辨識的。 光電轉(zhuǎn)換電路，得到電量的數(shù)字值后，就要進(jìn)行數(shù)字電量到光的轉(zhuǎn)換，并用光纖將光脈沖送到低壓端。光纖傳輸系統(tǒng)具有兩 個(gè)重要作用，一是作為高低電壓之間的電絕緣介質(zhì)，二是實(shí)現(xiàn)高壓側(cè)電流采樣數(shù)據(jù)向低壓側(cè)的高速傳送。由于光纖具有良好的絕緣性能，所以使用光纖作為高、低端之間的數(shù)據(jù)通道可以節(jié)省復(fù)雜的絕緣設(shè)施。電壓等級越高，這種優(yōu)越性越突出。 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 6 電磁兼容設(shè)計(jì) 電磁兼容的分類 電磁干擾按傳播途徑分，有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾，其中傳導(dǎo)干擾的傳輸性質(zhì)有電耦合、磁耦合及電磁耦合；按輻射干擾的傳輸性質(zhì)分，有近區(qū)場感應(yīng)耦合和遠(yuǎn)區(qū)場輻射耦合；按頻帶分，有窄帶干擾和寬帶干擾：按實(shí)施干擾者的主觀意向分，可分為有意干擾源和無意干擾源；按干擾源性 質(zhì)分，有自然干擾和人為干擾等。 我國的電磁兼容技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系 根據(jù)國際電工委員會(huì) （ IEC） 規(guī)定，電磁兼容技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)共分四類：基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，通用標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)間電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)?；A(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，已發(fā)布的先行國家標(biāo)準(zhǔn)中有 20個(gè)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，這類標(biāo)準(zhǔn)涉及 EMC 術(shù)語、電磁環(huán)境 EMC 測量設(shè)備規(guī)范和 EMC 測量方法等，如 GB/T4365－ 95。通用標(biāo)準(zhǔn)，已發(fā)布的現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)中 有 4 個(gè)。其中 GB8702主要涉及在強(qiáng)磁環(huán)境下對人體的保護(hù)要求， GB/T14430 主要涉及無線電業(yè)務(wù)要求的信號 /干擾保護(hù)比。產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)，在我國此類標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量最 大，已發(fā)布的現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)有 47個(gè)，如 GB925 GB434 GB482 和 GB13837 等。系統(tǒng)間電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，除以上分類以外。我國的國標(biāo)還包含相當(dāng)數(shù)量的系統(tǒng)間 EMC 標(biāo)準(zhǔn)，它們主要規(guī)定了經(jīng)過協(xié)調(diào)的不同系統(tǒng)之間的 EMC 要求，如 GB636 GB13613－ 13620 等。 部分電磁兼容技術(shù)介紹 電磁屏蔽：抑制以場的形式造成干擾的有效方法是電磁屏蔽。所謂電磁屏蔽就是以某種材料（導(dǎo)電或?qū)Т挪牧希┲瞥傻钠帘螝んw（實(shí)體的或非實(shí)體的）將需要屏蔽的區(qū)域封閉起來，形成電磁隔離，即其內(nèi)的電磁場不能越出這一區(qū)域，而外來 的輻射電磁場不能進(jìn)入這一區(qū)域（或者進(jìn)出改區(qū)域的電磁能量將受到很大的衰減）。電磁屏蔽的作用原理是利用屏蔽體對電磁能流的發(fā)射、吸收的引導(dǎo)作用。而這些作用是與屏蔽結(jié)構(gòu)表面上和屏蔽體內(nèi)感生的電荷、電流與極化現(xiàn)象密切相關(guān)的。 電磁干擾濾波器：濾波技術(shù)是抑制電氣、電子設(shè)備傳導(dǎo)電磁干擾，提高電氣、電子設(shè)備傳導(dǎo)抗擾度水平的主要手段，也是保證設(shè)備整體或局部屏蔽效能的重要輔助措施。實(shí)踐表明，即使一個(gè)經(jīng)過很好設(shè)計(jì)并且具有正確的屏蔽和接地措施的產(chǎn)品，也仍然會(huì)有傳導(dǎo)騷擾發(fā)射或傳導(dǎo)騷擾進(jìn)入設(shè)備。濾波是壓縮信號回路騷擾頻譜的一種方法。當(dāng) 騷擾頻譜成分不同于有用信號的頻帶時(shí)，可以用濾波器將無用的騷擾濾除。濾波器的作用是允許工作信號通過，而對非工作信號（電磁騷擾）有很大的衰邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 減作用，使產(chǎn)生干擾的機(jī)會(huì)減到最小。 接地技術(shù)：接地技術(shù)是電磁兼容技術(shù)中的一項(xiàng)重要技術(shù)，也是任何電子、電氣設(shè)備或系統(tǒng)正常工作時(shí)必須采取的重要技術(shù)。它不僅是保護(hù)設(shè)施和人身安全的必要手段，也是抑制電磁干擾，保障設(shè)備或系統(tǒng)電磁兼容性，提高設(shè)備或系統(tǒng)可靠性的重要技術(shù)措施。但接地技術(shù)需要比較高的要求，接地會(huì)引起接地阻抗干擾，只有良好的接地才可以抑制干擾。 電纜設(shè)計(jì)：電纜是效率很高的電磁波 接收天線，空間的電磁干擾往往首先被電纜接收到，然后傳到設(shè)備中，造成電路的誤動(dòng)作。電纜中的導(dǎo)線都是平行的，而且平行走線距離最長，因此信號串?dāng)_是十分嚴(yán)重的，減少電纜中導(dǎo)線的串?dāng)_是電磁兼容設(shè)計(jì)中十分重要的內(nèi)容。另外，即使不是一根電纜中的導(dǎo)線，相互串?dāng)_也往往十分嚴(yán)重，要通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)來減少這些串?dāng)_。 電磁兼容初步設(shè)計(jì) 本次電磁兼容采用屏蔽，接地，濾波器作為設(shè)備抗干擾的主要手段。 針對阻容式互感器的結(jié)構(gòu)，我們對其傳感頭和信號處理電路進(jìn)行電磁屏蔽，將器件至于鐵盒中從而達(dá)到屏蔽目的。但采用阻容分壓的傳感頭本身的抗 磁場干擾能力較強(qiáng)，可以考慮使用抗電廠能力強(qiáng)的鋁來代替鐵作為屏蔽盒的材料。 系統(tǒng)接地方式有懸浮、直接接地和通過阻抗接地三種。本次設(shè)計(jì)采用懸浮接地，懸浮接地是指設(shè)備的地線在電氣上與參考地及其他到提相絕緣，即設(shè)備懸浮地。各設(shè)備的內(nèi)部電路都有各自的參考 “地 ”，它們通過低阻抗接地導(dǎo)線連接到信號地，信號地與建筑物結(jié)構(gòu)地及其他導(dǎo)電物隔離。使干擾造成的流過電源的浪涌電流大大降低，從而增加了抗共模干擾的能力。 最后，在電路板上的電源與地線間加去耦電容濾去峰值電流跳變產(chǎn)生的電磁干擾。 電路板上采取的減少電路間的耦合干擾及電路板 間的電磁干擾的措施有：加粗和縮短電源線、地線的布線以減小環(huán)路電阻，將轉(zhuǎn)角做圓滑處理；低頻電路部分采用單點(diǎn)并聯(lián)接地和部分串連后再并聯(lián)接地；將信號線與電源線，模擬信號線與數(shù)字信號線分開；模擬電路和數(shù)字電路盡量分開布置；電源和低頻信號連接線采用小節(jié)距的雙絞線；將重要元器件屏蔽起來；電源線靠近地線，減小所圍面積以減少外界磁場切割環(huán)路產(chǎn)生的電磁干擾。 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 7 MATLAB 仿真 引言 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和利用特別是對各類數(shù)學(xué)科技軟件的出現(xiàn)和完善，雖然對電力系統(tǒng)本身的客觀規(guī)律的認(rèn)識沒有多少變化，但是電力系統(tǒng)分析 理論煥然一新。特別是對電力系統(tǒng)的要求發(fā)生了變化，是的數(shù)學(xué)表現(xiàn)形式、數(shù)學(xué)模型的建立方法、相應(yīng)的計(jì)算機(jī)處理方法發(fā)生了變化。在分析大型復(fù)雜電力系統(tǒng)中主要采用了線性代數(shù)中矩陣的分析來求解線性方程。 本設(shè)計(jì)選擇了簡單方便且具有強(qiáng)大運(yùn)算能力的工具軟件 MATLAB做為仿真軟件來搭建一個(gè)電壓互感器的等值數(shù)學(xué)模型并對其進(jìn)行仿真。 仿真原理圖 圖 CVT的封裝模型校驗(yàn)原理圖 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 仿真參數(shù)設(shè)置 圖 發(fā)電機(jī)參數(shù)設(shè)置 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 圖 互感器參數(shù)設(shè)置 一 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 圖 互感器參數(shù)設(shè)置二 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 仿真波形 圖 母線電壓 圖 互感器二次側(cè)電壓 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 總 結(jié) 阻容式分壓型電壓互感器作為一種可以代替常規(guī)電壓互感器的新型測量設(shè)備，由于結(jié)合了現(xiàn)代新技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)了現(xiàn)代電網(wǎng)發(fā)展的需要，隨著研究的深入在理論上已經(jīng)成熟了起來，并在實(shí)際運(yùn)用中取得了一定的成功。本文通過方案設(shè)計(jì)，參數(shù)計(jì)算，計(jì)算機(jī)仿真，樣品制作一整套流程對其進(jìn)行全面介紹。 分別對不同電壓互感器的工作原理進(jìn) 行了介紹，比較其優(yōu)劣，確定本論文設(shè)計(jì)方案。其中電容式電壓互感器可以應(yīng)用于高壓線路上，但是電容分壓器的暫態(tài)特性限制了它的使用；而電阻式電壓互感器在高壓時(shí)的非線性也縮小了其使用范圍；阻容分壓器則同時(shí)繼承了電阻和電容分壓器的優(yōu)點(diǎn)。通過比較分析，最終選擇了阻容式電壓互感器為本論文的研究內(nèi)容，并就具體的例子進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的參數(shù)計(jì)算。 對 RCVT 傳感器的暫態(tài)相應(yīng)特性，不同元件對阻容分壓器輸出誤差影響，階躍響應(yīng)，全面分析 RCVT 各個(gè)方面的特點(diǎn)，確定不同元件對傳感器的影響和重要性，證明這新型互感器測量準(zhǔn)確可靠、暫態(tài)響應(yīng)迅速、線 性好、無飽和等一系列優(yōu)點(diǎn)。 由于有源光電互感器工作在惡劣的電磁干擾環(huán)境下，可能遭受各種外界電磁干擾的影響，因此，在傳感器的電磁兼容能力的設(shè)計(jì)上進(jìn)行了合理的設(shè)計(jì)，通過采取屏蔽、接地、在電路板上的電源與地線間加去耦電容等方法及機(jī)殼的考慮等一系列措施，可以有效消除外界各種干擾對測量結(jié)果的影響。 阻容分壓式電子電壓互感器作為一種新型的互感器，一切還處于理論試驗(yàn)階段，離實(shí)際應(yīng)用還有一定的距離。但由于其突出的優(yōu)點(diǎn)，被電力系統(tǒng)中很多專家所認(rèn)可，可以確定的一點(diǎn)是，這個(gè)極具潛力的研究，將來必定會(huì)對電力系統(tǒng)有重大的貢獻(xiàn)。 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 參考文獻(xiàn) [1] 凌子怒 .高壓互感器技術(shù)手冊 . 北京 :中國電力出版社 . [2] 葉妙元 .陳喬夫 .李開成 . 從電磁式電壓互感器到光學(xué)式光纖電壓互感器 . 變壓器 1995 年第 11期 . [3] 白忠敏 . 電力用互感器和電能計(jì)量裝置設(shè)計(jì)選型與應(yīng)用 . 北京 :中國電力出版社 2021 [4] 施靜輝 .索南加樂 .許慶強(qiáng)等 .電容式電壓互感器暫態(tài)特性對距離保護(hù)影響的研究 . 西安交通大學(xué)學(xué)報(bào) . [5] . Luxa, A. B. Mueller. 中壓開關(guān)柜的監(jiān)測和傳感器技術(shù) . CIRED 2021. [6] 聶一雄 . 有源光電互感器在大型發(fā)、變電站測控保護(hù)系統(tǒng)工程應(yīng)用研究 . 華中科技大博士后出站報(bào)告 . 2021. [7] 聶一雄 .孫丹婷 . 阻容分壓型電壓互感器的性能分析 . 變壓器 , 2021. [8] 聶一雄 . 聶一雄出站報(bào)告全文終稿 . [9] 孫丹婷 . 孫丹婷研究生開題報(bào)告全文