智能脱扣器电参数测量方法及不确定度的研究

论文摘要

智能脱扣器是智能断路器的核心部分,它不仅提供普通断路器的各种保护功能,还能实时地显示负载电路中的各种电参数。测量显示功能是智能脱扣器主要功能之一。本文首先介绍智能脱扣器电参数测量方法。智能脱扣器电参数主要指电流有效值、电压有效值和有功功率。三相电流检测是智能脱扣器识别故障、实现三段保护的基础。本文分负载线路正常与短路故障两种情况,介绍电流测量方法和测量算法。重点分析了线路正常时电参数测量不确定的主要来源,提供了电参数测量算法及对应的测量误差模型。智能脱扣器电参数测量不确定度,既与测量方法有关,又与测量算法有关。本文提出了降低电参数测量不确定度的方法。采用复化辛普森求积公式得到的电压和电流有效值,测量不确定度降低不少。本文探讨了短路电流测量不确定度问题。智能脱扣器所显示的短路电流大小涉及短路机理、短路电流定义,其测量精度与互感器精度、算法有关。短路电流的识别的主要目的是为了保护控制。调整电流整定值大小可以抵消电流测量不确定度带来的负面影响。短路故障时电流测量不确定度技术上允许高于非故障时,不必达到计量级别的水平。本文提出应用了一种动态的异常值、虚值剔除方法。降低电参数测量不确定度的思路是:采用合理的测量方法,选用精度更高的新型互感器,应用高速单片机和高可靠性器件,建立正确的数学模型,全面地分析不确定度来源,把降低不确定度硬件方法和软件方法结合起来。本文重要目标之一是,在负载线路非故障情况下,使智能脱扣器所显示的电参数有较小的不确定度,达到计量级别的要求。论文中详细叙述了相关设计的理论基础,重点介绍了硬件的选择依据和工作原理,以及相关软件程序的设计思想和编制方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 智能低压断路器概述
• 1.2 智能脱扣器概述
• 1.3 测量不确定度概述
• 1.4 课题研究目的及意义
• 1.5 课题内容概述
• 第2章 智能脱扣器电参数测量方法
• 2.1 智能脱扣器结构原理
• 2.1.1 硬件结构原理
• 2.1.2 软件结构原理
• 2.2 智能脱扣器电参数测量原理
• 2.2.1 电参数测量系统概述
• 2.2.2 智能脱扣器电参数测量原理
• 2.2.3 测量精度概述
• 2.2.4 空心电流互感器
• 2.3 测量计算方法
• 2.3.1 电流和电压测量算法
• 2.3.2 功率计算方法
• 2.4 智能脱扣器软件的数据格式
• 2.4.1 计算用交流采样数据缓冲区
• 2.4.2 短路保护用交流采样数据缓冲区
• 2.4.3 保护数据缓冲区
• 2.4.4 测量数据缓冲区
• 2.5 系统的自诊断设计
• 2.5.1 CPU 的诊断
• 2.5.2 A/D 通道的诊断与校正
• 2.6 本章小结
• 第3章 测量不确定度分析
• 3.1 测量不确定度的来源
• 3.2 互感器测量不确定度
• 3.3 A/D 转换及采样频率
• 3.4 截断误差
• 3.4.1 复化梯形公式的截断误差
• 3.4.2 复化辛普森公式的截断误差
• 3.5 非同步采样误差
• 3.6 短路电流测量不确定度问题
• 3.7 本章小结
• 第4章 降低电参数测量不确定度的方法
• 4.1 误差处理概述
• 4.1.1 系统误差的消除
• 4.1.2 随机误差的处理
• 4.2 降低电参数测量不确定度思路
• 4.3 互感器方面
• 4.3.1 电压互感器方面
• 4.3.2 电流互感器方面
• 4.4 输入通道误差的控制
• 4.5 单片机方面
• 4.6 异常值、虚值剔除
• 4.7 系统噪声分析与抗干扰设计
• 4.7.1 系统噪声分析
• 4.7.2 抗干扰措施
• 4.7.3 印刷板设计中降低噪声与电磁干扰的一些措施
• 4.8 软件抗干扰
• 4.8.1 数字滤波
• 4.8.2 睡眠抗干扰
• 4.8.3 指令冗余
• 4.8.4 软件陷阱
• 4.8.5 程序运行监视定时器（WATCHDOG）
• 4.9 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 致谢