基于arm 的斷路器智能控制器的研究

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1、基于ARM的斷路器智能控制器的研究摘要智能控制器是智能斷路器的核心，不僅具有普通脫扣器的各種保護功能，而且還具有實時參數(shù)顯示、故障記憶和查詢、自診斷等多項功能。在回顧和總結(jié)了智能斷路器的發(fā)展歷程后，討論了當(dāng)前智能斷路器的發(fā)展趨勢，提出了基于ARM的斷路器智能控制器的研究。本論文介紹了斷路器智能控制器的設(shè)計原理，同時重點闡述了斷路器智能控制器的各項參數(shù)測量及保護原理和算法，并進行了具體的硬件和軟件模塊的設(shè)計，旨在實現(xiàn)斷路器的智能保護。本文涉及的斷路器智能控制器，在硬件上以PHILIPS公司的ARM芯片LPC2294為核心處理

2、器，主要進行數(shù)據(jù)的實時采集處理和斷路器的故障保護。硬件設(shè)計采用了標(biāo)準(zhǔn)化模塊設(shè)計方法，硬件電路盡可能選擇標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化結(jié)構(gòu)的典型電路，以便擴展。其中，液晶選用的是SMG240128A，鍵盤芯片選用的是ZLG7290。軟件的編制采用模塊化編程方法，每一個模塊相對獨立，完成特定功能，便于維護添加新功能。編程工具為ARM公司提供的ADS1.2。為了保證智能控制器各種保護功能的可靠實現(xiàn)，論文中對智能控制器的干擾源進行了分析，從硬件和軟件兩個方面采取了多項設(shè)計措施，提高了智能控制器的穩(wěn)定性和可靠性。實踐證明，論文中構(gòu)建的斷路器智能控制

3、器結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，可以滿足系統(tǒng)需要，因此具有較高的實用價值。關(guān)鍵字：ARM,斷路器，智能控制器第二章智能控制器的設(shè)計原理供配電系統(tǒng)中的低壓斷路器的主要功能是通過采集單元得到系統(tǒng)母線中的電流、電壓信號，由脫扣器的邏輯控制單元進行分析判斷，根據(jù)結(jié)果采取相應(yīng)的動作，實現(xiàn)對線路中的過載、短路、失壓等故障的保護。智能控制器也是基于這個原理，通過互感器將主線路中的電壓、電流信號轉(zhuǎn)換成模擬電路可處理的信號，信號處理單元對這些信號進行濾波和整形，信號采樣后經(jīng)多路開關(guān)送入CPU，在CPU內(nèi)部進行A/D轉(zhuǎn)換后進行邏輯運算與處理，運算結(jié)果與

4、整定值比較后輸出符合預(yù)設(shè)定保護特性的邏輯電平信號，這些信號經(jīng)放大后可直接驅(qū)動斷路器的執(zhí)行機構(gòu)和其他輔助繼電器，使斷路器動作或輸出聲音、光信號。各種故障保護的動作電流和時間整定值通過鍵盤設(shè)定并預(yù)先存儲在EPROM中，并可在運行期間隨時進行修改。此外，當(dāng)產(chǎn)生特大短路電流時，獨立于CPU的模擬脫扣電路可立即產(chǎn)生動作信號控制執(zhí)行單元，使斷路器動作。在電力系統(tǒng)中，大都需要對電壓電流有效值、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等進行測量和計算，作為上級電力部門進行監(jiān)控的可靠依據(jù)，計算故障電流，以實現(xiàn)系統(tǒng)的保護功能。在系統(tǒng)中，為了減少各種干擾造

5、成的影響，除了硬件的抗干擾、濾波措施外，軟件也需要一定的數(shù)字濾波處理，以便達到更好的抗干擾效果?！?.1電網(wǎng)參數(shù)的計量原理智能控制器使用采集轉(zhuǎn)換而來的數(shù)字信號完成各種電量參數(shù)的計算，包括電壓、電流、有功功率、無功功率和功率因數(shù)的計算。裝置對監(jiān)控對象的模擬信號量的采集，理論上采樣頻率越高則越能反映原信號，但由于受CPU速度、A/D轉(zhuǎn)換時間等因素的影響，采樣頻率不可能太高。電力系統(tǒng)中的模擬信號主要成分是1、3、5次諧波，對于六次以上的諧波和高頻干擾經(jīng)過模擬通道中RC低通濾波加以濾除;對于六次及以下各次諧波分量借用數(shù)字濾波算法加

6、以提取。由香農(nóng)采樣定理[21]可知，采樣頻率應(yīng)不小于6次諧波的兩倍，假定電網(wǎng)頻率為50Hz，則采樣頻率不小于600Hz，每個周期采樣點數(shù)應(yīng)不小于12個，考慮到要對諧波進行FFT分析，采樣點N應(yīng)該為2的冪。本智能控制器每周期采樣32個點，采樣頻率為1600Hz，為信號基波頻率(50Hz)的32倍，這樣一方面滿足了保護所需的各參數(shù)能比較如實地送入系統(tǒng)，另一方面也使微處理器承擔(dān)的計算任務(wù)不致過重，保證了數(shù)據(jù)采集的實時性?；贏RM的斷路器智能控制器的研究101.電壓、電流的計量根據(jù)IEC60947.2《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備、第

7、二部分?jǐn)嗦菲鳌罚瑸榱耸箶嗦菲髟谛盘柌ㄐ伟l(fā)生畸變時不會產(chǎn)生誤動作，我們采用均方根法對電壓、電流進行計算。電流和電壓采用均方根值顯示，均方根值檢測提供了可靠的系統(tǒng)保護，在波形中含有的高的諧波分量時均方根值檢測將減小保護裝置誤脫扣的可能性[22]。本裝置中三相電流、電壓均采用相應(yīng)的均方根值顯示。根據(jù)周期性連續(xù)函數(shù)有效值的定義，電壓和電流的有效值表達式為：201()TUT=òutdt（2－1）201()TIT=òitdt（2－2）式中，T為電壓、電流信號的周期。將這兩個函數(shù)離散化，可以得到電壓、電流有效值的離散表達式：1201Nk

8、kUNu-==?（2－3）1201NkkINi-==?（2－4）式中，N=32為每周波采樣點數(shù)，ku、ki為電壓、電流的離散采樣值。為了防止采樣信號由于微小波動而影響計算精度，我們采用一次延遲數(shù)字濾波方法來計算ku、ki，進一步消除波動和擾動的影響，公式如下[25]:1(1)nnnybxby-=-+（2