智能控制器的设计原理

1、    智能控制器的设计原理    王长红摘 要：智能控制器是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。关键词：智能;控制器;电流;信号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。电力系统中的模拟信号

2、其主要成分是l、3、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。1 电压、电流的计量电流与电压检测方法是程序设计的关键部分，以电流为例，对正弦电流采样数据处理方法采用傅立叶变换得：原理是：a/d以一定的采样频率进行模数转换，获得信号离教的采样数据，经过离散傅立叶变换（dft），计算出基波有效值，计算公式如下：其中n为每周波的采样点数，为第n个采样数值，为电流的实都，为电流的虚部。基波信号占到总信号的95%以上，而且不包含各种谐波分量，常用作各种保护算法的依据，其余谐波分量可以作为故障分析等的参考。（1）电网频率、

3、功率因数及功率的计量。1）电网频率和功率因数的计量。利用控制器内部芯片将正弦交流电压信号和正弦交流電流信号转换为方波信号，产生单片机的两个外部中断信号，同时启动内部定时器进行定时，两个中断信号0（int0）之间的定时即为电网的周期，通过相应的运算即可得到频率。中断0（int0）和中断l（int1）之间的计时即为电压与电流之间的时间差，通过相应的运算即可得到功率因数。2）功率的计量。由于低压供电系统中绝大多数为三相四线制，智能控制器采用三表法测量功率：2 保护的原理及实现方法配电系统和用电设备过载时，系统中负载电流成倍增加，在线路和设备上直接以的形式表现出来。在反时限延时保护特性曲线范围内被保护

4、电器的时间电流特性呈现“常数”的反时限特性。（1）保护的算法及分析。电力系统发生故障时，往往是在基波上叠加有衰减的非周期分量和各种高频分量，因此要求控制器对输入的电流、电压信号进行预处理，尽可能的滤除非周期分量积高频分量。傅氏算法带有很强的滤除高次谐波的功能，且收敛稳定，因而得到了广泛的应用。（2）三段电流保护的实现原理。过电流保护是智能型断路器最重要的保护功能。智能控制器具有过载长延时、短路短延时短路瞬动三段电流。下面根据特性曲线依次分析智能断路器三段保护特性：1）过载长延时特性。过载长延时特性的数学表达式为：。其中，t为长延时动作延时值，i为过电流值，为长延时电流保护整定值，k为长延时动作

5、时间系数整定值，为特快反时限特性（动作时间与故障电流成反比）。其中n相可设置为50%保护或l00%保护，长延时动作时间系数整定值k决定过载长延时保护的选择范围。2）短延时特性。短路短延时特性可以分为两段，即反时限特性和定时限特性。当短延时电流整定值小于8ir时，断路器短延时特性同时具有反时限和定时限保护特性;当短延时电流整定值大于8ir时，断路器短延时特性只有定时限特性。具体的技术指标为：ir=（0.4-15）in;=0.1，0.2，0.3，0.4s，其中in为额定电流值，ts为延时时间。3）短路瞬动特性。短路瞬时保护功能是为了在较大短路电流时能及时分断线路而设置的，它的动作特性为定时限，动作

6、时间一般在10-20ms。采用即采即比的方法，cpu将采集来的电流信号的峰值和整定值进行比较，如果某次的电流信号峰值大于整定电流值，则再采样一次，两次的结果相近的话，说明发生短路故障。如果两次结果相差很大，那么就不是短路故障。（3）保护的实现。定时限保护的实现原理比较简单。当故障电流值大于相应的整定电流值时，启动定时器，定时时间到，保护动作。3 其它保护的实现原理除三段电流保护功能外，智能断路器还具有单相接地保护或漏电保护和不平衡保护等保护功能，下面依次讨论各保护的实现原理。（1）接地或漏电保护。单相接地保护指故障电流在几百安培以上的金属性接地保护，一般用于中性点直接接地系统，控制器分两种不同

7、保护方式：一种为内部互感器矢量和方式（接地保护），控制器根据三相电流和中性级电流矢量和进行保护，根据断路器极数分为3pt、4pt、（3p+n）t三种形式。该种方式一般适用于平衡负载;不平衡负载或电动机负载一般只报警不脱扣。另一种为外接漏电互感器方式（漏电保护），控制器直接取外加的一个电流互感器的输出电流信号进行保护，一般互感器的二次输出为5a/1a（互感器一次电流小于等于400a时，二次为1a;400a以上时二次为5a），该种互感器的灵敏度较高，特别适合于从几十安培开始的较小接地电流的保护。（2）负载监控保护特性。负载监控是在发生过载故障前的一种补救手段，当线路中出现较大电流时通过舍弃一些负载来使电流减小。若智能脱扣器为上一级开关，下级有多条支路分别供电给不同性质的负载，当发生过载故障时，智能脱扣器将有选择的切掉线路中不重要的负载，以保证重要负载的连续工作。（3）电流不平衡保护特性。电流不平衡的保护可以对断相和三相的电流不平衡进行