新型电子式交互感器采集器及合并单元硬件的研究和设计

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1、湖南大学硕士学位论文新型电子式交互感器的采集器及合并单元的硬件研究与设计姓名：王晓明申请学位级别：硕士专业：电气工程指导教师：周有庆20120510——新型电子式互感器的采集器及合并单元的硬件研究与设计摘要随着电力工业的发展，电力系统容量和电压等级的不断提高，尤其近年来随着数字化变电站、智能电网的飞速发展，传统的电磁式互感器已不能满足电网数字化和智能化发展的需要。电子式互感器成为了当前国内外研究的热点和前沿方向。电子式互感器与保护、测控设备的数字接口也成为了人们研究的重点。采集器与合并单元作为电子式互感器数字化输出的关键设备，研究其具有重要的意义。

2、本文首先对国内外电子式互感器、采集器与合并单元的发展状况进行了综述。介绍了检测电容电流型电压互感器和直导线PCB平面螺旋型空心线圈电流互感器两种新型电子式互感器的结构与原理，论述了这两种新型电子式互感器所具有的优越性。为了使这两种新型电子式互感器在实际工程中得到很好的应用，在现有理论及实践成果的基础上重点对新型电子式互感器的数据采集器及合并单元进行了分析。然后设计了一种基于STM32F103的数据采集器，对其各个模块进行了硬件设计，包括前置处理电路模块、ADC及MCU模块、通讯模块、后置处理电路模块、电源模块。积分技术是影响两种新型电子式互感器精度

3、的关键环节，因此着重对积分技术进行了阐述，为了优化积分性能，对典型模拟积分电路进行了改进，并分析了模拟积分器的温度特性，理论分析和实验结果表明其受温度的影响较大。同模拟积分器相比，数字积分器具有更高的精度和稳定性。研究了数字积分算法，分析与仿真了梯形积分算法对稳态和暂态电流的响应，提出了解决积分中漂移、初值问题的措施。设计了实验室模拟试验平台，并利用新型PCB平面Rogowski线圈电流互感器对采集器进行了试验。试验结果验证了设计方法的有效性。介绍了合并单元的定义，分析了合并单元的功能特点，根据合并单元的数据还原模块、数据处理模块、数据输出模块三个

4、功能模块，设计了一种以DSP与FPGA为构架的合并单元实现方案，对合并单元各个模块进行了硬件设计，包括FPGA系统、DSP系统、以太网系统。关键词：电子式互感器；数据采集器；模拟积分；数字积分；合并单元硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofpowerindustryandtheincreasingoftransmissioncapacitanceandratedvoltageinpowersystem，especiallyinrecentyearswiththerapiddevelopmentofthedigitals

5、ubstationandsmart鲥d，conventionalferromagnetictransducershasbeenunabletosatisfywiththedigitalandintelligentdevelopmentneedsofpower鲥d．Electronictransformerishighlightsandfrontiersathomeandabroadinelectronictransformerresearch．Theinterfacebetweentheelectronictransformersandbaydev

6、iceisthefocusofthesuccessfulapplication．Asthekeyequipmentofthedigitaloutputoftheelectronictransformer,thestudyofcollectorandmergingunitwillbeofgreatsignificance．Atfirst，thispaperintroducesthedevelopentofelectronictransformers，acquisitionsystemandmergingunitindomesticandinterna

7、tionalmainly．ThebasicprincipleandsystemstructureofelectronicvoltagetransformerbasedondetectingcurrentincapacitorandPCBplanarRogowskicoilcurrenttransducerareintroduced．Itdiscussestheiradvantages．Inordertomakethetwonewelectronictransformeringoodapplicationinpracticalengineering，

8、thepaperdatafocusesonanalyzingthenewelectronictransformerdata