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互感器是电力系统中最重要的测量设备之一,在电流/电压测量和继电保护中起着不可替代的作用。随着电力系统传输容量的不断增大及电压等级的不断提高,传统的电磁式互感器在绝缘、饱和、铁磁谐振等方面的问题日益突出,不能很好满足电力系统发展的需要;其输出的模拟信号也不能为现代微机计量、保护设备所用。为此,新型的数字化电子式互感器应运而生。电子式互感器具有绝缘结构简单可靠、体积小、质量小、线性度好、无饱和现象、输出信号可直接与微机化计量及保护设备接口等显著优点[1]。
随着电力系统的发展,新型的电子式互感器逐渐得到广泛的认可与应用。不同厂家产品之间互操作性差、可扩展性不高等问题,以及互感器与保护、测控等二次设备的接口问题也越来越引起人们的关注。为了解决这些问题,国际电工委员会先后颁布了IEC60044-8[2]和IEC61850[3]等协议标准,提出了合并单元(Merging Unit)的概念,明确定义了合并单元的功能要求及与二次测控、保护设备之间的通讯规程,为电子式互感器提供了标准的数字输出接口,具有通信能力强、与通信网络连接方便、信号准确可靠等优点,符合电力系统数字化、网络化的发展趋势。
本文以电子式互感器合并单元为研究重点,仔细分析了IEC61850等协议标准对电子式互感器合并单元的功能定位及特性要求;利用DSP、以太网控制器等实现了合并单元信号处理、以太网通讯等主要功能;并利用LabVIEW等软件工具完成了电子式互感器校验平台,以便对合并单元输出的数据进行校对。实验结果表明,合并单元工作稳定、可靠,满足实用化的需要。
本文大致结构如下:第一章简单介绍了电子式互感器的原理及功能,分析了其发展的必要性及国内外研制情况;第二章主要阐述合并单元在电子式互感器中的位置、作用,以相关协议标准为依托仔细分析了合并单元功能特性及通信技术,为课题研究奠定了坚实的理论基础;第三章介绍合并单元的总体设计及实现,重点介绍了本人所负责的信号处理、以太网通讯等功能模块的设计思路及实现方式;第四章首先进行了电子式互感器误差分析,探讨了几种常见的误差分析方法,接着阐述了互感器校验平台的实现方式及完成情况;第五章介绍了样机精度试验原理及方法,简单地分析了样机型式试验结果;最后,对全文进行了总结,提出了在毕业设计过程中发现但还未及时解决的问题及一些还不那么尽如人意、有待完善的地方,以供大家参考,同时勉励自己在今后的学习、工作道路上做得更好。