电子式互感器数据采集系统的研究与设计

论文摘要

在电力系统容量日益扩大和电网电压运行等级不断提高的潮流下,传统电磁式互感器在运行中暴露出越来越多的弊端,难以满足电力系统向自动化、标准化和数字化的发展需求,电子式互感器取代传统电磁式互感器已经成为一种必然的趋势,并成为人们研究的热点。本文围绕电子式电流互感器高压侧数据采集系统进行了研究与设计。Rogowski线圈是电流传感元件,本文总结了Rogowski线圈的基本原理,其中包括线圈的等效电路和相量图,线圈的电磁参数计算。在理论研究的基础上,结合实际设计一款高精度PCB Rogowski线圈。电容分压器是电压传感元件,文章中介绍了传感器的原理、传感器的模型结构,针对其自身结构缺陷和工作环境的电磁干扰,提出具有针对性的电磁兼容设计方法。积分器的性能一直是影响Rogowski线圈电流传感器的精度和稳定性的重要因素之一。模拟积分器具有结构简单、响应速度快、输入动态范围大等优点;数字积分器具有性能稳定,精度高等优点。后者的优势使其成为近年来Rogowski线圈电流互感器实用化研究的一个热点问题。本文设计了一套数字积分器设计的方法,其中包括了积分算法的选择,积分输入采样率和分辨率的确定,数字积分器的通用结构,积分初值的选择方法等。为了保证系统的运行稳定,文章中的系统只采用激光供电模式,降低数据采集系统的功耗就成了系统设计的一个重要环节。文章中介绍了一些实用的低功耗处理方法,分析了激光器的特性,光电池的特性和光电转换器件的特性,并根据这些器件的特性,改进了数据发送激光器的驱动电路,大幅度降低了系统的功耗,保证了系统在较低供电功率条件下的正常运行。论文最后对全文工作进行总结,提出进一步需要解决的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 诸论
• 1.1 电子式互感器的发展历程
• 1.2 电子式互感器的研究现状
• 1.2.1 电子式互感器简介
• 1.2.2 基于光学效应的电子式互感器
• 1.2.3 混合型电子式互感器
• 1.2.4 电子式互感器的优越性
• 1.3 电子式互感器数据采集系统的实用化研究
• 1.4 论文主要内容
• 2 传感器的模型与参数分析
• 2.1 Rogowski线圈的模型分析
• 2.1.1 Rogowski线圈的工作原理
• 2.1.2 Rogowski线圈电磁参数的计算与测量
• 2.1.3 高精度PCB Rogowski线圈的设计
• 2.2 电容分压式电压传感器的分析
• 2.2.1 传感器的基本原理
• 2.2.2 电容分压式电压传感器的结构
• 2.2.3 电压传感器的电磁兼容设计
• 2.3 本章小结
• 3 高精度的数据采集系统设计
• 3.1 互感器高压侧与低压侧的数据通信
• 3.1.1 数据通信方式的选择
• 3.1.2 模/数转换器（A/D）的控制
• 3.1.3 高压侧控制信号接收解码模块
• 3.2 电流传感器的数字积分器
• 3.2.1 数字积分器的提出
• 3.2.2 数字积分的基本原理
• 3.2.3 数字积分的算法选择
• 3.2.4 数字积分器的结构设计
• 3.3 本章小结
• 4 电子式互感器前端信号处理电路以及电磁兼容的设计
• 4.1 模拟信号的放大处理
• 4.2 抗混叠滤波器设计
• 4.3 数据采集系统的电磁兼容设计
• 4.3.1 变电中的电磁干扰
• 4.3.2 数据采集系统的EMC设计
• 4.4 本章小结
• 5 高压侧数据采集系统的低功耗设计
• 5.1 降低系统功耗的方法
• 5.2 低功率激光电源系统
• 5.2.1 激光供能方式的优缺点
• 5.2.2 激光供能电源的系统结构
• 5.2.3 光电转换部分—光电池
• 5.3 低功耗LED驱动电路
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢