FPGA在全光纤电流互感器控制电路中的应用

在全光纤电流互感器的设计中，控制电路扮演着至关重要的角色。传统的电磁式电流互感器在高压和特高压环境中面临着诸多挑战，而全光纤电流互感器因其卓越的性能，如抗电磁干扰能力、高精度测量和优良的绝缘性，成为了现代智能电网和特高压电网的理想选择。本文主要探讨了基于FPGA（Field-Programmable Gate Array）的全光纤电流互感器闭环检测控制电路设计，以提升系统的整体性能和精度。 FPGA作为一种可编程逻辑器件，具备高速运算和灵活的时序控制能力，使得它能够有效地处理复杂的信号处理任务。在本文的研究中，FPGA不仅承担了信号采集和数据输出的任务，还实现了与计算机的通信功能。更重要的是，它执行了数据解调、积分滤波和阶梯波产生等关键算法，这些算法对于检测光纤电流互感器的传感头输出信号并进行闭环控制至关重要。 电流检测和控制电路通常有两种设计方案：一是以数字信号处理器（DSP）为主，但时序控制可能成为性能瓶颈，限制了精度提升；二是结合FPGA和DSP，利用FPGA的时序控制优势和DSP的信号处理能力，但可能导致系统复杂度增加，影响可靠性。本文提出的方案则侧重于单一FPGA的使用，充分发挥其在时序控制和信号处理上的双重优势，简化系统架构，同时保持高精度和可靠性。 全光纤电流互感器的检测原理基于法拉第效应，这是一种磁致圆双折射现象。当线偏振光通过磁场区域时，光的振动面会发生旋转，旋转角度与磁场强度成正比。通过对这个旋转角度的精确测量，我们可以获取电流信息。这种传感技术的核心在于精确控制和解析这个旋转角，而这正是FPGA控制电路的主要任务。 在实际应用中，FPGA控制电路能够实时监测传感头输出的信号，通过积分滤波算法消除噪声，提高信号质量，进而确保电流测量的准确性和稳定性。阶梯波产生则是为了模拟不同电流等级，以验证和校准电流互感器的性能。在实验结果中，系统达到了0.2S级的测量准确度，证明了FPGA在全光纤电流互感器控制电路中的高效性和精确性。 基于FPGA的全光纤电流互感器控制电路设计是解决传统电流互感器问题的一种创新方法，它通过优化的信号处理和精确的时序控制，提升了全光纤电流互感器的性能，使其在智能电网和特高压网络中展现出更高的应用价值。