基于FPGA的電子式互感器采集和同步技術研究與設計

嚴舒+歐陽乾

摘 要 人們生活水平的提升促進了電力系統(tǒng)的發(fā)展，同時也加快了電網(wǎng)容量的不斷提升?；贔PGA的電子式互感器采集和同步技術也在不斷的發(fā)展創(chuàng)新中，對行業(yè)日常生活的發(fā)展產生了重要的影響。因此，實現(xiàn)電子式互感器采集和同步技術的可靠穩(wěn)定性，具有重要的研究意義，利于實用價值的進一步提升。

關鍵詞 FPGA；電子式互感器采集；同步技術研究與設計

中圖分類號：TM45 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）09-0067-01

電磁式互感器采集電氣量是傳統(tǒng)的采集方法，經(jīng)過長時間的發(fā)展，現(xiàn)階段的生產力發(fā)展水平已經(jīng)很成熟，但是隨著人們生活水平的不斷提升，對電網(wǎng)的需求越來越大，因此要對電網(wǎng)不斷的進行改造升級，進行數(shù)字化的發(fā)展。這時候的電磁式互感器的許多問題就充分的暴露出來，絕緣性差、制作的成本較高、電磁的抗干擾能力影響到系統(tǒng)測量的準確度[1]。所以要研究出一種全新的互感器設計方法。在光學技術發(fā)展的前提下，電子式互感器呈現(xiàn)出更加明顯的優(yōu)勢。全新的電子式互感器更加的輕便，并且逐漸向小型化發(fā)展，在根本上解決了鐵磁諧振和電磁干擾問題，同時還擴大了動態(tài)響應的范圍，使接口更加的數(shù)字化，這樣有利于采用數(shù)字化對其進行高速的處理。基于FPGA的電子式互感器采集和同步技術能夠在總系統(tǒng)中發(fā)揮更加重要的作用。

1 電子式互感器采集的設計研究

時間與幅值的連續(xù)變化共同構成了電網(wǎng)中電氣量的模擬值，采用計算機技術能夠更快的處理這些數(shù)字模擬值，實現(xiàn)模擬數(shù)轉換的簡單化，這也是電力系統(tǒng)發(fā)展過程中電氣量采集的主要問題。電網(wǎng)運行環(huán)境的不穩(wěn)定會在傳感器的初始階段受到各方面的信號干擾，這樣就需要對電網(wǎng)進行預處理。

經(jīng)過抗混疊濾波器將交流信號中的高頻信號去除，這樣就能夠在一定的時域上對信號進行離散提取，這就是交流采樣技術。對信號進行采樣工作時，所采集到的采樣頻率要是被采信號頻譜中最高頻率的兩倍以上。在實際操作的過程中會有很多的采樣方法，在常規(guī)的電子互感器中的采樣支持同步采樣。采取同步采樣法會使采樣觸及到脈沖所在頻率fs，并且能夠滿足被采交流信號的主要頻率，這樣就形成了fs=N×f。這里的N是信號在一周期中被采樣的所有點數(shù)，但是在同步采樣法中，N可以作為一個常數(shù)。在理論上講，滿足公式fs=N×f并且N>2M，同時M代表被測信號中最高次諧波次數(shù)。采用同步采樣法不會出現(xiàn)因為測量出現(xiàn)的誤差現(xiàn)象。

在電氣量的信號中以T作為一個周期，并且可以表示為T0，T1，T2，T3，…Tn-1，Tn…等。并且按照這種規(guī)律進行交流采樣。當T0=0的時候，可以使△T=Tn-T=0，以及△Ti+1-Ti，這時候的i=0，1，2，…N-1，N…。這樣的采樣就是同步采樣。因此，同步采樣要同時滿足兩種條件。T一定要是Ts的整數(shù)倍，還有一個就是采樣的間隔要保證一致性。

2 電子互感器同步設計研究

在實際操作的過程中，傳感器會在高壓側的一面，這樣就能夠使感應到的信號能夠直接的通過電纜傳輸?shù)降蛪簜鹊囊幻妫窃趥鬏數(shù)倪^程中會受到各種方面因素電磁的干擾，會大大的影響到采集到的結果準確性。所以在設計電子式互感器時要充分的考慮到高壓側的影響因素，并且按照相應的進行處理，這樣就能夠使模擬量轉變?yōu)閿?shù)字量。使低壓側的數(shù)據(jù)更加的具有穩(wěn)定性，準確性得到全面的保證，并且對電氣進行有效的隔離[3]。系統(tǒng)的設計主要是對互感器中傳輸?shù)碾姎饬窟M行監(jiān)測。利用傳感頭可以使電網(wǎng)中的電壓以及大電流的信號轉化為較小的幅度的信號，這樣就能夠使強弱電進行隔離，使后續(xù)的設備得到有效的保護。數(shù)字化的發(fā)展要對電路中的模擬信號進行有效的轉換，同時還要保證后續(xù)的時鐘經(jīng)由處理器傳輸，這樣才能夠使得到的數(shù)字信號能夠發(fā)送到合并的單元中，并且進行相應的校驗、編碼等。電子式互感器的采集系統(tǒng)建立主要是將前端的模擬器進行數(shù)字化的信號模擬處理，將采集到的采樣精確到使之能夠與數(shù)字信號的接口相吻合。在互感器中的正弦波會通過信號的預處理模塊進行變壓等操作，在這種傳輸?shù)倪^程中就會將信號傳送到同步電路上以及采集模塊中。同步模塊會產生并且發(fā)送高精度的同步采樣脈沖，這樣就能夠有效的控制采集模塊的動作。采集模塊就需要對信號的預處理模塊傳輸?shù)男盘栠M行高精度的處理工作，并且進行采樣處理，同時還要對信號進行數(shù)字編碼，校驗等工作處理。

3 結束語

本文主要探討了電子式互感器采集以及同步技術研究設計問題，這是一種在FPGA 的數(shù)字采集系統(tǒng)方案指導下進行的電氣量采集工作。FPGA的端口具有豐富的資源，能夠保證電子式互感器的高速運行，保證硬件的穩(wěn)定性，這樣就能夠實現(xiàn)系統(tǒng)的精確控制，使數(shù)字化技術在變電站中得到快速的發(fā)展應用。電子式互感器是在現(xiàn)代化數(shù)字技術飛速發(fā)展下產生的高科技產品，并且應用到越來越多的行業(yè)中。但是在我國還沒有一個統(tǒng)一的發(fā)展標準，存在一定的問題，隨著信息技術的不斷發(fā)展，這些缺點都會得到進一步的完善。

基金項目

九江學院校級課題 2011KJ18 用FPGA技術產生混沌吸引子的研究

參考文獻

[1]殷志良，劉萬順，秦應力.一種基于FPGA技術的電子式互感器接口實現(xiàn)新方法[J].電力系統(tǒng)自動化.2010，28（14）：93-96.

[2]Xiao Xia，Xu Yan，Pan Feng Xu.Synchronization Method Based on FPGA for Merging Unitofthe Electronic Transformers. ICEMI 2009 - Proceedings of 9th International Conference onElectronic Measurement and Instruments.2012（03）：1720-1724.

[3]陳兵，周水斌，馬朝陽.基于IEC61850-9-2的電子式互感器合并單元的研制[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2010（06）：

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