FPGA为核心的全光纤电流互感器控制电路设计与实现

"全光纤电流互感器控制电路设计，通过单片FPGA实现信号检测与控制，具有高测量准确度，适用于电力电网" 全光纤电流互感器是一种先进的电流检测设备，尤其适合于智能电网和特高压电网环境，因为它具备优异的抗电磁干扰能力、高绝缘性能以及精确的测量能力。相较于传统的电磁式电流互感器，全光纤电流互感器在高压环境下不易磁饱和，从而保持测量精度，同时其结构紧凑，易于安装。 本论文着重探讨了全光纤电流互感器的控制电路设计，其中采用了现场可编程门阵列（FPGA）作为核心控制器。FPGA的优势在于其灵活性和高速时序控制能力，能够同时实现复杂的信号处理算法和精确的时间序列管理。这种设计避免了传统DSP方案可能遇到的时序控制问题，同时也简化了以DSP和FPGA联合应用的复杂系统结构，提高了系统的可靠性和控制精度。 信号检测与控制电路主要包括以下几个部分： 1. 光纤传感头：作为电流检测的第一步，光纤传感头通过改变光的相位来响应电流的变化。产生的光信号携带有与电流大小相关的相位差信息。 2. 光电探测器：接收来自光纤传感头的光信号，并将其转换为电信号，这个电信号的幅度与相位差成正比，从而反映电流的大小。 3. 隔直、放大和滤波：电信号先经过隔直电路去除直流成分，然后通过放大器提升信号强度，滤波器则用于去除噪声，确保信号质量。 4. 模数转换器（A/D）：将经过预处理的模拟信号转换为数字信号，便于后续的数字信号处理。 5. FPGA数字信号处理单元：FPGA在此环节中执行数据处理算法，包括相位差计算、电流值解调等，以获取准确的电流信息。 6. 控制反馈：根据处理后的信号，FPGA生成控制指令，对整个系统进行实时调整，确保测量的准确度和稳定性。 实验结果显示，该全光纤电流互感器在额定一次电流100 A至4 000 A的范围内，测量准确度达到了0.2 S级，满足电力系统对于电流互感器的高标准要求。这一成果表明，采用FPGA为核心的控制电路设计，对于提升全光纤电流互感器的性能具有显著效果，有望在电力行业的广泛应用中发挥重要作用。