基于信号处理的选相分合闸系统

论文摘要

选相合闸技术要解决的问题就是消除检测回路中的非周期分量,即怎样控制执行器在规定的时刻合闸且回路中不产生非周期分量,以防止检测过程中断路器误动作的产生,造成产品的检测误差,对人类的生命和财产形成威胁。因此,交流选相合闸技术无论在断路器的检测还是在其它交流电路中都起着至关重要的作用。本文主要针对塑壳断路器瞬动检测中的选相合闸技术展开研究,考虑其中存在的采样速率慢及合闸控制实现方式不合理等问题,提出了一种新的基于单片机和数字信号处理技术的解决方案。设计了以C8051F060单片机作为核心的选相合闸系统,对系统进行了硬件和软件设计。硬件设计包括执行器和控制器的设计,电压同步信号的处理,以及单片机最小系统的设计。由于固态继电器存在的缺陷,执行机构选择的是响应速度极快的可控硅。单片机通过光电耦合器控制可控硅的接通与关断。同时将电源电压信号处理成方波让单片机产生中断从而检测其零点。单片机收到合闸命令后,为了防止频率波动引起的误差,先测量实时频率,再根据先前测得的功率因数角计算延时时间,然后捕获电压零相位点,延时合闸。为了接收上位机计算得出的功率因数角和发送下位机采集的采样数据,设计了单片机与PC机的通信接口。软件设计方面,完成了单片机获取合闸相角,串行口中断服务及采用计算机内部定时中断等技术完成选相合闸等程序的编写。其中,采用数字信号处理技术,即快速傅立叶变换计算功率因数角,上位机通信程序采用LabVIEW语言编写。该选相合闸系统应用于断路器瞬动特性试验设备中,较好的消除了试验中的暂态电流。提高了相位测量的准确度,使合闸时刻更加准确。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 引言
• §1-2 选相合闸技术的发展与现状
• 1-2-1 选相合闸技术简介
• 1-2-2 国外发展概况
• 1-2-3 国内发展概况
• §1-3 论文的主要研究内容及结构安排
• 第二章 功率因数角的算法设计
• §2-1 傅立叶变换
• §2-2 信号相位的计算方法
• §2-3 算法误差分析
• 2-3-1 信号相位不同的误差
• 2-3-2 信号幅值波动的误差
• 2-3-3 信号频率发生波动时的误差
• §2-4 解决误差的对策
• 第三章选相合闸控制设计
• §3-1 断路器瞬动特性主检测装置简介
• §3-2 选相思路
• §3-3 执行器的选择
• §3-4 分合闸时刻的计算
• §3-5 RS485 串口设计
• 第四章 交流采样电路设计
• §4-1 交流同步采样技术
• §4-2 单片机最小系统
• 第五章 上位机程序设计及选相精度
• §5-1 LabVIEW 语言简介
• §5-2 LabVIEW 语言编程及界面设计
• §5-3 选相精度
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果