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《华中科技大学》 2004年
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光电传感数字化及其继电保护技术研究

韩小涛  
【摘要】:随着微电子技术、光电技术、通信技术的飞速发展,智能化、数字化和网络化的测试、控制技术迅速在电力系统中得到广泛应用,并深刻改变传统电力系统的运行、维护和管理模式。尤其是光电技术的应用及其与信息技术的结合,使得传统电力系统工业面临一场重大的技术变革。电流、电压互感器作为电量测量装置,是监测一次设备运行状态的关键,也是二次设备工作的基础。为此,本论文选取了目前正处于实用化研究阶段的光电传感器为课题对象进行研究。针对目前光电传感器研究主要集中在稳态测量方面,研究重点囿于提高测量精度的现状,本论文则主要从光电传感器实用化的角度,通过对其暂态特性的分析,深入研究如何应用光电传感器来满足控制、保护系统的需要,进而提出整体的设计方案。论文重点研究了新型光电传感器的传变原理、电量信息传输模式以及与在测控、保护设备中的应用等理论和实际问题。 论文在研阅大量国内外文献的基础上,系统地介绍了国内外光电传感技术的发展历史和研究现状,通过对比传统互感器、无源型光纤传感器和有源型光电传感器的优缺点,选择了有源型光电传感器作为目前实用化研究的重点。结合光电传感器在变电站自动化系统中的应用现状和前景,提出了二次回路光电数字化的设想。 在研究光电传感器传变原理时,对传统互感器和光电传感器的暂态特性进行了对比仿真研究。深入分析了电磁式电流互感器铁芯不饱和以及饱和情况下的暂态过程,特别是饱和引起的波形畸变和失真情况;仿真研究了谐振型CVT 和速饱和型CVT在一次电压不同工况下的暂态过程。明确了传统互感器的暂态特性对保护动作行为的影响。重点研究和分析了基于Rogowski线圈的光电电流传感器的电气特性和暂态特性,结合参数分析给出了光电电流传感器的综合设计方法和实例。通过对实际的静态误差测试数据和动模试验数据分析,论证说明了有源型光电传感器可以应用于电力系统测试、控制和保护系统中的可行性。 高压端光电传感器的输出必须经过积分、模数转换和光电变换才可以成为光脉冲量输出到低压端。论文围绕从高端传感器输出到低端电量采集处理所构成的光电量测系统展开了讨论。通过分析不同技术方案的特点,提出了测量通道和控制通道各自理想的实现方案。测量通道的数字积分器可以消除模拟积分器中运算放大器带来的积分漂移问题;而改进的压频转换技术(VFC)可以实现高转换精度和高采样率,同时避免 WP=4 了高压端同步采样问题。在低压端信号处理部分,提出了信息合并单元(IMU)的概念,根据IEC 60044-7/8标准,详细介绍了低压端信息合并单元(IMU)的体系结构、接口规定和通信规约,勾画了实际产品的雏形。 从IMU单元出来的数字信息通过光纤通信网络传送到二次设备,即构成变电站新型的光电数字化二次回路。论文在分析了金属电缆模拟通信的弊端后,在分散分布式变电站体系结构的基础上,对二次回路通信模式展开了讨论:论述了底层IMU的网络拓扑结构和数据链路层、传输控制层的网络协议,以及IEC 61850标准在应用层的应用,以此构成完整的光电数字化二次回路技术方案。对于关键的数据链路层通信协议,论文提出了应用Ethernet网络技术方案,利用网络仿真软件OPNET进行了仿真试验,证明了其可行性。并探讨了二次回路通信网络安全性和可靠性问题。 在光电数字化二次回路的基础上,智能二次设备将以数字网络形式获取其所需要的信息。论文首先探讨了保护系统与光电传感器的模拟和数字两种接口形式,指出其应用环境和特点;然后以变压器差动保护为对象,重点研究不同故障情况下,采用光电传感器后的动作特性曲线。研究结果表明,由于光电传感器在大电流情况下无饱和现象,显著提高了基于谐波制动原理的差动保护的安全性、可靠性和动作速度;最后分析了保护系统与光电传感器间的相互影响,指出光电传感器和保护系统今后进一步深入研究的内容和方向。 光电传感器真正实现现场长期稳定可靠运行,还必须解决好实际应用中的一些相关问题。论文选取了有源光电传感器高压端供能问题、数据同步问题和系统可靠性问题等内容进行了分析和探讨,提出了相应的设计方案。关于供能问题,提出了母线取能和光供能结合使用的新方案以提高供能长期运行的可靠性;关于同步问题,分析了软件同步的误差情况和硬件同步方案中时钟源的相关问题,以保证硬件同步的安全性和可靠性;关于可靠性问题,建立了光电传感器和变电站通信系统的可靠性模型,定量、定性分析了影响可靠性的关键因素。 论文最后对上述研究成果进行了总结,提出了进一步的研究方向。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TM77

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前8条
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4 王艳红;杜海莲;;基于Rogowski线圈的电流传感器性能研究[J];电气开关;2012年02期
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中国博士学位论文全文数据库 前7条
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中国硕士学位论文全文数据库 前8条
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7 王艳红;基于Rogowski线圈ECT在输电线路和变压器的暂态保护研究[D];西南交通大学;2010年
8 杨攀;110kV胡堤智能变电项目可行性分析与决策研究[D];华北电力大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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8 李和璋;伍浩成;谢征;赵灏;;波分复用光网络管理通道技术分析与探讨[A];全国第十三次光纤通信暨第十四届集成光学学术会议论文集[C];2007年
9 韩蕾;;变电站自动化系统的研发现状及展望[A];2005中国电机工程学会电力系统自动化专委会全国供用电管理自动化学术交流暨供用电管理自动化学科组第二届年会论文集[C];2005年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郭琳云;一体化高压电能计量装置及其在智能配网中的应用[D];华中科技大学;2010年
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4 马国明;基于光纤光栅传感器的架空输电线路覆冰在线监测系统的研究[D];华北电力大学(北京);2011年
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10 刘波;涡流阵列无损检测中裂纹参数估计和成像方法研究[D];国防科学技术大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨中波;自备热电厂工程电气部分研究设计[D];郑州大学;2010年
2 罗小军;基于VFC的电子式电流互感器的设计[D];山东农业大学;2010年
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8 熊德智;500KV电网运行集控中心关键系统的设计[D];长沙理工大学;2010年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邓在雄,赵惠清;数据实时采集与处理系统软件开发中若干问题的研究[J];北京化工大学学报(自然科学版);2004年06期
2 乔峨,安作平,罗承沐,王廷云;光电式电流互感器的开发与应用──21世纪互感器技术展望[J];变压器;2000年01期
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7 聂一雄;孙丹婷;;阻容分压型电压互感器的性能分析[J];变压器;2007年01期
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 何世恩;刘峻;;IEC61850数字化变电站对继电保护专业的影响[A];2008中国电力系统保护与控制学术研讨会论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 汪隆君;电网可靠性评估方法及可靠性基础理论研究[D];华南理工大学;2010年
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5 杨经超;巨型水轮发电机故障暂态仿真及发变组保护研究[D];华中科技大学;2004年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 林媛源;风电机组监控安全通信系统设计与实现[D];湘潭大学;2010年
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10 孙福寿;复杂厂区电网继电保护智能化与可靠性研究[D];浙江大学;2006年
【二级引证文献】
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2 华煌圣;游大海;余宏伟;;基于电子式电流互感器的变压器差动保护数据采集系统[J];电气应用;2009年14期
3 许克崃;童晓阳;李映川;;基于IEC 61850的变电站通信网络结构选型及对设备设计影响的分析[J];电气应用;2009年17期
4 廖晨淞;童晓阳;王晓茹;;OPNET仿真及其在电力系统通信研究中的应用[J];电气应用;2010年09期
5 杨栋;;基于行波法的10kV电力电缆故障测距算法的改进研究[J];电力科学与工程;2009年02期
6 朱林;董楠;段献忠;;数字化变电站网络仿真平台探讨[J];电力系统自动化;2007年21期
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8 黄忠胜;王晓茹;童晓阳;;基于EPOCHS的数字化变电站通信网络仿真分析[J];电力系统自动化;2009年21期
9 童晓阳;廖晨淞;周立龙;李映川;章力;王晓茹;许克崃;;基于IEC 61850-9-2的变电站通信网络仿真[J];电力系统自动化;2010年02期
10 向珉江;高厚磊;安艳秋;杜强;刘凯;苏将涛;;一种提高数据同步精度的自适应插值算法[J];电力系统自动化;2012年08期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 吴国威;;数字化变电站中信息处理及网络信息安全分析[A];2006中国电力系统保护与控制学术研讨会论文集[C];2006年
2 党晓强;刘俊勇;陈云良;雷霞;张力;唐国栋;彭晓东;;电力主设备中的行波技术应用(1)-故障定位[A];2008中国电力系统保护与控制学术研讨会论文集[C];2008年
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4 党晓强;雷霞;刘俊勇;陈云良;张力;唐国栋;彭晓东;;电力主设备中的行波技术应用(3)—技术实现[A];2008中国电力系统保护与控制学术研讨会论文集[C];2008年
5 华煌圣;游大海;王阳光;朱勇;秦华;余宏伟;;基于滤波插值抽取方法的变压器差动保护以太网数据接口[A];2008中国电力系统保护与控制学术研讨会论文集[C];2008年
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2 李伟;电子式电流互感器及数字化电站新技术研究[D];华中科技大学;2011年
3 辛建波;基于以太网的变电站自动化系统时延不确定性研究[D];华中科技大学;2005年
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3 赵文渊;谐振接地系统行波故障选线定位方法研究[D];昆明理工大学;2009年
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5 王成立;基于Ansoft的发电机定子端部短路故障分析研究[D];浙江大学;2011年
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7 马丽强;笼型异步感应风电机组故障诊断中的电参数分析研究[D];中南大学;2011年
8 胡春潮;基于数字化变电站的集中保护可靠性提升策略研究[D];华南理工大学;2011年
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10 黎翀宇;智能变电站技术的研究及应用[D];西南交通大学;2011年
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2 吴伟斌;洪添胜;代芬;尹令;朱余清;黄伟锋;李东东;;果树冠层重叠叶片LAI检测方法[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
3 朱世雷;王明珊;;数字化周期测量保护装置的研究[A];加入WTO和中国科技与可持续发展——挑战与机遇、责任和对策(下册)[C];2002年
4 《创建数字化生态校园的实验研究》课题组;;创建数字化生态校园的实验研究[A];国家教师科研基金“十一五”成果集(中国名校卷)(三)[C];2009年
5 周方;周玉风;;手术室现代化浅析[A];2009年浙江省医学工程学术年会论文汇编[C];2009年
6 Nathan Pinkney;;数字化手术室内影像设备的应用和管理[A];中华医学会医学工程学分会第十次学术年会暨2009中华临床医学工程及数字医学大会论文集[C];2009年
7 应长春;;数字化造船与第一造船大国[A];纪念中国造船工程学会成立六十周年——中国船舶工业发展论坛论文集[C];2003年
8 刘增东;刘传申;;螺杆冷冻机拖动电机全数字化综合保护系统简述[A];矿山建设工程新进展——2006全国矿山建设学术会议文集(下册)[C];2006年
9 章士正;;建设数字化放射科-我们的初步经验[A];2006年华东六省一市暨浙江省放射学学术年会论文汇编[C];2006年
10 吴月红;;信息化:期刊编辑工作的新局面[A];全面建设小康社会:中国科技工作者的历史责任——中国科协2003年学术年会论文集(下)[C];2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 张晓明;文化遗产数字化:机遇与挑战[N];中国文化报;2002年
2 鲁枢元;“数字化”风险与化险为夷[N];河南日报;2000年
3 记者任建民;我国企业数字化提上日程[N];人民日报;2002年
4 黄文馨;倾情打造数字化社区[N];人民邮电;2005年
5 记者 秦志勇 通讯员 叶志伟;“数字化罗湖”拒绝“信息孤岛”[N];人民政协报;2003年
6 李怀今 实习生 刘燕;医疗数字化千亿商机乍现[N];深圳商报;2004年
7 本报记者 曹亚宁;电视直播 广播振兴 数字化来到[N];中国新闻出版报;2004年
8 静华;联合利华开启洗衣数字化之路[N];中国乡镇企业报;2004年
9 张雪梅;北京100家医院着手建立数字化眼科[N];医药导报;2004年
10 记者 陈向阳;全国首座数字化变电站运行良好[N];中国电力报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 韩小涛;光电传感数字化及其继电保护技术研究[D];华中科技大学;2004年
2 喻洪麟;计量圆光栅的原理、制造及检测技术研究[D];重庆大学;2003年
3 张胤;数字化之道与课程建构[D];南京师范大学;2003年
4 雍爱霞;仿人机器人关节用永磁球形步进电机的转子位置检测及控制策略[D];合肥工业大学;2007年
5 常战军;HRPS数字化医院信息管理系统整合的研究[D];华中科技大学;2004年
6 田爱奎;支持自主学习的数字化教学游戏研究[D];华东师范大学;2007年
7 齐向东;整形外科面部修复的数字化及临床应用研究[D];第一军医大学;2005年
8 林明春;陀螺经纬仪数字化及自动化关键技术的研究[D];天津大学;2007年
9 徐淑梅;区域旅游竞争力基本理论与评价体系研究[D];东北师范大学;2006年
10 艾友忠;葛洲坝电厂最优维护方法研究与实践[D];华中科技大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王俊;数字化变电站的设计方案研究[D];合肥工业大学;2009年
2 杨国城;基于ARM7的新型尿液分析仪的研制[D];电子科技大学;2008年
3 张鑫;微灌灌水均匀度智能测试仪的研制与试验[D];山东农业大学;2005年
4 吴双;有关纺织印染后整理中几个工艺参数在线检测的研究[D];东华大学;2005年
5 陈丽霞;稀土永磁球形步进电动机的控制方式研究[D];合肥工业大学;2005年
6 杨锋力;单自由度磁悬浮系统的设计与控制研究[D];中南大学;2005年
7 崔建峰;新型污水油份在线检测方法的研究[D];华中科技大学;2005年
8 汪俊;铝合金光电传感器焊缝跟踪系统[D];南昌航空大学;2011年
9 王涛;基于球面机构的太阳跟踪装置控制系统的研究[D];河北工业大学;2005年
10 刘洪强;精密排种器性能检测装置的研究[D];吉林大学;2006年
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