基于arm 的断路器智能控制器的研究

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1、基于ARM的断路器智能控制器的研究摘要智能控制器是智能断路器的核心，不仅具有普通脱扣器的各种保护功能，而且还具有实时参数显示、故障记忆和查询、自诊断等多项功能。在回顾和总结了智能断路器的发展历程后，讨论了当前智能断路器的发展趋势，提出了基于ARM的断路器智能控制器的研究。本论文介绍了断路器智能控制器的设计原理，同时重点阐述了断路器智能控制器的各项参数测量及保护原理和算法，并进行了具体的硬件和软件模块的设计，旨在实现断路器的智能保护。本文涉及的断路器智能控制器，在硬件上以PHILIPS公司的ARM芯片

2、LPC2294为核心处理器，主要进行数据的实时采集处理和断路器的故障保护。硬件设计采用了标准化模块设计方法，硬件电路尽可能选择标准化、模块化结构的典型电路，以便扩展。其中，液晶选用的是SMG240128A，键盘芯片选用的是ZLG7290。软件的编制采用模块化编程方法，每一个模块相对独立，完成特定功能，便于维护添加新功能。编程工具为ARM公司提供的ADS1.2。为了保证智能控制器各种保护功能的可靠实现，论文中对智能控制器的干扰源进行了分析，从硬件和软件两个方面采取了多项设计措施，提高了智能控制器的稳定

3、性和可靠性。实践证明，论文中构建的断路器智能控制器结构简单，易于实现，可以满足系统需要，因此具有较高的实用价值。关键字：ARM,断路器，智能控制器第二章智能控制器的设计原理供配电系统中的低压断路器的主要功能是通过采集单元得到系统母线中的电流、电压信号，由脱扣器的逻辑控制单元进行分析判断，根据结果采取相应的动作，实现对线路中的过载、短路、失压等故障的保护。智能控制器也是基于这个原理，通过互感器将主线路中的电压、电流信号转换成模拟电路可处理的信号，信号处理单元对这些信号进行滤波和整形，信号采样后经多路开

4、关送入CPU，在CPU内部进行A/D转换后进行逻辑运算与处理，运算结果与整定值比较后输出符合预设定保护特性的逻辑电平信号，这些信号经放大后可直接驱动断路器的执行机构和其他辅助继电器，使断路器动作或输出声音、光信号。各种故障保护的动作电流和时间整定值通过键盘设定并预先存储在EPROM中，并可在运行期间随时进行修改。此外，当产生特大短路电流时，独立于CPU的模拟脱扣电路可立即产生动作信号控制执行单元，使断路器动作。在电力系统中，大都需要对电压电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数等进行测量和计算，作为

5、上级电力部门进行监控的可靠依据，计算故障电流，以实现系统的保护功能。在系统中，为了减少各种干扰造成的影响，除了硬件的抗干扰、滤波措施外，软件也需要一定的数字滤波处理，以便达到更好的抗干扰效果。§2.1电网参数的计量原理智能控制器使用采集转换而来的数字信号完成各种电量参数的计算，包括电压、电流、有功功率、无功功率和功率因数的计算。装置对监控对象的模拟信号量的采集，理论上采样频率越高则越能反映原信号，但由于受CPU速度、A/D转换时间等因素的影响，采样频率不可能太高。电力系统中的模拟信号主要成分是1、3

6、、5次谐波，对于六次以上的谐波和高频干扰经过模拟通道中RC低通滤波加以滤除;对于六次及以下各次谐波分量借用数字滤波算法加以提取。由香农采样定理[21]可知，采样频率应不小于6次谐波的两倍，假定电网频率为50Hz，则采样频率不小于600Hz，每个周期采样点数应不小于12个，考虑到要对谐波进行FFT分析，采样点N应该为2的幂。本智能控制器每周期采样32个点，采样频率为1600Hz，为信号基波频率(50Hz)的32倍，这样一方面满足了保护所需的各参数能比较如实地送入系统，另一方面也使微处理器承担的计算任务

7、不致过重，保证了数据采集的实时性。基于ARM的断路器智能控制器的研究101.电压、电流的计量根据IEC60947.2《低压开关设备和控制设备、第二部分断路器》，为了使断路器在信号波形发生畸变时不会产生误动作，我们采用均方根法对电压、电流进行计算。电流和电压采用均方根值显示，均方根值检测提供了可靠的系统保护，在波形中含有的高的谐波分量时均方根值检测将减小保护装置误脱扣的可能性[22]。本装置中三相电流、电压均采用相应的均方根值显示。根据周期性连续函数有效值的定义，电压和电流的有效值表达式为：201()

8、TUT=òutdt（2－1）201()TIT=òitdt（2－2）式中，T为电压、电流信号的周期。将这两个函数离散化，可以得到电压、电流有效值的离散表达式：1201NkkUNu-==å（2－3）1201NkkINi-==å（2－4）式中，N=32为每周波采样点数，ku、ki为电压、电流的离散采样值。为了防止采样信号由于微小波动而影响计算精度，我们采用一次延迟数字滤波方法来计算ku、ki，进一步消除波动和扰动的影响，公式如下[25]:1(1)nnnybxby-=-+（2