基于CAN总线智能馈电开关的研究

论文摘要

馈电开关是煤矿井下输电线路重要的保护设备,它的运行可靠性,安全性关系到煤矿正常生产和工作人员的人身安全。近年来,随着能源需求量逐年扩大和采煤机械自动化程度的提高,现场对供电可靠性和设备容量提出了更高的要求。从现场使用中的馈电开关来看,二次回路接线复杂。在电网发生故障时,馈电开关不能可靠地将故障切除。各个馈电开关之间是孤立的个体,地面监控中心不能了解设备和低压电网的工作情况,满足不了煤矿工业发展需求。因此研究高效的智能馈电开关对煤矿生产具有重要的现实意义。本文针对现场使用中馈电开关存在的问题,提出了基于CAN总线的智能馈电开关。该馈电开关对煤矿井下输电线路进行保护,在检测电网接地故障和短路故障方面摒弃了传统的保护方案,把自适应保护算法应用于馈电开关,使得设备能够在线计算保护整定值,相对于传统方案在保护精度上得到提高。把CAN总线应用于馈电开关的通信,提高了通信的可靠性。从而地面监控中心能够在线监测保护处低压电网运行状况和设备工作状态,同时设备能够生成故障历史纪录,方便设备的维护。在信号检测部分,使用了高性能的DSP芯片,运用交流采样采集电网的电压、电流,经过计算得到电网的参数,在一定程度上提高了检测精度。通过对保护部分的自适应算法进行仿真和搭建系统硬件,结果表明智能馈电开关在保护性能方面有了进一步的提高。随着煤矿生产自动化水平的提高,智能馈电开关有较广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 馈电开关的发展过程及现状
• 1.2.1 国内发展过程及现状
• 1.2.2 国外发展过程及现状
• 1.2.3 目前馈电开关中存在的问题
• 1.3 馈电开关的智能化
• 1.4 论文的主要内容和工作量
• 2 馈电保护的工作原理
• 2.1 低压电网的漏电保护
• 2.1.1 附加直流电源检测漏电故障
• 2.1.2 零序功率方向保护
• 2.2 低压电网的短路保护
• 2.2.1 相间短路自适应保护算法
• 2.2.2 接地短路的自适应保护算法
• 2.3 过电压保护
• 2.4 欠电压保护
• 2.5 过载保护
• 3 馈电开关电量检测算法研究
• 3.1 模拟量的采样算法
• 3.1.1 采样值乘积算法
• 3.1.2 半周积分算法
• 3.1.3 全周波快速傅立叶算法
• 3.2 功率因数的测量方法
• 3.2.1 三相对称负载
• 3.2.2 三相三线制系统的测量
• 3.2.3 电流比值法测量功率因数
• 3.3 电网频率的测量方法
• 3.3.1 硬件测频法
• 3.3.2 软件测频法
• 4 智能馈电开关 CAN通信网络
• 4.1 馈电开关通信总线的选取
• 4.2 CAN总线特点
• 4.3 CAN报文传输
• 4.3.1 CAN的帧格式
• 4.3.2 CAN总线错误处理
• 4.4 CAN总线可靠性分析
• 4.5 馈电开关的CAN通信网络
• 4.6 CAN报文应用层协议
• 5 系统硬件设计
• 5.1 信号调理电路
• 5.1.1 电压采样调理电路
• 5.1.2 电流采样调理电路
• 5.1.3 频率检测电路
• 5.1.4 开关量输入电路
• 5.1.5 漏电保护硬件
• 5.2 功率驱动电路
• 5.3 DSP模块主控制电路
• 5.3.1 DSP的电源管理模块
• 5.3.2 CAN通信模块
• 5.3.3 时钟电路
• 5.3.4 外部存储器扩展电路
• 5.3.5 液晶显示器接口电路图
• 6 系统软件设计
• 6.1 DSP的编程语言
• 6.2 DSP的中断向量处理
• 6.3 主程序模块设计
• 6.4 电量采样计算模块
• 6.5 人机交互模块
• 6.6 保护模块
• 6.7 CAN总线通信模块
• 7 智能馈电开关保护功能的仿真与实验
• 7.1 自适应保护的Matlab仿真
• 7.2 馈电开关的监控部分
• 7.3 智能馈电开关的保护部分
• 8 总结与展望
• 8.1 总结
• 8.2 展望
• 参考文献
• 附录 DSP模块电路图与馈电保护实物图
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果