【正文】 的接收器處理并讀取數(shù)值。選擇設(shè)計(jì)一種電流互感器，解決傳統(tǒng)電流互感器的體積和電流大小的問(wèn)題。由于光電式電流互感器和傳統(tǒng)的電磁式電流互感器相比有很多突出的優(yōu)點(diǎn)，未來(lái)光電式電流互感器將會(huì)被廣泛的使用。隨著光電子學(xué)的發(fā)展和成熟，國(guó)內(nèi)外很多大學(xué)和科研 | 初構(gòu)不斷投 ^精力和物力研究光電式電流互感器。經(jīng)過(guò)門(mén)年的電網(wǎng)改造，電網(wǎng)的綜合自動(dòng)化水平得到了很大的提高，對(duì)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)瞬態(tài)保護(hù)提出了更快速的要求。 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(kāi)發(fā)。目前國(guó)內(nèi)的光電電流互感器有以下三個(gè)特點(diǎn)： 1)光電電流互感器研究將在理論、實(shí)驗(yàn)和實(shí)用三個(gè)方面更緊密地結(jié)合。 2021 年，華中科技大學(xué)與廣東某公司合作研制的”O(jiān) kV 光電電流互感器在梅州掛網(wǎng)試運(yùn)行。我國(guó)光電電流互感器的研究始于七十年代，以 1 982 年在上海召開(kāi)的“激光工業(yè)應(yīng)用座談會(huì)“為起步，主要研究單位有電子部 26 所和 34所、清華大學(xué)、電力科學(xué)研究院、陜西電力局中心試驗(yàn)所 j上?；ジ衅鲝S、北方交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、湖南大學(xué)等都在光電式電流互感器的研究中投入了很多人力和物力，也取得了一定的成果，但是其中大部分僅限于實(shí)驗(yàn)室探索階段。 在國(guó)內(nèi)，直到上個(gè)世紀(jì) 60 年代初期，互感器的生產(chǎn)才逐步專(zhuān)業(yè)化，開(kāi)始形成全國(guó)互感器行業(yè)。法國(guó) ALSTOM 公司主要研究無(wú)源電子式電流互感器，目前已經(jīng)研制出了 1 23kV 一 756kv 的光學(xué)電流互感器、光學(xué)電壓互感器及組合式光學(xué)電流電壓互感器等多種電子式互感器。日本除研究 500kV． 1000kV 高壓電網(wǎng)計(jì)量用的光電電流互感器外，還進(jìn)行 500kV 以下的直到 6． 6kV 電壓等級(jí)的零序電流互感器的研究。美國(guó)、日本、法國(guó)和前蘇聯(lián)等國(guó)先后研制出多種光電電≥電互感器樣機(jī)，并在實(shí)際高 壓電站長(zhǎng)期運(yùn)行。因此電流檢測(cè)新技術(shù)這個(gè)課題的研究和設(shè)計(jì)有關(guān)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和生活水平，具有很長(zhǎng)遠(yuǎn)的國(guó)際戰(zhàn)略等意義。尤其是光電混合式電流互感器具有更加安全可靠的性能，能給我家經(jīng)濟(jì)和利益帶來(lái)極大的好處。時(shí)代的發(fā)展和對(duì)檢測(cè)技術(shù)的新要求讓電流檢測(cè)新技術(shù)這個(gè)課題變得越來(lái)越重要，亟待我們的研究和設(shè)計(jì)。適應(yīng)了電力計(jì)量與保護(hù)數(shù)字化，微機(jī)化和自動(dòng)化發(fā)展的潮流。沒(méi)有因充油而產(chǎn)生的易燃爆炸等危險(xiǎn)。暫態(tài)響應(yīng)范圍大，測(cè)量精度高。不含鐵芯，消除了磁飽和，鐵磁諧振等問(wèn)題。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(lái)電流檢測(cè)新技術(shù)發(fā)展的杰出代表。但是隨著科技的發(fā)展，已不能滿足當(dāng)代對(duì)精度的更高要求和體積減小等問(wèn)題。無(wú)鐵芯剩磁的問(wèn)題。 因此光纖式電流互感器應(yīng)運(yùn)而生，全光纖電流互感器的優(yōu)點(diǎn)在于其具絕緣無(wú)油，五SF6 或其他氣體，腔內(nèi)無(wú)任何機(jī)械裝置。 5. 除此以外 ,傳統(tǒng)的電磁式電流互感器還具有鐵磁共振、磁滯效應(yīng)等不利于測(cè)量的因素。 3. 設(shè)備安裝、檢修不方便 ,維護(hù)工作量大。 但它有很多的致命缺點(diǎn)使得其不能滿足當(dāng)代要求，隨著電壓等級(jí)的提高和傳輸容量的增大 ,電磁式電流互感器呈現(xiàn)出以下缺點(diǎn) :、尺寸大、造價(jià)高。傳統(tǒng)的電流測(cè)量裝置主要采用帶有鐵心的電磁式電流互感器，它的優(yōu)點(diǎn)在于 一次繞組串聯(lián)在電路中，并且匝數(shù)很少，故一次繞組中的電流完全取決于被測(cè)電路中的負(fù)荷電流，而與二次電流大小無(wú)關(guān)；電磁式電流互感器的二次繞組所接儀表的電流線圈阻抗很小，正常情況下接近短路狀態(tài)運(yùn)行，所以，一次側(cè)電流 I1 等于二次側(cè)的測(cè)量電流乘以額定互感比 K1。 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 transformer has a lot of obvious advantages over a traditional electromagic current transformer. It will definitely find more and more applications. There are active and passive about electronic current transformer. The active electronic current transformer adopts the sophisticated integrated optoelectronic technology and modern electronic technology. It has played a highreliability, highprecision and stabilization. It is one of the most practical in future research directions. On the basis of research and analysis principles of various current transformers, this paper eventually adopted the ADC activetype Optical Current Transformer. It mainly pleted data collection and processing of high voltage side, data munication between high and low voltage side and analog waveform restoration at low voltage side. CPLD/FPGA has character of high integration density, high speed, and high reliability. According superiorities of these devices, this paper use CPLD as the CPU of the high voltage side and FPGA as the CPU of the low voltage side,which simplified the design process of hardware circuit and effectively reduced risk of measured errors in the strong electromagic interference environment this paper describes the design of hardware circuit system of the high voltage part, high and low voltage side data asynchronous munication circuit realization in CPLD/FPGA, chip selection and the circuit implementation and debugging of the various parts. Finally it gives the overall system simulation, testing and hardware debugging。 經(jīng)驗(yàn)證該系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以實(shí)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。本文詳細(xì)介紹了高壓側(cè)硬件系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)，高壓側(cè)數(shù)據(jù)異步通訊電路在 CPLD/FPGA 中的實(shí)現(xiàn)，芯片的選擇以及各部分電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)與調(diào)試。完成從高壓側(cè)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、高低壓間光纖數(shù)據(jù)通訊直至低壓側(cè)數(shù)據(jù)恢復(fù)的研究和設(shè)計(jì)。電子式電流互感器分為有源、無(wú)源兩種類(lèi)型，有源式電子電流互感器采用了先進(jìn)的光電子技術(shù)和現(xiàn)代集成電子技術(shù)，發(fā)揮了高可靠、高精度、高穩(wěn)定等特點(diǎn)，是目前最具實(shí)用前景的研究方向之一。大連交通大學(xué)本科畢業(yè)論文 論文題目： 高壓系統(tǒng)電流檢測(cè)新技術(shù)的研究及電路設(shè)計(jì) 摘 要 電流互感器是電力系統(tǒng)中用于繼電保護(hù)和電測(cè)量的重要設(shè)備，其精確度和可靠性對(duì)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重要影響。光電式電流互感器和傳統(tǒng)的電磁式電流互感器相比有很多突出的優(yōu)點(diǎn)，必將得到廣泛的應(yīng)用。 在研究和分析了各種電流互感器的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上， 本文采用了有源型結(jié)構(gòu)中 ADC 式光電電流互感器設(shè)計(jì)方案。鑒于 CPLD/FPGA 具有高集成度、高速度和高可靠性的特點(diǎn)，提出了高壓側(cè)以 CPLD 為控制核心、低壓側(cè)以 FPGA 為控制核心的整體設(shè)計(jì)方案，簡(jiǎn)化了相應(yīng)硬件電路的設(shè)計(jì)過(guò)程，且有效率低了系統(tǒng)在強(qiáng)電磁干擾下測(cè)量產(chǎn)生錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。最后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了軟件 的仿真測(cè)試與硬件調(diào)試，驗(yàn)證系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)?？奢^好的滿足電力系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理的高速度、高數(shù)據(jù)量、復(fù)雜運(yùn)算等要求，并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便修改的優(yōu)點(diǎn)，具有一定的研究?jī)r(jià)值。 verify the function of the system implementation. The test results have proven that the proposed system designed can perform the expected functionality of photoelectric current transformer at high voltage side and data munication between high and low voltage side. It can better meet the power system’s requirements in the highspeed data processing, large data quantity and plex operation. It also has merit of being simple in structure and easier for modification. It is worth for further investigation. 目錄 摘要 Abstract 第一章緒論 課題的來(lái)源和意義 國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況 研究目標(biāo)和 研究目標(biāo) 本章小結(jié) 第二章光電電流互感器高壓側(cè)電路的研究 光電電流互感器的基本原理 有源型 無(wú)源型 整體設(shè)計(jì)方案 本章小結(jié) 第三章光電電流互感器供能方案的研究 系統(tǒng)供能電源設(shè)計(jì)基本原理 高壓側(cè)電源系統(tǒng)的基本性能指標(biāo) 目前可行的供能方案的分析 雙電源供電方案 本章小結(jié) 第四章高壓側(cè)傳感器部分的理論及設(shè)計(jì) 傳統(tǒng)接頭 濾波器環(huán)節(jié) A/D 轉(zhuǎn)換器 第五章傳輸部分的理論分析和設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)的電 /光轉(zhuǎn)換、發(fā)送 /接收及光纖連接器 光纖選擇 本章小結(jié) 第六章 結(jié)論和成果 總電路圖 仿真圖 參考文獻(xiàn) 致謝 課題的來(lái)源及意義 近年來(lái)，伴隨現(xiàn)代高壓、超高壓輸電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，電力系統(tǒng)正朝著大容量、高壓大電流方向發(fā)展，這就對(duì)電流測(cè)量裝置提出了更高的要求。額定互感比近似等于二次側(cè)和一次側(cè)之間的匝數(shù)比 Kk。 度無(wú)法滿足。 4. 存在潛在的危險(xiǎn)，存在突然性爆炸及絕緣擊穿引起單相對(duì)地短路等系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素。 因而，其難以滿足電力系統(tǒng)發(fā)展的要求，必須尋求基于其他傳感機(jī)理的電流測(cè)量裝置來(lái)取代之。無(wú)二次開(kāi)路的危險(xiǎn)。成本低而且動(dòng)態(tài)范圍大，可測(cè)交直流，無(wú)磁飽和，頻帶響應(yīng)寬，抗干擾能力強(qiáng)。所以這種互感器也終將退出歷史舞臺(tái)，從而迎接光電混合電流互感器的到來(lái)。它的優(yōu)點(diǎn)有 ： 優(yōu)良的絕緣性能，造價(jià)低。抗電磁干擾性能好，穩(wěn)定性好，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的高可靠性。頻率響應(yīng)范圍寬。體積小，重量輕。 電流檢測(cè)新技術(shù)這個(gè)課題是基于電流檢測(cè)老技術(shù)基礎(chǔ)上的。光電式和光電混合式等的檢測(cè)新技術(shù)的出現(xiàn)可以滿足當(dāng)前需要，但是新技術(shù)發(fā)展和進(jìn)步需要我們不斷的研究和設(shè)計(jì) 。研究和設(shè)計(jì)新型的光電混合電流互感器符合國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，使這種新技術(shù)真正的造福國(guó)家和廣大人民。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 國(guó)外利用 Faraday 磁光效應(yīng)進(jìn)行電流測(cè)量的工作于六十年代起步，到七十年代初涌現(xiàn)出了多種新型電流互感器，并在八十年代末九十年代的時(shí)候進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。國(guó)外 A B B、 AI— stom 、 Nxt Phase、 Si em ens 等公司已經(jīng)開(kāi)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。 1994 年 A 8B 公司推出有源式電流互感器，其電壓等級(jí)為 72． 5— 765kV ，額定電流為 600— 6000A ； 3M 公司在 1 9％年宣布已開(kāi)發(fā)出用于 1 38kV 電壓等級(jí)的全光纖型電流互感器，可用于 SOOkV 電壓等級(jí) ； Photoni es 公司推出了一種用光推動(dòng)的光電式電流互感器，即”光電混合式電流互感器”，他們?cè)?1 995 年至 1 997 年期間在美國(guó)、英國(guó)、瑞典的超高壓電網(wǎng)上試運(yùn)行。自 1995 年以來(lái)， ALSTOM 公司的電子式互感器已經(jīng)有多臺(tái)在歐洲及北美運(yùn)行?；?光學(xué)原理的電子式互感器研究己經(jīng)展開(kāi)并取得了一些理論上的成果，