有源电子式互感器的研究与设计

论文摘要

随着电力系统容量的日益扩大和电压运行等级的不断提高,传统的电磁式互感器暴露出越来越多的缺点,难以满足电网向自动化、数字化方向发展的需要。具有高绝缘、无饱和、测量范围大等优良性能的电子式互感器成为互感器新的发展方向。本文主要研究的是有源电子式互感器：基于Rogowski线圈的电子式电流互感器（ECT）和基于电容分压原理的电子式电压互感器（EVT）。本文首先对传统电磁式互感器所面临的问题以及电子式互感器所具有的优点进行了介绍,概括了电子式互感器对变电站自动化系统的影响以及电子式互感器国内外的发展状况。然后介绍了电子式互感器的定义。根据传感头部分是否需要电源,电子式互感器分为有源电子式互感器和无源电子式互感器。有源电子式互感器包括五部分：传感头、高压侧数据采集系统、光纤传输系统、供电系统和合并单元。本文对高压侧数据采集系统、光纤传输系统和供电系统做了重点研究,如下：1、高压侧数据采集系统是本文研究的重点内容。论文的第三章对数据采集系统的组成部分进行了研究,主要包括A／D转换器、低通滤波器、积分器等。因为数据采集系统都是由电子部件组成的,需要电源对其供电,所以选择低功耗的数据采集系统很重要。本文选择了ADI公司的ADE7569电能计量芯片,它只需供电端提供3.3V的电源,正常工作时总体功耗电流不超过5mA。同时,ADE7569具有内置的8052内核可以直接对数据采集进行控制,简化了电路结构。2、光纤传输系统具有容量大、损耗低、抗干扰能力强等优点,它将高压侧采集的信号传输到低压侧合并单元。它的作用：一是用来传输被测电流、电压信号,二是保证了高压侧与低压侧的电气隔离,减小误差。本文介绍了光纤传输系统包括的几部分：光纤、光发送机、光接收机。光发送机采用Agilent公司的HFBR1414,光接收机采用与其配套的光接收模块HFBR-2412。光纤选用62.5／125μm多模玻璃通信光纤。3、高压侧线路供电问题是有源电子式互感器研究中关键技术之一。本文通过对几种供电方式的比较,选择激光供能方案作为研究对象。文中对激光供电方案中所需的关键器件激光器（LD）、光电池、DC-DC变换器的工作特性做了详细的描述,对激光器的驱动电路、保护电路和温度控制电路做了深入的研究。由于ADE7569拥有先进的智能电池管理模式,它有两个电源输入接口,除了常供电接口接3.3V激光供电电源外,还存在着一个备用电池接口,当外电源无法正常供电时,会自动接通3.7V备用电池进行供电。另外,光纤传输系统供电（5V）也是由激光供电系统提供的。

论文目录

• 目录
• CONTENTS
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题研究意义
• 1.2 对变电站自动化系统的影响
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究情况
• 1.3.2 国内研究情况
• 1.4 本课题主要工作
• 第二章 电子式互感器概述
• 2.1 电子式互感器定义
• 2.2 电子式互感器分类
• 2.3 无源电子式互感器原理
• 2.3.1 无源电子式电流互感器原理
• 2.3.2 无源电子式电压互感器原理
• 2.4 有源电子式互感器原理
• 2.4.1 有源电子式电流互感器原理
• 2.4.2 有源电子式电压互感器原理
• 2.5 有源电子式互感器组成
• 2.6 本章小结
• 第三章 数据采集系统
• 3.1 信号的采集
• 3.1.1 A/D转换器
• 3.1.2 低通滤波器
• 3.1.3 积分器
• 3.2 逻辑控制
• 3.3 ADE7569
• 3.4 本章小结
• 第四章 光纤传输系统与供电系统
• 4.1 光纤传输系统
• 4.1.1 光纤传输系统的特点
• 4.1.2 光纤传输系统组成
• 4.2 供电系统
• 4.2.1 常用供电方式
• 4.2.2 激光供电系统
• 4.3 本章小结
• 第五章 有源电子式互感器总体设计
• 5.1 数据采集系统设计
• 5.1.1 ADE7569结构
• 5.1.2 数据采样
• 5.1.3 电源管理
• 5.1.4 8052内核
• 5.1.5 数据输出
• 5.2 光纤传输系统设计
• 5.3 供电系统设计
• 5.3.1 激光光源部分设计
• 5.3.2 光电池的选择
• 5.3.3 DC-DC转换器设计
• 5.3.4 激光供电系统总体设计
• 5.4 有源电子式互感器总体设计
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表