面向智能电网的永磁机构通用控制器的研制

论文摘要

电能是现代社会中最广泛的二次能源。电力工业的发展水平,直接关系到社会和经济的安全与发展。然而在电力系统快速发展的同时,与环境、用户需求等之间也存在着许多问题和矛盾。基于这种情况,提出了智能电网的概念。智能断路器是智能电网的一个重要组成部分。断路器的同步控制是其智能化的一个核心,可以有效减小合闸涌流,消除分闸重燃过电压。永磁机构的出现更是为断路器的智能化创造了很好的条件。针对这种情况,本文设计了一种面向智能电网的永磁机构通用控制器。本文从永磁机构的工作原理出发,首先深入分析和比较了三种永磁机构的异同点,论证了研制开发通用型永磁机构控制器的可行性。其次,在充分借鉴、吸收了课题组在微机型永磁机构控制器中取得的成功经验的基础上,制定了通用控制器的总体设计方案。在硬件设计方面,率先采用超级电容作为永磁机构的操作电源。其在设计思想上采用了“免调试”和“即插即用”的概念；结构设计上采用了分面板、背插式结构,使装置的调试和维护简单方便；功能设计上采用了以TMS320F2812为核心的单CPU结构,相对于常规的"DSP+MPU"的主从式结构,既简化了系统设计又提高了系统的可靠性。。在软件设计方面,引入嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ,论证了其在F2812上移植的可行性,详细介绍了μC/OS-Ⅱ的移植实现过程。将软件按功能划分为九个任务,确定了任务间的调度机制,着重分析了其中三个主要任务的实现过程和详细的程序流程设计。最后简要介绍了控制器的调试环境,进行了继电保护和开关动作特性试验。试验结果表明,本文设计的永磁机构通用控制器的各项指标都达到了设计目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 课题的国内外研究现状
• 1.2.1 智能电网的国内外研究现状
• 1.2.2 永磁机构及其控制器的国内外研究现状
• 1.3 论文研究的主要内容和创新点
• 1.3.1 论文研究的主要内容及章节安排
• 1.3.2 论文的创新点
• 第二章 永磁机构的工作原理及其同步控制技术
• 2.1 永磁机构的基本原理
• 2.2 永磁机构的分类与比较
• 2.2.1 双线圈永磁机构
• 2.2.2 单线圈永磁机构
• 2.2.3 分离磁路式永磁机构
• 2.2.4 三种永磁机构的特性比较
• 2.3 永磁机构断路器的同步分断技术
• 2.4 本章小结
• 第三章 永磁机构通用控制器的硬件设计
• 3.1 控制器总体设计方案
• 3.1.1 通用控制器的设计指标
• 3.1.2 通用控制器的总体设计方案
• 3.2 系统各功能模块的设计与实现
• 3.2.1 中央处理器模块
• 3.2.2 开关量输入输出模块
• 3.2.3 模拟量采集模块
• 3.2.4 分合闸驱动模块
• 3.2.5 通信模块
• 3.2.6 人机接口模块
• 3.2.7 电源模块
• 3.3 本章小结
• 第四章 永磁机构通用控制器的软件设计
• 4.1 嵌入式实时操作系统简介
• 4.2 μC/OS-Ⅱ系统在CPU上的移植
• 4.2.1 μC/OS-Ⅱ的内核结构
• 4.2.2 μC/OS-Ⅱ在CPU上移植的可行性分析
• 4.2.3 μC/OS-Ⅱ在CPU上的移植实现
• 4.3 控制器软件的任务划分与调度机制
• 4.3.1 控制器软件的任务划分
• 4.3.2 控制器软件的任务调度机制
• 4.4 控制器软件的任务实现
• 4.4.1 开关同步分合闸任务的设计
• 4.4.2 模拟量同步采样与数据处理任务的设计
• 4.4.3 以太网通讯任务的设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 系统调试及试验结果分析
• 5.1 系统调试环境
• 5.2 继电保护试验
• 5.3 开关分合闸特性试验
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果