基于永磁机构断路器针对容性负载选相关合策略的研究及控制器的设计

摘要

断路器在进行分合闸操作时，由于电网中的电压或者电流信号相位角的随机性与不确定性，容易在操作过程中产生励磁涌流和过电压，危害电力设备的安全，影响电力系统的稳定运行。选相关合技术为解决涌流与过电压问题和缩短操作时的暂态过程提供了良好的解决方案。选相关合技术在关合不同性质的负载时会有不同的关合策略，以容性负载为例，许多专家学者针对星形接地与星形不接地三相电容器组的投切进行了相关理论研究并取得显著成果，获得了一致公认的投切策略，但是对于角型连接的电容器组而言，研究文献比较少，也没有得到理想的投切策略。
　　本文首先介绍了真空断路器与选相关合技术的发展现状与研究意义，为整体的设计方案打下基础。结合课题实际应用环境，对选相关合技术的关键点以及选相关合的相位选择原理进行理论分析，然后分析了影响选相关合的因素：预击穿、环境温度、控制电压以及绝缘老化等，并给出补偿方法。首先对单相容性负载电路建模分析，得到容性负载的最佳关合策略。再对三相电路角形接法容性负载建立模型，针对不同的关合策略进行分析，得出理想的关合策略，最大限度的限制过电压和涌流的产生，并用 MATLAB仿真验证。根据永磁断路器智能控制器的性能要求，设计控制器的实现方案，硬件部分采用模块化的设计理念，将系统分为数据采集模块、充电模块、驱动模块不同的模块，分别进行硬件电路的设计和电路图的绘制。系统软件部分同样采用分模块进行设计，结合前期的硬件设计，分别编写了包括主程序、数据采集与处理、过零点提取、分合闸等模块在内的程序。

目录

声明

1 绪论

1.1 本课题研究背景及意义

1.2 研究现状与发展前景

1.3 本文的主要工作

2 选相关合技术

2.1 选相关合的基本原理

2.2 过零点的提取

2.3 选相关合技术的影响因素

2.4 断路器操动机构动作时间自适应补偿

2.5 本章小结

3 容性负载选相关合技术研究及仿真

3.1 单相电路的选相关合

3.2 三相电路的选相关合

3.3 本章小结

4 永磁断路器选相控制器的硬件设计

4.1 系统总体方案设计

4.2 FPGA的开发方法

4.3 数据采集模块

4.4 驱动电路设计

4.5 电容充电模块

4.6 触发信号的闭锁设计

4.7 本章小结

5永磁断路器选相控制器的软件设计

5.1 系统的软件总体方案

5.2 数据采集及处理程序设计

5.3 过零点提取

5.4 充电程序设计

5.5 选相分合闸程序设计

5.6 本章小结

6 测试结果的分析

6.1 实验方法和实验数据

6.2 实验结果分析

6.3 本章小结

7 总结

致谢

攻读硕士期间主要成果

参考文献