一种基于三段式电流法配合通信系统的断路器控制器的制造方法
【专利摘要】一种基于三段式电流法配合通信系统的断路器控制器，由MCU主控芯片、模拟量采集调理模块、开关量处理模块、通信模块、人机界面模块、电源模块和驱动系统构成；模拟量采集调理模块采集电网的电压、电流参数传输给MCU主控芯片，开关量处理模块采集断路器合闸、跳阐开关量参数传输给MCU主控芯片，通信模块可以实现各控制器间的配合，以及将数据上传到监控中心，实现远程监控，人机界面模块可供工作人员随时查看电网参数和运行状态，并通过按键对控制器做出相关的调整和控制；本实用新型结构简单，软件易懂；实时监测，实现四遥功能；隔离故障，保证电网的安全运行；具有功率方向判断功能，防止了由分布式电源反向给故障点供电导致保护失去选择性的缺点；具有广阔的市场应用前景和工程应用价值。
【专利说明】
一种基于三段式电流法配合通信系统的断路器控制器 (一)
技术领域：
[0001] 本实用新型属于电力系统智能配电网领域，以实现对含分布式电源配电网的保 护，尤其是一种基于三段式电流法配合通信系统的断路器控制器。 (二)
【背景技术】：
[0002] 随着经济的高速发展，电力已经渗透了每行每业。电力用户对电能的要求也是愈 来愈髙。近些年来的几次大范围停电事故使人们越来越清楚的认识到集中式大电网存在的 弊端；同时，世界各国都面临着能源紧缺问题;另外，环境问题也愈来愈受到各国的重视。具 有清洁、可靠、经济等优点的分布式电源快速发展起来，与集中式大电网形成互补关系。分 布式电源和集中式大电网结合起来的供电方式，需将分布式电源接入到配电网中，这样，将 对配电网继电保护产生一定的影响，为了更好地使分布式电源融入配电网，发挥分布式电 源的最大价值，最大限度的提高供电质量，必须要研究适用于含分布式电源的配电网的断 路器控制器，提出合理的解决方案来处理分布式电源接入给配电网保护带来的影响问题； 寻找高可靠性、高灵敏度的继电保护原理势在必行。因此，研究含分布式电源配电网的断路 器控制器具有积极意义。
[0003] 电力系统中，通常采用电流保护配合重合闸实现对配电网继电保护。第一，三段式 电流保护分为无时限电流速断保护、带时限电流速断保护和定时限过电流保护。无时限电 流速断保护简称速断保护，是反应电流增大而无延时动作的电流保护；带时限电流速断保 护，又称为过流II段保护，按躲过下一级线路速断保护;定时限过电流保护，又称为过流III 段保护，按躲过本线路最大负荷电流整定动作整定值，保护本级线路和下一级线路的全长， 可同时作为本线路的近后备保护和相邻线路的远后备保护，整定其动作整定值，保护本线 路全长。第二，大量运行数据表明，电力系统中多数故障都是瞬时性故障，继电保护动作后， 故障点恢复绝缘，故障自行消除，此时重新合上断路器，往往能够恢复正常供电，减少停电 时间。因此，电力系统中往往安装AAR(自动重合闸装置），替代人工手动合闸，减少停电时 间，提尚供电稳定性。
[0004] 分布式电源的接入使传统配电网由单电源供电系统变成了多电源供电系统，与传 统配电网相比，故障时，故障电流的大小和方向都会改变，导致传统继电保护方式的保护范 围以及各保护间的配合受到影响。分布式电源接入对传统继电保护的影响可分为以下两 种:对电流保护的影响和对重合闹的影响。
[0005] 鉴于分布式电源的接入对配电网三段式电流保护产生的影响，本实用新型利用自 适应三段式电流保护加功率方向判断配合通信系统，实现对含分布式电源配电网的保护。 自适应三段式电流保护能根据系统运行状态实时更新保护整定值，避免了当分布式电源接 入点下游或相邻馈线发生短路故障时，由于分布式电源的作用，导致的保护范围增大，失去 选择性的缺点；当分布式电源上游发生故障时，由于保护添加了功率方向判断功能，防止了 由分布式电源反向给故障点供电导致保护失去选择性的缺点；由于添加了通信系统，控制 器之间能相互通信，能很好地实现对分布式电源接入点上游的故障进行保护，从故障点两 端切除故障，由分布式电源独立给负载供电，充分发挥分布式电源的优势，同时也将停电范 围减到最小，保证了电网的安全，稳定运行。因此，本实用新型提出了一种基于三段式电流 法配合通信系统的断路器控制器。 (三)【实用新型内容】：
[0006] 本实用新型的目的在于设计了一种基于三段式电流法配合通信系统的断路器控 制器，该控制器结构简单，控制方便，一方面能实时的监测电网的电压、电流等参数，并将这 些参数上传 SCADA，实现四遥;另一方面，当含分布式电源的配电网发生故障时，控制器能准 确的判断故障区域并控制相应的断路器跳闹，隔离故障，保证非故障区域正常运行。
[0007] 本实用新型的技术方案：一种基于三段式电流法配合通信系统的断路器控制器， 其特征在于它是由Μ⑶(Micro Control Unit--微控制单元)主控芯片、模拟量采集调理 模块、开关量处理模块、通信模块、人机界面模块、电源模块和驱动系统构成;其中，所述模 拟量采集调理模块采集电网的电压、电流参数传输给MCU主控芯片，其输出端与MCU主控芯 片呈单向连接;所述开关量处理模块采集断路器合闸、跳阐开关量参数传输给MCU主控芯 片，其输出端与MCU主控芯片呈单向连接;所述电源模块对控制区进行供电，其与MCU主控芯 片呈单向连接;所述通信模块可以实现各控制器间的配合，以及将数据上传到监控中心，实 现远程监控，其与Μ⑶主控芯片呈双向连接;所述人机界面模块与Μ⑶主控芯片之间呈双向 连接，可供工作人员随时查看电网参数和运行状态，并通过按键对控制器做出相关的调整 和控制;所述驱动系统的输入端与MCU主控芯片呈单向连接，其输出端与断路器连接。
[0008] 所述MCU主控芯片是美国德州仪器公司所生产的DSP TMS320F2812芯片。
[0009]所述模拟量采集调理模块由电压采集调理电路、电流采集调理电路和DSP芯片构 成;其中电压采样调理电路是由差分运放单元、低通滤波器II单元和限压电路单元构成;所 述差分运放单元通过霍尔电压互感器采集电网电压信号，其输出端与低通滤波器II单元和 限压电路单元依次呈单向连接，最后将采集到的交流信号转换为直流信号，并通过一个限 幅电路将信号传输给DSP芯片;所述电流采样调理电路是由运放单元、低通滤波器I单元和 电压偏移缩放单元构成;所述运放单元通过霍尔电流互感器采集电网电流信号，其输出端 与低通滤波器I单元和电压偏移缩放单元依次呈单向连接，最后将采集到的交流信号转换 为直流信号，并通过另一个限幅电路将信号传输给DSP芯片;所述DSP芯片的输出端与MCU主 控芯片的输入端连接。
[0010] 所述DSP芯片采用MAX6103EUR-T芯片。
[0011] 所述开关量处理模块由一个限流电阻、一个稳压二极管、一个吸收电路、一个滤波 电路、施密特触发器和光耦TLP785组成;其中，所述限流电阻的的输入端通过遥信输入接受 采集到的开关信号，其输出端与稳压二极管连接，所述稳压二极管的输出端与吸收电路连 接将信号传输给吸收电路;所述滤波电路的输入端与遥信公共端连接，接受采集到的信号， 其输出端与吸收电路的输入端连接，所述滤波电路的输出端与吸收电路的输入端连接;所 述吸收电路的输出端与光耦TLP785的输入端连接，将所得到的采集信号传送给光耦 TLP785;所述光耦TLP785的输出端与施密特触发器的输入端连接，所述施密特触发器的输 出端与Μ⑶主控芯片连接，将所得的信号整理成理想矩形波输入到Μ⑶主控芯片中；当输入 为高电平时，信号通过限流电阻和稳压二极管使光耦TLP785导通，光耦TLP785输出的低电 平通过施密特触发器后转换成高电平，并且输入到Μ⑶主控芯片中，从而MCU主控芯片检测 到开关量的输入。
[0012]所述人机界面模块包括液晶显示屏模块、LED模块和操作按键模块，液晶显示屏模 块采用金鹏电子有限公司的C系列中文图形两用液晶显示模块0CMJ4X8C-8,其通过自身所 含的ST7920控制器与MCU主控芯片连接;所述LED模块采用发光二极管;所述操作按键模块 为常规按键装置。
[0013]所述通信模块包括以太网通信模块和无线通信模块，其中以太网通信模块由以太 网控制芯片、隔离变压器和电平转换模块组成，以太网控制芯片的输出端与隔离变压器的 一端连接，隔离变压器的另一端与电平转换模块的输入端连接，电平转换模块的输出端与 MCU主控芯片连接;所述无线通信模块与MCU主控芯片直接相连。
[0014] 所述电源模块由输入EMC(Electro Magnetic compatibility--电磁兼容性）单 元、高压整流滤波单元、PWM(Pulse-Width Modulation--脉宽调变)控制单元、功率转换 单元、输出整流滤波单元、输出检测保护单元、电池活化管理单元、电池充电管理单元、电池 放电管理单元、电池输入输出检测保护单元构成;其中，所述输入EMC单元、高压整流滤波单 元、PWM控制单元、功率转换单元、输出整流滤波单元、输出检测保护单元依此呈顺序单向连 接;所述输入EMC单元的输入端接收配电网传输线路上电压电流信号;所述输出检测保护单 元的输出端输出所检测线路故障模拟信号给MCU主控芯片;所述输出整流滤波单元的输出 端分别与电池充电管理单元的输入端和电池放电管理单元的输入端呈单向相连;所述电池 活化管理单元的输入端接收人工给定PWM控制的要求信号，其输出端与PWM控制单元的输入 端连接;所述电池输入输出检测保护单元的输入端连接电池充电管理单元的输出端，其输 出端则与电池放电管理单元的输入端及电池活化管理单元的输入端连接;所述电池输入输 出检测保护单元与MCU主控芯片呈双向连接。
[0015] 所述驱动系统由输入电阻、M579系列芯片、推挽电路和一个稳压二级管组成；其 中，输入驱动信号经输入电阻进入M579系列芯片，M579系列芯片的一个输出端直接是IGBT 的集电极电压，另一个输出端与一个由两个三极管组成的推挽电路的输入端相连接，推挽 电路的输出端是IGBT所需要的栅极与发射极之间的门极电压;推挽电路另一个输出端与稳 压二极管的输入端连接，稳压二极管的输出端是IGBT的发射极电压。
[0016] 本实用新型的工作方法：
[0017] (1)模拟量采集调理模块分别与智能配电网和MCU主控芯片相连，实时的采集电网 的电压、电流等数据并将其转换为MCU主控芯片能处理的信号；
[0018] (2)开关量处理模块分别与智能配电网和Μ⑶主控芯片相连，实时采集远方位置、 弹黄未储能、手车工作位置、手车试验位置、接地刀闹位置、隔离开关位置等等一系列的开 关量信号，并通过控制输出电路将这些数据传送给MCU主控芯片；
[0019] (3)MCU主控芯片需要完成大量数据采集、运算以及保证较好的数据处理速度和精 度，实现强大的保护功能;还需要强大的通信功能，以方便控制器之间的相互配合以及和监 控中心之间的信息交换；
[0020] (4)通信模块将采集的遥测、遥信、S0E等信息上传到监控中心和调度中心，同时， 操作人员在监控中心或调度中心通过通信对断路器实现遥控、遥调操作，实现电力系统"四 遥"功能，提升了电力系统自动化水平；
[0021] (5)操作人员可以就地通过人机界面模块查看电网运行的状态，通过按键调整控 制器的相关参数，或者控制断路器分合闹；
[0022] (6)驱动系统接收到Μ⑶主控芯片发出的PWM信号后，由此信号驱动断路器，以实现 断路器的开断与闭合。
[0023] 本实用新型的工作原理：一种应用含分布式电源配电网的断路器控制器，基于自 适应三段式电流保护加功率方向判断配合通信系统，实现对含分布式电源的配电网的继 电保护。自适应三段式电流保护能根据系统运行状态实时更新保护整定值，由于保护添加 了功率方向判断功能，防止了由分布式电源反向给故障点供电导致保护失去选择性的缺 点；由于添加了通信系统，控制器之间能相互通信。MCU主控芯片需要完成大量数据采集、运 算以及保证较好的数据处理速度和精度，实现强大的保护功能;还需要强大的通信功能，以 方便控制器之间的相互配合以及和监控中心之间的信息交换。本实用新型选用美国德州仪 器公司所生产的TMS320F2812芯片，TMS320F2812芯片具有强大的控制能力和信号处理能 力，能够实现复杂的控制算法，整合了A/D转换器、Flash存储器、CAN模块、串口模块、事件管 理等外设。
[0024]适应三段式电流保护具体工作原理如下：
[0025] (1)自适应无时限电流速断保护
[0026]自适应无时限电流速断保护，能自动分析电网运行方式和故障类型，并实时自动 完成保护整定值计算和更新，甚至无需人工参与。自适应无时限电流速断保护的整定值：
[0028] 式中：Κκ表示可靠系数，预先设定;Kd表示故障类型系数;E表示配电网系统等效相 电势；Zs表示配电网系统电源侧阻抗;Z L表示线路末端到保护安装处的阻抗，己知，预先设 定。
[0029] 自适应无时限电流速断保护整定值自动计算步骤如下：
[0030] ①判断故障类型，决定故障系数Kd。系统发生不同故障时，将出现不同的故障分 量。当发生两相短路故障时，将出现较大的负序电流;相反，发生三相短路时，只出现较小的 负序电流。因此，根据负序电流的大小可判断故障类型。三相短路时，故障类型系数取为1; 两相短路时，
[0031] ②通过故障分量计算系统阻抗
[0032] ③在线实时计算系统等效相电势
[0033] E = Um+ImZs
[0034] 式中，Um、Im分别表示线路故障时，保护安装处的电压和电流值。
[0035] ④根据公式求得自适应无时限电流速断保护的整定值；
[0036] (2)自适应带时限电流速断保护
[0037] 自适应带时限电流速断保护要保护本线路全长，因此，其保护整定值：
[0038] ^ZD2=^K^ZDl
[0039] 式中，表示本线路自适应带时限电流速断保护的保护整定值；表示下一级 线路自适应无时限电流速断保护的保护整定值；欠〖表示自适Γ带时限电流速断保护可靠 系数，一般取1.1-12。
[0040] 为实现与下一级线路自适应无时限电流速断保护相互之间的选择性配合，自适应 带时限电流速断保护设定一定的动作延时，一般取为〇.5s。
[0041] (3)自适应过电流保护
[0042]传统过电流保护按躲过本线路最大负荷电流整定其动作整定值。但是，大多数情 况下，配电网线路负荷都运行在小于最大负荷的状态下。而自适应过电流保护能在线实时 监测处线路当前的负荷电流，因此，可按躲过当前负荷电流来整定动作整定值：
[0044] 式中，1^(3表示自返回系数，一般取0.85-0.95;襄【11表示可靠系数，一般取1.15-1.25 ;Kss表示自启动系数;II表示当前负荷电流。
[0045] 显然，跟传统过电流相比，自适应过电流保护具有更高的灵敏度。
[0046] 自适应过电流保护的动作时限按照时限的阶梯原则确定，因此越靠近电源侧的保 护动作时限越长，故障切除时间越长;然而，越靠近电源侧故障产生的故障电流越大，造成 的危害越严重。过电流保护的动作时限决定了它不能成为靠近电源侧的线路的主保护。因 此，在配电网中，广泛采用无时限电流速断保护配合带时限电流速断保护作为线路的主保 护，以便快速的切除故障;过电流保护则一般作为相邻线路和本线路的后备保护。
[0047] 当然，对于电网终端的线路保护，由于此时的过流保护动作时限不长，因此，这种 情况下，过电流保护可以作为主保护；可以不用配置无时限电流速断保护和定时限电流速 断保护。
[0048]上述所说的功率方向判断功能可用来判断智能配电网中功率的流向。当分布式电 源接入点上游发生故障时，仅采用自适应三段式电流保护还是无法避免故障点靠近分布式 电源侧保护失去选择性，误动作的情况发生。因此，本文设计了功率方向判断功能，设定电 流有母线流向线路为正，反之为负。功率方向为正时，自适应三段式电流保护正常保护；当 功率方向为负时，自适应三段式电流保护闭锁。功率方向判断功能能有效的避免分布式电 源接入点上游故障时，故障点靠近分布式电源侧保护误动作的情况发生。
[0049] 功率方向可通过控制器采集的电压、电流的相角差进行判断。可通过软件编程实 现。
[0050] 上述所说的通信系统即在保护装置上设计通信模块，每级线路的保护装置的通信 模块都通过通信通道和下一级保护装置的通信模块连接在一起，实现各级保护装置相互间 的通信。
[0051] 本实用新型是对断路器进行控制，所以必须具有自己的一套保护动作原则来指导 开关的动作。以下即为本实用新型的保护动作原则：
[0052] (1)控制器用于分布式电源接入点上游，每一级线路保护装置中，如果本级保护装 置的自适应三段式电流保护动作，则判定本线路内部发生短路故障。本级线路保护装置保 护动作，跳开相应的断路器。同时，向下一级线路保护装置持续发送跳闸信号150毫秒，控制 下一级的保护装置跳开其相对应的断路器。
[0053]本线路保护自适应三段式电流保护动作后，检测相应断路器是否跳闹，若是跳闹 不成功，则发出断路器拒动告警信号，由上一级线路保护的自适应过流保护动作，切除故 障，实现后备保护动作。
[0054] 下一级线路保护检测到跳闹命令信号后，跳开相应的断路器，随后检测断路器是 否跳闹成功，若是跳闸不成功，则给下一级保护持续发送跳闹命令信号150ms，控制下一级 线路保护跳闸，实现后备保护动作。
[0055] (2)控制器用于分布式电源接入点下游或者相邻馈线时，每一级线路保护装置，由 于其相当于单电源供电系统，所以跟分布式电源接入点上游的每一级线路保护装置设置稍 有不同。本线路保护自适应三段式电流保护动作后，不需要向下一级线路保护发送跳闹命 令信号。
[0056] 为了方便控制器设置，实现控制器用于不同位置的保护功能，本文将是否需要向 下一级线路保护发送跳阐命令信号设计成可选择的投退定值，用户可通过控制器的人机界 面对其进行选择。当控制器用于分布式电源接入点上游时，选择需向下一级线路保护发送 跳闹命令信号；当控制器用于分布式电源接入点下游或者相邻馈线时，则选择不需要向下 一级线路保护发送跳间命令信号。
[0057]本实用新型所涉及的动作部分的控制主要放在DSP控制芯片中并通过软件实现。 整个系统程序编写与调试DSP代码的工作都是在集成开发环境Code Composer Studio 3.3 (CCS3.3)中完成的。本实用新型系统的软件采用结构化程序设计，编写以C语言为主。本实 用新型系统的软件部分主要包括以下几个部分:主程序、数据采集处理中断程序、人机界面 子程序、通信子程序等模块和继电保护中断程序。其中数据采集处理中断程序为定时器中 断，定时申请中断。继电保护中断程序采用高电平触发方式，当电网当前电流I大于自适应 过电流保护动作整定值/f时，发出高电平，请求DSP处理继电保护中断。相比较数据采集处 理中断程序，继电保护中断程序优先级别更高。
[0058] 本实用新型的优越性和技术效果在于:①硬件设计与软件相结合，硬件装置设计 简单，软件编程通俗易懂;②该控制器能完成对含有分布式电源的配电网进行实时监测，并 将采集到的电网数据实时传输到SCADA，实现四遥功能;③当含有分布式电源的配电网发生 故障时，该控制器能及时的隔离故障，保证电网的安全运行;④避免了当分布式电源接入 点下游或相邻馈线发生短路故障时，由于分布式电源的增助作用，导致的保护范围增大，失 去选择性的缺点;⑤当分布式电源上游发生故障时，由于保护添加了功率方向判断功能，防 止了由分布式电源反向给故障点供电导致保护失去选择性的缺点;⑥具有广阔的市场应用 前景和工程应用价值。 (四）【附图说明】
[0059] 图1为本实用新型所涉一种基于三段式电流法配合通信系统的断路器控制器的总 体结构示意图；
[0060] 图2为本实用新型所涉一种基于三段式电流法配合通信系统的断路器控制器中模 拟量采集调理模块的结构示意图；
[0061] 图3为本实用新型所涉一种基于三段式电流法配合通信系统的断路器控制器中开 关量处理模块的结构示意图；
[0062]图4为本实用新型所涉一种基于三段式电流法配合通信系统的断路器控制器中通 信模块的结构示意图；
[0063]图5为本实用新型所涉一种基于三段式电流法配合通信系统的断路器控制器中电 源模块的结构示意图；
[0064]图6为本实用新型所涉一种基于三段式电流法配合通信系统的断路器控制器中驱 动系统的结构示意图。 (五)【具体实施方式】：
[0065]实施例：一种基于三段式电流法配合通信系统的断路器控制器(见图1)，其特征在 于它是由MCU(Micro Control Unit--微控制单元)主控芯片、模拟量采集调理模块、开关 量处理模块、通信模块、人机界面模块、电源模块和驱动系统构成;其中，所述模拟量采集调 理模块采集电网的电压、电流参数传输给MCU主控芯片，其输出端与MCU主控芯片呈单向连 接;所述开关量处理模块采集断路器合闸、跳阐开关量参数传输给MCU主控芯片，其输出端 与MCU主控芯片呈单向连接;所述电源模块对控制区进行供电，其与MCU主控芯片呈单向连 接;所述通信模块可以实现各控制器间的配合，以及将数据上传到监控中心，实现远程监 控，其与MCU主控芯片呈双向连接;所述人机界面模块与MCU主控芯片之间呈双向连接，可供 工作人员随时查看电网参数和运行状态，并通过按键对控制器做出相关的调整和控制;所 述驱动系统的输入端与MCU呈单向连接，其输出端与断路器连接。
[0066] 所述Μ⑶主控芯片是美国德州仪器公司所生产的DSP TMS320F2812芯片(见图1)。 [0067]所述模拟量采集调理模块(见图2)由电压采集调理电路、电流采集调理电路和DSP 芯片构成；其中电压采样调理电路是由差分运放单元、低通滤波器II单元和限压电路单元 构成;所述差分运放单元通过霍尔电压互感器采集电网电压信号，其输出端与低通滤波器 II单元和限压电路单元依次呈单向连接，最后将采集到的交流信号转换为直流信号，并通 过一个限幅电路将信号传输给DSP芯片;所述电流采样调理电路是由运放单元、低通滤波器 I单元和电压偏移缩放单元构成;所述运放单元通过霍尔电流互感器采集电网电流信号，其 输出端与低通滤波器I单元和电压偏移缩放单元依次呈单向连接，最后将采集到的交流信 号转换为直流信号，并通过另一个限幅电路将信号传输给DSP芯片；所述DSP芯片的输出端 与MCU主控芯片的输入端连接。
[0068] 所述DSP芯片采用MAX6103EUR-T芯片。
[0069]所述开关量处理模块(见图3)由一个限流电阻、一个稳压二极管、一个吸收电路、 一个滤波电路、施密特触发器、光耦TLP785和组成;其中，所述限流电阻的的输入端通过遥 信输入接受采集到的开关信号，其输出端与稳压二极管连接，所述稳压二极管的输出端与 吸收电路连接将信号传输给吸收电路;所述滤波电路的输入端与遥信公共端连接，接受采 集到的信号，其输出端与吸收电路的输入端连接，所述滤波电路的输出端与吸收电路的输 入端连接;所述吸收电路的输出端与光耦TLP785的输入端连接，将所得到的采集信号传送 给光耦TLP785;所述光耦TLP785的输出端与施密特触发器的输入端连接，所述施密特触发 器的输出端与MCU连接，将所得的信号整理成理想矩形波输入到MCU中；当输入为高电平时， 信号通过限流电阻和稳压二极管使光耦TLP785导通，光耦TLP785输出的低电平通过施密特 触发器后转换成高电平，并且输入到MCU主控芯片中，从而MCU检测到开关量的输入。
[0070]所述人机界面模块包括液晶显示屏模块、LED模块和操作按键模块，液晶显示屏模 块采用金鹏电子有限公司的C系列中文图形两用液晶显示模块0CMJ4X8C-8,其通过自身所 含的ST7920控制器与MCU连接;所述LED模块采用发光二极管;所述操作按键模块为常规按 键装置。
[0071] 所述通信模块(见图4)包括以太网通信模块和无线通信模块，其中以太网通信模 块由以太网控制芯片、隔离变压器和电平转换模块组成，以太网控制芯片的输出端与隔离 变压器的一端连接，隔离变压器的另一端与电平转换模块的输入端连接，电平转换模块的 输出端与MCU连接;所述无线通信模块与MCU主控芯片直接相连。
[0072] 所述电源模块（见图5)由输入EMC(Electro Magnetic compatibility--电磁兼 容性)单元、高压整流滤波单元、PWM(Pulse_Width Modulation--脉宽调变)控制单元、功 率转换单元、输出整流滤波单元、输出检测保护单元、电池活化管理单元、电池充电管理单 元、电池放电管理单元、电池输入输出检测保护单元构成;其中，所述输入EMC单元、高压整 流滤波单元、PWM控制单元、功率转换单元、输出整流滤波单元、输出检测保护单元依次呈顺 序单向连接;所述输入EMC单元的输入端接收配电网传输线路上电压电流信号;所述输出检 测保护单元的输出端输出所检测线路故障模拟信号给MCU主控芯片;所述输出整流滤波单 元的输出端分别与电池充电管理单元的输入端和电池放电管理单元的输入端呈单向相连； 所述电池活化管理单元的输入端接收人工给定PWM控制的要求信号，其输出端与PWM控制单 元的输入端连接;所述电池输入输出检测保护单元的输入端连接电池充电管理单元的输出 端，其输出端则与电池放电管理单元的输入端及电池活化管理单元的输入端连接;所述电 池输入输出检测保护单元与MCU主控芯片呈双向连接。
[0073] 所述驱动系统(见图6)由输入电阻、M579系列芯片、推挽电路和一个稳压二级管组 成;其中，输入驱动信号经输入电阻进入M579系列芯片，M579系列芯片的一个输出端直接是 IGBT的集电极电压，另一个输出端与一个由两个三极管组成的推挽电路的输入端相连接， 推挽电路的输出端是IGBT所需要的栅极与发射极之间的门极电压；推挽电路另一个输出 端与稳压二极管的输入端连接，稳压二极管的输出端是IGBT的发射极电压。
【主权项】
1. 一种基于三段式电流法配合通信系统的断路器控制器，其特征在于它是由Μ⑶主控 芯片、模拟量采集调理模块、开关量处理模块、通信模块、人机界面模块、电源模块和驱动系 统构成;其中，所述模拟量采集调理模块采集电网的电压、电流参数传输给MCU主控芯片，其 输出端与MCU主控芯片呈单向连接;所述开关量处理模块采集断路器合闸、跳阐开关量参数 传输给MCU主控芯片，其输出端与MCU主控芯片呈单向连接;所述电源模块对控制区进行供 电，其与MCU主控芯片呈单向连接;所述通信模块可以实现各控制器间的配合，以及将数据 上传到监控中心，实现远程监控，其与Μ⑶主控芯片呈双向连接;所述人机界面模块与MCU主 控芯片之间呈双向连接，可供工作人员随时查看电网参数和运行状态，并通过按键对控制 器做出相关的调整和控制;所述驱动系统的输入端与MCU主控芯片呈单向连接，其输出端与 断路器连接。2. 根据权利要求1所述一种基于三段式电流法配合通信系统的断路器控制器，其特征 在于所述MCU主控芯片是美国德州仪器公司所生产的DSP TMS320F2812芯片。3. 根据权利要求1所述一种基于三段式电流法配合通信系统的断路器控制器，其特征 在于所述模拟量采集调理模块由电压采集调理电路、电流采集调理电路和DSP芯片构成;其 中电压采样调理电路是由差分运放单元、低通滤波器II单元和限压电路单元构成;所述差 分运放单元通过霍尔电压互感器采集电网电压信号，其输出端与低通滤波器II单元和限压 电路单元依次呈单向连接，最后将采集到的交流信号转换为直流信号，并通过一个限幅电 路将信号传输给DSP芯片；所述电流采样调理电路是由运放单元、低通滤波器I单元和电压 偏移缩放单元构成;所述运放单元通过霍尔电流互感器采集电网电流信号，其输出端与低 通滤波器I单元和电压偏移缩放单元依次呈单向连接，最后将采集到的交流信号转换为直 流信号，并通过另一个限幅电路将信号传输给DSP芯片;所述DSP芯片的输出端与MCU主控芯 片的输入端连接。4. 根据权利要求3所述一种基于三段式电流法配合通信系统的断路器控制器，其特征 在于所述DSP芯片采用MAX6103EUR-T芯片。5. 根据权利要求1所述一种基于三段式电流法配合通信系统的断路器控制器，其特征 在于所述开关量处理模块由一个限流电阻、一个稳压二极管、一个吸收电路、一个滤波电 路、施密特触发器和光耦TLP785组成;其中，所述限流电阻的的输入端通过遥信输入接受采 集到的开关信号，其输出端与稳压二极管连接，所述稳压二极管的输出端与吸收电路连接 将信号传输给吸收电路;所述滤波电路的输入端与遥信公共端连接，接受采集到的信号，其 输出端与吸收电路的输入端连接，所述滤波电路的输出端与吸收电路的输入端连接;所述 吸收电路的输出端与光耦TLP785的输入端连接，将所得到的采集信号传送给光耦TLP785; 所述光耦TLP785的输出端与施密特触发器的输入端连接，所述施密特触发器的输出端与 Μ⑶主控芯片连接，将所得的信号整理成理想矩形波输入到MCU主控芯片中；当输入为高电 平时，信号通过限流电阻和稳压二极管使光耦TLP785导通，光耦TLP785输出的低电平通过 施密特触发器后转换成高电平，并且输入到Μ⑶主控芯片中，从而Μ⑶主控芯片检测到开关 量的输入。6. 根据权利要求1所述一种基于三段式电流法配合通信系统的断路器控制器，其特征 在于所述人机界面模块包括液晶显示屏模块、LED模块和操作按键模块，液晶显示屏模块采 用金鹏电子有限公司的C系列中文图形两用液晶显示模块0CMJ4X8C-8,其通过自身所含的 ST7920控制器与MCU主控芯片连接;所述LED模块采用发光二极管;所述操作按键模块为常 规按键装置。7. 根据权利要求1所述一种基于三段式电流法配合通信系统的断路器控制器，其特征 在于所述通信模块包括以太网通信模块和无线通信模块，其中以太网通信模块由以太网控 制芯片、隔离变压器和电平转换模块组成，以太网控制芯片的输出端与隔离变压器的一端 连接，隔离变压器的另一端与电平转换模块的输入端连接，电平转换模块的输出端与MCU主 控芯片连接;所述无线通信模块与MCU主控芯片直接相连。8. 根据权利要求1所述一种基于三段式电流法配合通信系统的断路器控制器，其特征 在于所述电源模块由输入EMC单元、高压整流滤波单元、PWM控制单元、功率转换单元、输出 整流滤波单元、输出检测保护单元、电池活化管理单元、电池充电管理单元、电池放电管理 单元、电池输入输出检测保护单元构成;其中，所述输入EMC单元、高压整流滤波单元、PWM控 制单元、功率转换单元、输出整流滤波单元、输出检测保护单元依次呈顺序单向连接;所述 输入EMC单元的输入端接收配电网传输线路上电压电流信号;所述输出检测保护单元的输 出端输出所检测线路故障模拟信号给MCU主控芯片;所述输出整流滤波单元的输出端分别 与电池充电管理单元的输入端和电池放电管理单元的输入端呈单向相连;所述电池活化管 理单元的输入端接收人工给定PWM控制的要求信号，其输出端与PWM控制单元的输入端连 接;所述电池输入输出检测保护单元的输入端连接电池充电管理单元的输出端，其输出端 则与电池放电管理单元的输入端及电池活化管理单元的输入端连接;所述电池输入输出检 测保护单元与MCU主控芯片呈双向连接。9. 根据权利要求1所述一种基于三段式电流法配合通信系统的断路器控制器，其特征 在于所述驱动系统由输入电阻、M579系列芯片、推挽电路和一个稳压二级管组成;其中，输 入驱动信号经输入电阻进入M579系列芯片，M579系列芯片的一个输出端直接是IGBT的集电 极电压，另一个输出端与一个由两个三极管组成的推挽电路的输入端相连接，推挽电路的 输出端是IGBT所需要的栅极与发射极之间的门极电压;推挽电路另一个输出端与稳压二极 管的输入端连接，稳压二极管的输出端是IGBT的发射极电压。
【文档编号】H02H7/26GK205647018SQ201520965692
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年11月26日
【发明人】刁嘉, 马步云, 杨猛, 李明, 王婧, 翟化欣, 赵洲, 吴寒, 史学伟, 岳巍澎, 臧鹏
【申请人】国家电网公司, 国网新源张家口风光储示范电站有限公司