含分布式电源配电网的断路器控制器设计

摘要

分布式电源具有清洁、可靠、经济等优点，能与集中式大电网形成互补关系。但是，分布式电源的接入对传统配电网的继电保护可能产生严重影响，甚至导致传统的继电保护失效，不能实现保护功能。针对这一问题，本文设计了一款断路器控制器，一方面能对含分布式电源的配电网进行实时监测，采集配电网参数并上传至SCADA，实现远程监控;另一方面，还能对含分布式电源的配电网进行继电保护，及时切断故障，保证电网安全运行，提高电力用户的用电质量。
　　论文采用TMS320F2812型DSP芯片作为断路器控制器的主控芯片。采用模块化设计思想，分析了主控芯片、模拟量采集模块、开关量采集模块、通信模块、人机界面和电源模块等模块硬件电路的设计思路;同时阐述了主程序、采样程序、人机界面程序和继电保护程序等各模块程序流程图设计原理。文中详细地介绍了硬件和软件设计方案，对硬件各模块电路图、软件主程序和各模块子程序进行了详尽的设计说明。最后对控制器的数据采集、以太网通信、改进三段式电流保护功能及TV断线、TA断线、控制回路断线、过负荷等告警功能进行了测试，并记录测试数据，对数据进行了分析。
　　测试结果表明，控制器的数据采集精度高、保护反应速度快，人机界面运行正常，各项保护功能、告警功能和通信功能工作正常，达到设计目标。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 分布式电源概述

1．2．2 分布式电源研究现状

1．2．3 分布式电源配电网的断路器控制器研究现状

1．3 本文的主要内容和章节安排

2 断路器控制器总体方案设计

2．1 传统配电网继电保护

2．1．1 电流保护

2．1．2 自动重合闸

2．2 分布式电源接入对传统配电网继电保护的影响

2．2．1 分布式电源对电流保护的影响

2．2．2 分布式电源对自动重合闸的影响

2．3 含分布式电源配电网继电保护原理分析

2．3．1 自适应三段式电流保护

2．3．2 功率方向判断

2．3．3 通信系统

2．3．4 通信系统的原理和保护动作原则

2．3．5 保护原理实例分析

2．4 断路器控制器设计要求及总体方案设计

2．4．1 设计要求

2．4．2 硬件总体设计方案

2．4．3 软件总体设计方案

2．5 本章小结

3 断路器控制器硬件设计

3．1 断路器控制器硬件设计与实现

3．2 MCU选型

3．3 模拟量采集调理模块设计

3．3．1 电压采集调理电路

3．3．2 电流采集调理电路

3．3．3 参考电压电路设计

3．4 开关量处理模块设计

3．5 人机界面模块设计

3．5．1 液晶显示屏设计

3．5．2 LED模块

3．5．3 按键设计

3．6 通信模块设计

3．6．1 以太网通信模块设计

3．6．2 无线通信模块设计

3．7 电源模块设计

3．7．1 控制器电源设计

3．7．2 TMS320F2812主控芯片电源设计

3．8 硬件抗干扰设计

3．9 本章小结

4 控制器软件设计

4．1 控制器算法分析

4．2 控制器软件程序设计

4．2．1 软件主程序设计

4．2．2 数据采集处理中断程序设计

4．2．3 全波傅里叶子程序设计

4．2．4 人机界面子程序设计

4．3 以太网通信软件程序设计

4．3．1 以太网控制芯片驱动程序设计

4．3．2 以太网TCP／IP协议的实现

4．4 继电保护功能实现和逻辑框图

4．4．1 继电保护中断程序设计

4．4．2 电流保护子程序设计

4．5 其他保护功能动作逻辑设计

4．5．1 TV断线检测功能

4．5．2 TA断线检测功能

4．5．3 过负荷保护

4．5．4 低电压保护

4．5．5 控制回路断线告警功能

4．6 本章小结

5 系统调试和结果分析

5．1 系统测试环境

5．2 数据采集功能测试

5．3 通信功能测试

5．4 保护及告警功能测试

5．4．1 无时限电流速断保护测试

5．4．2 带时限电流速断保护

5．4．3 过电流保护测试

5．4．4 低电压保护

5．4．5 TV断线和TA断线告警功能测试

5．4．6 控制回路断线告警功能测试

5．4．7 过负荷保护功能测试

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢