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我国经济持续高速发展,对电能需求日益增大,输电网络向超高压、超大电流方向发展,传统的电磁式电流互感器由于自身绝缘结构复杂,耗材多,造价高,充油易爆,易受电磁干扰的缺点已不能满足超大电流测量的要求,开始逐渐被一种新型的电流传感器一光学电流互感器(OCT)取代。光学电流互感器具有绝缘性能好,耗材少,造价低,安全稳定,抗电磁干扰性能好,无污染等优点,已成为当前电力互感器的发展趋势。因此,在电力自动化领域中,进行OCT具体应用研究,对变配电站自动化设备实施OCT接口改造,符合国家安全高效节能环保的发展要求,具有十分重大的现实意义和实用价值。
电流测控终端的研制,是在原有的各类测控终端的功能基础上,应用了OCT光学传感技术和嵌入式技术,采用OCT作为传感元件,使用32位高性能嵌入式微控制器作为中央处理单元,移植嵌入式实时操作系统作为软件开发平台,嵌入TCP/IP以太网络通信协议作为通讯链路,在信号传感、模拟信号调理,数据采集、人机交互、软件开发和通信等方面进行改进,实现对母线电流的智能测控、分析和数据传输。
论文的主要工作包括两部分:第一部分为光学电流互感器(OCT)检测光路及电路设计:第二部分为基于嵌入式的测控终端硬件设计和软件开发。
第一部分包括激光发生器的选择、驱动和检测,光路的设计、实现和模拟信号的调理。论文在对电流测量方法进行深入分析后,选择无源磁光式OCT作为电流传感元件,并针对无源磁光式OCT的特点,选择1550nm的激光作为光源,设计完成激光驱动电路,光电转换电路、前置放大电路和低通滤波电路,使用相向双光路检测结构,采用两路差分放大,差分输出的电路处理方法放大弱小交流分量,并使用锁相环电路解决采样同步问题。
第二部分包括嵌入式最小系统设计和构建、以太网络接口设计、人机交互模块设计、开关量输入/输出模块设计等。本课题中采用ARM7内核的数模混合处理器ADuC7026作为嵌入式微控制器,简化了电路设计,降低干扰;以太网控制器使用DM9008A;软件开发包括嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ和嵌入式TCP/IP协议栈uIP的移植,实时信号采集及处理算法的实现和液晶显示驱动的开发等。
论文对μC/OS-Ⅱ和uIP的移植测试,验证了电流测控终端的嵌入式硬、软件设计的正确和合理;作者还在实验室环境下,进行了终端样机的电流测量试验,结果达到设计要求。终端样机的研制达到预期目标,为下一步的工程应用提供了良好的理论和实践基础。