基于DSP智能断路器控制单元的研究与设计

摘要

在全面建设智能电网的今天，低压断路器在供配电系统中的作用越来越突出。为了满足智能电网的发展要求，适应市场需要以及提高产品的竞争力，研发设计出具有智能化、自动化、模块化、可通信化等功能优点的智能断路器具有重要的应用价值。本文针对这些功能要求在传统低压断路器的基础上，结合国内外断路器的发展趋势，研究并设计了智能断路器的核心部件——控制单元。
　　论文在分析了智能断路器控制单元的设计原理后给出了系统硬件的总体结构框图，并对各个模块的功能进行了叙述。详细介绍了控制单元的三段保护功能原理和算法，根据线路实际运行时发生的不同故障，提出了区别于传统三段电流保护方式的运行方案来实现控制单元的智能化保护功能。在计算电力参数时，本文采用快速傅里叶变换(FFT)解决了传统方法不能准确检测出信号中所包含谐波成分的不足，同时通过Mallat离散小波变换对信号谐波的局部特性进行了仿真分析。
　　在硬件设计方面，选择了具有较强数据处理能力和高运行速度的DSP芯片TMS320F2812作为微处理器，并在此基础上设计了集测量、显示、保护、通信于一体的硬件系统电路。针对线路中出现特大电流故障时，设计了具有抗干扰性能的模拟脱扣电路用于断路器的快速保护。在实现智能断路器控制单元的通信功能时，本文设计的通信模块选择REALTEK公司生产的RTL8019AS以太网控制芯片，在标准网络协议的前提下对传统的TCP/IP协议加以改写，通过对各层接口的函数调用来实现以太网通信功能。
　　软件设计方面，本文结合硬件系统给出了智能断路器控制单元的总体设计方案，并对各个功能模块的子程序流程进行了介绍，包括A/D采样子程序、FFT子程序、液晶键盘处理子程序、三段电流保护子程序以及以太网通信子程序。最后通过对软硬件系统的不断调试，成功完成了调理电路、模拟脱扣电路、以太网通讯电路等功能模块的测试，并将设计的智能断路器控制单元应用在低压断路器上对三段电流保护的动作时间进行试验。实验结果表明本文设计的智能断路器控制单元基本达到了预期的设计目标。