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固态切换开关装置控制系统的设计与开发

作　者: 高波
导　师: 戴瑜兴
学　校: 湖南大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 固态切换开关电压暂降 d-q变换强迫切换
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着经济社会的不断发展和科学技术的不断进步，对电能需求在持续增长的同时，对供电质量也提出了越来越高的要求，尤其在工业自动化生产领域，电压暂降所引起的的生产中断甚至设备损坏给企业带来巨大的损失。本文提出一种以DSP为控制核心、晶闸管为功率单元的固态切换开关装置，可以实现两路电源间的快速无缝切换，切换时间小于4ms，符合绝大多数敏感设备对供电质量的要求，很好地解决电压暂降难题。（1）分析了当前供电质量问题98%以上属于电压暂降问题，研究了国内外对电压暂降的解决方案，针对这一巨大市场需求，提出了应用固态切换开关装置解决电压暂降难题。（2）固态切换开关的重要性能指标是切换时间，影响切换时间的重要因素是电压暂降的检测时间，因此，电压暂降检测方法的选择尤为重要。在电压暂降检测中较常用的有傅立叶变换法、小波变换法和人工神经网络算法等，通过分析比较，最终选择基于无功功率理论的d-q变换法，该方法基本原理是将三相电压信号或者虚拟三相电压信号通过坐标转换和换算得出一个直接反映三相电压信号有效值，通过监测该有效值可以快速检测电压暂降发生与否。（3）对固态切换开关装置进行了总体设计，根据设计的基本功能性能要求，阐述固态切换开关装置的工作原理，进行了总体框架设计。在总体框架设计基础上，设计了工程应用的两种连接方式，本课题设计的装置主要用于主备电源式，阐述了工作方式。（4）在总体框架基础上进行固态切换开关装置控制系统进行硬件设计与开发。控制系统包括了数据采集模块、数据处理模块及晶闸管检测单元等，数据采集模块的主要任务是进行数据采集和信号调理，数据处理模块收到采集模块的数据后进行运算并发出切换控制指令，晶闸管检测电路主要为切换控制提供条件，保证系统安全运行。（5）在DSP开发环境CCS基础上，对控制系统进行软件设计。主要进行了电压信号参数的读取和运算处理的程序设计，强迫切换控制的程序设计以及CAN通讯单元的软件设计。最后，将设计的样机进行了切换时间的实验测试，测试结果表明：在低压环境中，纯阻性负载和复杂负载的的切换时间均小于4ms，设计符合要求。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-18
  1.1 选题背景和意义  11-14
  1.2 课题国内外的研究现状及发展趋势  14-16
  1.3 课题来源和本论文主要研究内容  16-18
第2章固态切换开关装置控制技术基础  18-34
  2.1 电压暂降的快速检测方法  18-30
    2.1.1 基于单一特征值的电压暂降检测方法  18-19
    2.1.2 基于傅立叶变换的电压暂降检测方法  19-20
    2.1.3 基于小波变换的电压暂降检测方法  20-22
    2.1.4 人工神经网络算法在电压暂降检测中的应用  22-23
    2.1.5 d-q 变换法在电压暂降检测中的应用  23-30
  2.2 固态切换开关装置切换控制方法  30-33
    2.2.1 过零切换  31
    2.2.2 强迫切换  31-32
    2.2.3 切换控制逻辑  32-33
  2.3 本章小结  33-34
第3章固态切换开关装置总体设计  34-40
  3.1 固态切换开关装置的设计要求  34-35
    3.1.1 固态切换开关的需求分析和主要功能  34-35
    3.1.2 固态切换开关的性能指标要求  35
  3.2 固态切换开关装置的整体架构  35-39
    3.2.1 固态切换开关装置的总体框架设计  35-37
    3.2.2 固态切换开关装置的工程应用  37-39
  3.3 本章小结  39-40
第4章控制系统硬件设计与实现  40-50
  4.1 固态切换开关装置控制系统的硬件结构设计  40-42
    4.1.1 控制系统硬件结构总体框架  40-41
    4.1.2 主要功能模块  41-42
  4.2 数据采集模块设计  42-46
    4.2.1 互感器及信号调理电路  42-43
    4.2.2 A/D 采样电路  43-45
    4.2.3 电源电路  45-46
  4.3 数据处理模块的设计  46-47
    4.3.1 电平转换电路  46
    4.3.2 时钟电路  46-47
    4.3.3 外部存储器扩展电路  47
  4.4 晶闸管检测电路设计  47-49
    4.4.1 晶闸管状态的检测方法  48
    4.4.2 晶闸管检测电路  48-49
  4.5 本章小结  49-50
第5章控制系统软件设计与实现  50-58
  5.1 电压暂降检测参数测量的程序设计  50-53
    5.1.1 DSP/BIOS 操作系统的任务管理  50-51
    5.1.2 参数测量的任务分配与调度  51-53
  5.2 切换控制的软件设计  53
    5.2.1 切换控制指令产生过程  53
    5.2.2 强迫切换的程序设计  53
  5.3 CAN 通讯的软件设计  53-57
    5.3.1 CAN 通讯控制器的初始化  54-55
    5.3.2 CAN 通讯信息的发送和接收  55-57
  5.4 本章小结  57-58
第6章固态切换开关装置实验测试  58-64
  6.1 低压纯阻性负载条件下切换时间测试  58-61
    6.1.1 低压纯阻性负载条件下的测试平台搭建及测试方法  58-59
    6.1.2 单相固态切换开关装置的测试  59-60
    6.1.3 三相固态切换开关装置的测试  60-61
  6.2 复杂负载条件下切换时间测试  61-63
    6.2.1 复杂负载条件下的测试平台  61-62
    6.2.2 测试结果分析  62-63
  6.3 本章小结  63-64
总结与展望  64-66
参考文献  66-70
致谢  70-71
附录 A 攻读硕士学位期间发表的论文和专利  71-72
附录 B 攻读学位期间参加的科研项目  72-73
附录 C d-q 变换程序代码  73-74

固态切换开关装置控制系统的设计与开发

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