一种混合式的智能直流断路器的设计与研究

一种混合式的智能直流断路器的设计与研究直流电力系统在可再生清洁能源发电、船舶、轨道交通等领域得到越来越多的应用和发展,直流断路器作为直流电网中的关键保护设备,研究快速有效的直
流电路器,对防止故障范围扩大具有重要意义。

计算机和网络通信技术的广泛应用,促进了智能型控制器的迅速发展,同时也提高了断路器的自动化程度和智能
化水平。

在传统断路器的基础上,设计具有自动化、智能化、模块化和更多保护功能的智能直流断路器具有工程实用价值。

本文对比并分析了国内外多种类型直流断路器研究现状,提出采用基于大功率电力电子器件和真空高速开关相结合的新型混合式直流断路器主电路结构,采用PIC(Peripheral Interface Controller)单片机和CPLD(Complex Programmable Logic Device)为控制核心芯片,以
CAN(Contoller Area Network)总线通信与上位机相互传输数据,用
ARM(Advanced RISC Machines)芯片来处理CAN通信和故障信息等数据来构建智能控制器的总体设计方案。

文中首先给出了一种新型的直流断路器的主回路设计方案,该方案采用了混合式的结构和强迫换流思想,并对关断电路、主开关和吸能限压支路进行了原理分析和设计。

然后按照模块化的设计思想详细介绍了控制器主要功能模块的工作原理和设计方案:采用CPLD、高速比较器组成的硬件电路处理短路故障,由PIC
单片机与CPLD组成的软、硬件共同来处理过载等其它故障,采用AD7606来实现了高精度的外部AD采样,通过CAN总线通信与上位机通讯,以铁电存储器来存储故障信息,用ARM芯片来处理电路故障信息和CAN通信信息等数据,再与PIC单片机进行数据交换,完成了控制模块、通讯模块和相关硬件电路的设计,在研究保护、
测量方法和实现原理的基础上,进行了软件的模块化设计和上位机监控界面的制作,满足了断路器智能化的功能要求。

同时在硬件和软件设计上都采取了有效的抗干扰措施以提高控制器的抗干扰能力,保证断路器工作的可靠性。

最后搭建断路器样机,调试完成后做短路故障模拟实验,实验结果达到了设计指标要求,验证了方案的可行性。