基于FPGA的全光纖電流互感器控制電路設(shè)計(jì)

最小分辨精度，其分辨率最好大于A(yíng)/D的分辨率。設(shè)計(jì)中采用16位的高速D/A芯片AD9726實(shí)現(xiàn)該模數(shù)轉(zhuǎn)換功能。由于該芯片為電流型輸出，所以后端采用高速運(yùn)放AD81l實(shí)現(xiàn)電流輸出轉(zhuǎn)電壓輸出和電壓幅度放大功能。

　　3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及討論

　　為驗(yàn)證上述控制電路性能，結(jié)合前端光纖電流傳感頭模塊搭建了全光纖電流互感器裝置。同時(shí)，采用大電流發(fā)生器(交流，有效值0 ~ 5 000A,50 Hz)作為測(cè)試電流源，并以0.0l級(jí)(誤差低于0.0l%)的標(biāo)準(zhǔn)電流互感器為基準(zhǔn)，按照國(guó)標(biāo)要求，搭建了一套準(zhǔn)確度校檢系統(tǒng)，以之校檢該全光纖電流互感器的測(cè)量準(zhǔn)確度，從而驗(yàn)證上述控制電路的指標(biāo)和功能。圖3是上層控制界面通過(guò)串口獲得的50 Hz交流電信號(hào)的截圖，可見(jiàn)通過(guò)上述控制電路可以有效解調(diào)出50 Hz交流電信號(hào)的周期和幅度信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖傳感頭的閉環(huán)控制功能。

　　圖3 上層控制界面獲得的50 Hz交流電信號(hào)

　　在本控制電路基礎(chǔ)上搭建的全光纖電流互感器裝置樣機(jī)額定一次電流值Ipr設(shè)定為100A-4000A,根據(jù)國(guó)標(biāo)要求，在Ipr的l%-120%范圍內(nèi)，實(shí)測(cè)電流值i測(cè)的測(cè)量誤差如表1所示，其中標(biāo)準(zhǔn)電流值i標(biāo)指0.01級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電流互感器對(duì)待測(cè)電流進(jìn)行檢測(cè)得到的電流值(有效值，與真實(shí)值之間的誤差低于0.0l%)，單位為A;樣機(jī)解調(diào)信號(hào)的數(shù)字輸出指樣機(jī)對(duì)待測(cè)電流進(jìn)行解調(diào)后輸出的數(shù)字量;樣機(jī)解調(diào)出的電流值i解，指樣機(jī)解調(diào)信號(hào)的數(shù)字輸出乘以一個(gè)固定變比得到的數(shù)值，表征解調(diào)輸出的電流值(有效值)，單位為A;電流誤差為i標(biāo)和i解之間的誤差。

　　圖4 全量程范圍的實(shí)測(cè)誤差曲線(xiàn)

　　根據(jù)表1的數(shù)據(jù)，可得到全量程范圍內(nèi)的誤差曲線(xiàn)，如圖4所示。可以直觀(guān)看出全量程范圍內(nèi)的實(shí)測(cè)誤差均滿(mǎn)足0.2 S級(jí)測(cè)量準(zhǔn)確度的要求。即設(shè)計(jì)的電路完成了對(duì)光纖傳感頭的閉環(huán)控制和測(cè)試數(shù)據(jù)解調(diào)。

　　本文初步研究了用于全光纖電流互感器的閉環(huán)檢測(cè)控制電路，基于單片F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集、數(shù)據(jù)輸出以及與計(jì)算機(jī)通信等控制和數(shù)據(jù)解調(diào)、積分濾波、階梯波產(chǎn)生等算法，完成了對(duì)光纖電流互感器傳感頭輸出信號(hào)的檢測(cè)以及閉環(huán)控制。該控制電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成度高、閉環(huán)控制速度快、控制精度高等特點(diǎn)，為研制滿(mǎn)足電力電網(wǎng)測(cè)試需求的全光纖電流互感器奠定了基礎(chǔ)。此外，基于該控制電路研制的全光纖電流互感器樣機(jī)，經(jīng)測(cè)試，其額定一次電流100 A~4000 A范圍內(nèi)均實(shí)現(xiàn)了0.2 S級(jí)測(cè)量準(zhǔn)確度，初步滿(mǎn)足電力電網(wǎng)對(duì)電流互感器測(cè)量準(zhǔn)確度的要求。