高壓雙電源智能控制系統(tǒng)的研究

0 引言

隨著電力事業(yè)的發(fā)展，電力質(zhì)量日益受到人們的重視。供電的連續(xù)性是電力質(zhì)量的一個重要方面，對于某些用電部門，如醫(yī)院、機場、大型生產(chǎn)線等尤為重要。保證供電連續(xù)性的辦法是給供電對象提供主、備兩路獨立的電源，對兩路電源都進行實時監(jiān)控。當(dāng)一側(cè)電源發(fā)生故障時，能根據(jù)設(shè)定的切換程序準(zhǔn)確完成向另一側(cè)電源的切換，以最大限度地保證供電的連續(xù)性。現(xiàn)在的新式高壓雙電源切換裝置有兩個高壓隔離開關(guān).有明顯的隔離斷口.較好地保證了檢修的安全，但需兩套驅(qū)動機構(gòu)聯(lián)動，故產(chǎn)品的工作可靠性受到極大的制約。本文開發(fā)研制的控制系統(tǒng)可用一套驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動主、備兩路電源，兩側(cè)都實現(xiàn)了實時監(jiān)控。且當(dāng)故障發(fā)生時，能安全、可靠地實現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換，并且具備通信功能[1]，可在無人職守情況下實現(xiàn)雙電源自動切換，切換時間精確到0.3s，并有自投自復(fù)、自投不自復(fù)、手動等多種工作方式，可廣泛用于冶金、消防、化工、煤礦、高層建筑和住宅小區(qū)等場所。

1 主體結(jié)構(gòu)

高壓雙電源自動切換系統(tǒng)是由裝置本體和控制器兩大部分組成。裝置本體見圖l，由兩臺帶有電動操動機構(gòu)的斷路器及附件(輔助報警觸頭等)、機械聯(lián)鎖機構(gòu)、電器聯(lián)鎖、熔斷器、接線端子等組成。

2 雙電源轉(zhuǎn)換控制器

2.1 組成

控制器由 ARM及輸入輸出、顯示、電源和485通信等模塊組成，見圖2。CPU采用S3C44BOX作為微處理器.ARM在基本RISC結(jié)構(gòu)上增強的特性使ARM 處理器在高性能、低代碼規(guī)模、低功耗和小的硅片尺寸方面取得良好的平衡。輸入/輸出采用串行接口芯片74LS164/165,液晶模塊采用 LCM122×32，RS232/RS485接口部分采用Maxim系列芯片進行電平轉(zhuǎn)換，控制器的實時時鐘用DS1302實現(xiàn)，F(xiàn)lash Memory選用SSTT的39VF020存儲器，選用ISSI的62LV1024SRAM芯片作為外擴數(shù)據(jù)交換區(qū)，兩路三相電壓電流的采樣采用隔離變壓器完成，采樣精度為1%。控制器電源電壓為220V(50Hz/60Hz)或12V/24V直流電源。

2.2 功能

雙電源轉(zhuǎn)換控制器監(jiān)測主、備兩路電源，主要實現(xiàn)以下功能：

(1)測量與顯示：能夠測量兩路三相相電壓、電流、頻率、功率因數(shù)，檢測轉(zhuǎn)換開關(guān)的狀態(tài)是合閘、分閘或者脫扣等。若兩電源存在過壓、欠壓，則采樣整流得到的直流電壓信號與設(shè)定的所要求的電壓相比較，會偏大或者偏小。若存在缺相情況，則經(jīng)整流后得到的直流電壓較三相電整流后得到的直流電壓會低，且會出現(xiàn)過零現(xiàn)象。將系統(tǒng)的狀態(tài)在面板上用LCD和發(fā)光二極管顯示出來。

(2)判斷與控制：控制器對兩路電的供電質(zhì)量進行延時判斷后，具有0min～1.5min可調(diào)的自動切換時間來控制轉(zhuǎn)換開關(guān)切換。轉(zhuǎn)換開關(guān)可以是兩個機械聯(lián)鎖的接觸器。

(3)編程與設(shè)置：允許用戶對工作狀態(tài)“自動/手動”、“一路優(yōu)先供電、二路優(yōu)先供電和無優(yōu)先供電”通信參數(shù)、轉(zhuǎn)換需要的各種延時等參數(shù)進行更改設(shè)定

(4)直流電源：控制器的供電電源可以外接直流供電(12V～24V)也可以不接;不接時，當(dāng)兩路A相電壓都沒有時.系統(tǒng)報警。

(5)參數(shù)整定：控制器的所有參數(shù)均采用數(shù)字化調(diào)整，每個參數(shù)均可以單獨調(diào)整，因此不會對其它參數(shù)造成影響，提高了整機的可靠性和穩(wěn)定性。在兩個電源轉(zhuǎn)換的過程中.為了使供電電路穩(wěn)定。保證切換過程的準(zhǔn)確性和安全性，避免由于短時電壓變化導(dǎo)致的誤動作需要人為延時，延時時間由用戶通過分檔開關(guān)進行選擇，由開關(guān)量輸入系統(tǒng)。

(6)雙電源供電雙分狀態(tài)：系統(tǒng)負載于雙分狀態(tài)時.不論兩組電源是否正常以及系統(tǒng)處于“手動”和“自動”的預(yù)置狀態(tài)，系統(tǒng)都仍然保持雙分狀態(tài)[2]

(7)產(chǎn)品保護功能：具有過負荷和短路保護.斷相和斷路保護.失壓和欠壓保護。

(8)高性能ARM程序控制：采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計.具有極強的抗電磁干擾能力.適合在強電磁干擾的復(fù)雜環(huán)境中使用.無噪聲運行。采用嵌入式安裝方式，結(jié)構(gòu)緊湊.節(jié)能降耗。符合國家綠色電氣產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。同時具有RS232、RS485串行通信接口，借助于PC或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上運行的軟件，能提供一個簡單實用的對工業(yè)和民用建筑物的雙電源切換管理方案。

2.3 軟件系統(tǒng)

在高壓環(huán)境中，不可避免地會遇到電源波動、電磁波輻射等干擾。當(dāng)遇到強干擾時，運行的程序會產(chǎn)生異常、出錯、跑飛，甚至死循環(huán)，造成了系統(tǒng)的崩潰。因此，除了在電路上增加抗干擾的措施外，單片機型號的選取和一些軟件措施也是必要的。在軟件中設(shè)置了看門狗程序，以監(jiān)控系統(tǒng)的運行。

控制器的軟件功能以檢測和控制為主，采用C語言編寫。外部硬件電路已經(jīng)完成了電壓故障的判定，程序只需讀取相應(yīng)的故障狀態(tài)位輸入.經(jīng)位判斷后轉(zhuǎn)入相應(yīng)故障處理程序即可。其切換過程的控制是雙電源轉(zhuǎn)換控制器的核心功能之一，雙電源轉(zhuǎn)換控制器的軟件流程見圖3。

2.4 抗干擾措施

干擾會影響控制器的穩(wěn)定運行，所以在電路設(shè)計方面采取了多種抗干擾措施：

(1)通過隔離器件傳輸信息，在電氣上將單片機與各種傳感器、開關(guān)等隔離開來，可以較好地防止串模干擾。

(2)合理布置地線，將系統(tǒng)中的數(shù)字地與模擬地分開，最后在一點相連.避免了數(shù)字信號對模擬信號的干擾。

(3)電源進線端加去耦電容，在削弱各類高頻干擾。

3 遠程監(jiān)控模塊

遠程監(jiān)控包括設(shè)備狀態(tài)及電力參數(shù)采集、GPRS通信網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心3大部分。電力設(shè)備在生產(chǎn)現(xiàn)場安裝，通過現(xiàn)場的控制系統(tǒng)采集設(shè)備狀態(tài)及電力參數(shù);GPRS通信網(wǎng)絡(luò)是監(jiān)控中心與現(xiàn)場設(shè)備問數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄?，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)使現(xiàn)場設(shè)備的相關(guān)參數(shù)能夠定時傳送到監(jiān)控中心計算機：監(jiān)控中心一方面通過 GPRS網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場監(jiān)測器進行雙向通信，另一方面為用戶提供一個可視化界面，讓用戶足不出戶即可了解遠方設(shè)備相對實時的運行狀況[3]。遠程監(jiān)控模塊結(jié)構(gòu)見圖4。

4 試驗測試

根據(jù)國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).本研究對研制成功的樣品進行了性能指標(biāo)測試，測試結(jié)果表明，控制器能在不同的設(shè)定故障情況進行識別，并按照用戶的要求準(zhǔn)確動作，所測結(jié)果完全滿足設(shè)計要求與實際使用需要。

5 總結(jié)

本文研制的雙電源轉(zhuǎn)換控制器能夠?qū)﹄p路電源的過壓、欠壓和缺相等故障進行檢測，不僅能實現(xiàn)自投自復(fù)、只常、只備、自投不自復(fù)、自動脫扣檢測、斷電再扣等工作模式，且能準(zhǔn)確地實現(xiàn)兩路電源間的可靠切換。其主要有以下幾點：①設(shè)有3工位自動隔離開頭，有3個投切位置;②為了防選源向全離閘必須先解保險鎖;③操作機構(gòu)除自動切換系統(tǒng)外還保留了手動切換方式，提供了備用的操作方法。