并联补偿用永磁机构断路器选相分合闸驱动器的研制

论文摘要

随着我国配电网自动化的不断发展,对配电网无功平衡提出了更高的要求。断路器作为电力系统保护和控制的终端设备,其可靠性和智能化水平直接影响着电力系统的稳定性和自动化程度。本文首先介绍了控制器的设计原则,提出了采用微机控制方式实现永磁机构的控制。分析了目前普遍采用的无功补偿的各种方式,提出基于永磁机构控制器和短信通信技术的智能同步选相控制器。本设计采用Microchip公司的PIC16F877A作为控制核心,设计的硬件平台主要包括芯片外围电路设计、模拟信号采集电路设计、通信接口设计、电源模块和机构驱动模块。并结合真空断路器永磁机构的工作特点,对永磁机构驱动电路两个难点:合闸IGBT驱动和电容电压线性检测电路进行设计。软件方面采用单片机C语言,来方便用户程序的编写和将来软件的移植和升级。并对用户应用程序包括永磁机构分合闸驱动程序、数据实时采集程序和通讯程序进行了编写。并在控制器软、硬件设计中,充分考虑可靠性和抗电磁干扰性,提出相应的解决措施。最后,本文根据控制器主要功能设计了永磁机构驱动功能和GSM通讯功能的实验方案,并将实验结果进行了对比、分析。全文完成了控制器的主要硬件电路设计、仿真和相关应用程序和算法程序的编写、调试。实现了设计的主要功能,并通过了功能性实验验证。经过研究和实验结果表明:所研制的控制器设计结构合理,能够满足控制器的技术要求,具有高可靠性和实用性的特点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 课题的目的和意义
• 1.2.1 研制永磁机构控制单元的意义
• 1.2.2 研制永磁机构断路器选相分合闸驱动器的必要性
• 1.3 课题的发展状况
• 1.3.1 永磁机构技术在国内外的发展
• 1.3.2 同步关合技术在国内外的发展
• 1.4 本论文的主要内容
• 第二章 无功补偿技术简介
• 2.1 无功补偿的原理
• 2.1.1 并联补偿
• 2.1.2 串联补偿
• 2.2 无功补偿装置介绍
• 2.3 电容器组同步投切分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 控制器的设计方案
• 3.1 控制器的总体设计
• 3.2 永磁机构驱动单元设计方案
• 3.3 控制器控制方案
• 3.4 功率因数与无功功率的关系
• 3.5 本章小结
• 第四章 硬件设计
• 4.1 整体结构的设计思路与功能实现
• 4.2 微处理器及外围电路设计
• 4.2.1 微处理器的选择
• 4.2.2 控制芯片时钟电路设计
• 4.2.3 芯片复位单元设计
• 4.2.4 近控分合闸电路设计
• 4.2.5 远控分合闸电路设计
• 4.2.6 近远控选择电路设计
• 4.2.7 断路器位置电路设计
• 4.2.8 过零点电路的设计
• 4.2.9 电网数据采集电路设计
• 4.3 电源设计
• 4.4 永磁机构驱动电路设计
• 4.4.1 合闸IGBT驱动电路
• 4.4.2 电容器电压检测模块设计
• 4.5 串口通讯单元
• 4.5.1 RS232通讯接口设计
• 4.5.2 RS485通讯接口设计
• 4.6 硬件系统的抗干扰措施
• 4.7 本章小结
• 第五章 软件部分设计
• 5.1 控制器软件的整体设计思想
• 5.2 PIC软件的编程特点
• 5.2.1 编程软件的选择
• 5.2.2 PIC软件编程步骤
• 5.2.3 软件开发环境
• 5.2.4 主程序内容
• 5.3 中断程序程序设计
• 5.3.1 永磁机构分合闸驱动程序
• 5.3.2 数据实时采集程序
• 5.3.3 通讯模块程序
• 5.4 软件的抗干扰措施
• 5.5 本章小结
• 第六章 系统调试及试验结果
• 6.1 开发板与调试环境
• 6.2 实验结果
• 6.2.1 永磁机构驱动功能验证实验
• 6.2.2 GSM通讯功能验证实验
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢