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变电站自动化系统(SAS)一直是近几年电力系统的热门研究课题,包括各大公司,高校以及研究院等都在积极探索、研究其内部设备间的自动化通信体系。随着IEC61850(变电站自动化系统通信标准)的发布及逐步完善,变电站自动化系统对其内部设备提出了在新标准下更小型化、数字化、智能化、通信规范化的要求,也提出了新型数字变电站的概念。而电流互感器(CT)及其接口技术作为变电站中不可或缺的基本单位,也必将面临着变革。
在变电站自动化系统中,完整的电流互感器系统不仅包含电流测量传感头,也包括了其后级自动化系统及输出接口。随着电压等级的提高,电网的日益复杂以及新型标准的提出,传统的电磁式电流互感器已经难以满足电力系统高速自动化的发展。在这个背景和新技术的推动下,新型电子式电流互感器(ECT)应运而生,而IEC61850也对电子式互感器的输出接口做出了规范。所以,新的高性能电子式电流互感器及其基于IEC61850的后级自动化系统的研制就成为电力系统自动化进程中的关键。因此,本文所做的基于IEC61850的无源电子式电流互感器后级自动化系统的研究及设计就具备重大的现实性和实用性。
新型电子式电流互感器主要分为有源型和无源型(无源型也可称为OCT)。由于有源型性能较为稳定,因此其信号处理系统和接口技术比较完善,目前已占据一定市场份额。而无源型由于传感头材料稳定性的问题难以解决,一直处于研发、设计的实验性阶段。但是无源型具备了高压侧无需供能等有源型所不具备的一些优点,在传感头技术难题得到解决后必会迅猛发展。
本文所做的研究采用了由上海舜字海逸光电技术有限公司自主研发的无源电子式电流互感器传感头,传感头的特殊结构使之稳定性较强,在被测电流的额定电流为400A时具备0.1级精度,达到了实际应用、投产的要求。本文的主要研究内容首先是对无源传感头理论模型进行分析,对公司提供的第一版后级信号处理电路进行大量的数据测量和分析,提出其问题所在,然后在兼顾系统性能以及经济性的情况下,重新设计一套自适应的信号处理系统,使系统精度从3级达到0.2级;其次,论文根据对IEC61850标准理论通信模型的深入研究,为前级信号处理系统设计了符合IEC61850接口规范的通用型无源电子式电流传感头的信号整合输出单元--合并器。
本文所设计的前级信号处理系统和后级合并器分别使用嵌入式领域基于ARM7TDMI内核以及DSP内核的处理器芯片。本系统的硬件构架采用嵌入式模块化设计思想,不仅能够完成本系统传感头信号的自适应测量,也具备很强的通用性。软件构架采用前后台结合操作系统任务调度的方式,移植了嵌入式实时操作系统μC/OS,并且进行较大的修改,使之更精简、实时性更强,更适用于工业高实时领域。本文设计和编写了前后级系统的所有软件。
作者作为项目的主要软、硬件设计人员,参与了前期样机的设计、开发。论文内容是样机前期研制时,作者所做设计以及工作,可以为无源互感器系统设计提供参考,也可为工业嵌入式实时软、硬件系统设计提供参考,论文内容具备一定的理论意义和实用价值。
传感头制造技术及一次头设计技术涉及公司机密,论文中不做详述。