一种混合式的智能直流断路器的设计与研究

发布时间：2020-07-27 23:10

【摘要】：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。
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM561
【图文】：

迭加振荡电流法基本拓扑20世纪70年代，美国通用电气根据此原理研制出80KV/30kA

-2 美国通用电气公司机械式直流断路器拓扑代至 80 年代，BBC 公司和美国西屋3 所示的直流断路器[28]。图 1-3 BBC 公司机械式直流断路器拓扑结构，断路器触头 CB 打开，电流换流到 L，直到它们与开断电流大小相等且方向避雷器构成的能量吸收回路吸收关断

图 1-3 BBC 公司机械式直流断路器拓扑结构生后，断路器触头 CB 打开，电流换流到 LC 振荡增强，直到它们与开断电流大小相等且方向相反时氧化锌避雷器构成的能量吸收回路吸收关断能量。

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 潘垣;袁召;陈立学;徐敏;刘黎明;;耦合型机械式高压直流断路器研究[J];中国电机工程学报;2018年24期

2 王晓晨;;高压直流断路器发展研究综述[J];湖北电力;2018年04期

3 吴思源;柯飒;李婉卿;王飞;廖晓娇;胡小青;谢嘉晟;李中波;严星;;基于故障仿真分析的高压直流断路器测试要求的确定方法[J];智慧电力;2019年04期

4 卫思明;张森;黄永章;;新型直流断路器拓扑及在多端柔直工程中的仿真研究[J];智慧电力;2017年11期

5 ;中国西电研制成功500千伏高压直流断路器[J];电源世界;2017年12期

6 于海;;直流断路器的现状及发展[J];电力工程技术;2018年02期

7 胡徐铭;王丰华;周荔丹;姚钢;;基于可控硅串联技术的新型固态高压直流断路器[J];电测与仪表;2018年05期

8 袁兰兰;雷敏;曾进辉;莫霜叶;;新型地铁用直流断路器建模与仿真[J];电气应用;2018年05期

9 于海;;一种强制换流型混合直流断路器方案[J];高压电器;2018年04期

10 ;机械式高压直流断路器示范工程[J];电力工程技术;2018年03期

相关会议论文 前8条

1 田海松;钟质飞;;核电站核级直流断路器商品化采购研究[A];2010’第五届绿色财富（中国）论坛会刊[C];2010年

2 刘晓明;谢文刚;;高压直流断路器电弧特性仿真研究[A];第十届沈阳科学学术年会论文集（信息科学与工程技术分册）[C];2013年

3 周洁;;直流断路器在舟山多端柔性直流输电工程的应用研究[A];2017智能电网新技术发展与应用研讨会论文集[C];2017年

4 朱天胜;史宗谦;贾申利;岳长喜;王立军;;真空直流断路器速动机构的研究[A];第一届电器装备及其智能化学术会议论文集[C];2007年

5 侯福平;王雪楠;孙文波;;通信用240V直流供电系统直流断路器短路电流计算和选择性分析[A];2017年中国通信能源会议论文集[C];2017年

6 田炎;;基于GPRS技术的高压直流断路器监测系统[A];2017智能电网信息化建设研讨会论文集[C];2017年

7 张玉林;张捷;;合理选用直流断路器确保直流系统安全稳定运行[A];华东六省一市电机（电力）工程学会输配电技术研讨会2004年年会论文集[C];2004年

8 裘永卫;;低压直流断路器的性能和设计选型[A];中国电工技术学会第八届学术会议论文集[C];2004年

相关重要报纸文章 前10条

1 记者 张潇;直流断路器投运示范工程[N];西安日报;2019年

2 记者 方琳 通讯员 王潇潇 高翔;机械式高压直流断路器投运[N];湖北日报;2018年

3 记者 方智斌 通讯员 李彦 陈泽云 张帆;全球最强高压直流断路器在舟投用[N];舟山日报;2016年

4 张子凡 陈泽云;我国攻克直流输电领域世界级技术难题[N];国家电网报;2017年

5 记者 宋敏 通讯员 孟繁祥;平高轨道直流断路器填补国内空白[N];河南日报;2017年

6 周万迪;联研院研制成功基于晶闸管的混合式直流断路器[N];国家电网报;2017年

7 魏晓光 贺之渊;200千伏高压直流断路器研制成功[N];国家电网报;2015年

8 魏晓光 张升;高压直流断路器技术实现突破[N];国家电网报;2015年

9 本报记者 叶祖丽;以科技创新引领公司发展[N];国家电网报;2016年

10 魏晓光 张升 王成昊;让直流电网传输更高效[N];国家电网报;2015年

相关博士学位论文 前7条

1 丁骁;混合式高压直流断路器运行试验方法研究[D];华北电力大学(北京);2018年

2 肖晃庆;MMC型柔性直流电网建模、分析与控制研究[D];浙江大学;2018年

3 黄金强;微网混合式直流断路器电流转移理论及应用研究[D];大连理工大学;2018年

4 唐良义;新型电力电子高压直流断路器的建模与仿真[D];西南交通大学;2015年

5 董恩源;基于电子操动的快速直流断路器的研究[D];大连理工大学;2004年

6 秦涛涛;真空直流断路器循迹操动及开断动态影响因素研究[D];大连理工大学;2016年

7 刘高任;基于模块化多电平换流器的柔性直流电网故障保护策略研究[D];浙江大学;2017年

相关硕士学位论文 前10条

1 杨培远;基于真空间隙与SF_6气体间隙串联的新型混合式高压直流断路器开断特性研究[D];郑州大学;2019年

2 王华清;城市轨道交通混合式直流断路器高速分断关键技术研究[D];郑州大学;2019年

3 肖李欢;一种混合式的智能直流断路器的设计与研究[D];武汉工程大学;2018年

4 晋湾湾;模块化混合直流断路器的拓扑设计及研究[D];北京交通大学;2018年

5 李莉;混合式高压直流断路器换流特性和开断性能研究[D];西华大学;2018年

6 袁兰兰;地铁车辆混合式高速直流断路器研究[D];湖南工业大学;2018年

7 于海;基于全控型电力电子器件的强制换流型混合直流断路器[D];河北工业大学;2016年

8 周琳;MMC-HVDC建模及系统过电压分析[D];华北电力大学(北京);2018年

9 赵坚鹏;直流电网保护中直流断路器的配置与配合方法研究[D];华北电力大学(北京);2018年

10 赵文婷;新型电容缓冲式混合直流断路器开断特性的研究[D];华中科技大学;2017年

本文编号：2772516