基于单片机实现直流系统的自动调压技术

基于单片机实现直流系统的自动调压技术赵书强哈尔滨九洲电气股份有限公司，哈尔滨，150081摘要：本文属于一种自动控制技术，具体的说就是在电力系统中，为满足电力系统的继电保护装置及信号回路等设备的正常供电，所研发的自动调压技术。本文分为原理应用，单片机核心部分描述，采集原理描述、控制部分描述几部分，分别说明了其思想和实现方案。关键词：合闸母线控制母线硅链Single-chipAutomaticVoltageRegulatorTechnologyAbstract：Thisarticlebelongstoonekindofautomaticcontroltechnology,concretesaidisintheelectricalpowersystem,forsatisfiesequipmentandsoonelectricalpowersystemrelayprotectioninstallmentandsignalchannelnormalpowersupplies,researchesanddevelopstheautomaticaccentpressesthetechnology.Thisarticledividesintotheprincipleapplication,themonolithicintegratedcircuitcorepartdescription,thegatheringprincipledescription,thecontrolsectiondescribesseveralparts,explaineditsthoughtandtherealizationplanseparately.Keywords:ReclosingBusControlBusSiliconchain1、引言在电力系统中，我们所需的直流电源，都是由直流电源系统提供的，而直流电源系统的输出是由合闸母线和控制母线两部分组成。合闸母线的电压即为充电机输出电压值，其输出电压要高于控制母线电压，要满足控制母线能正常地给电力系统的继电保护装置及信号回路等供电。必须把合闸母线电压降至一定范围，形成控制母线。本文介绍的自动调压装置正是为实现这一功能而设计的。2、技术方案：本自动调压技术的实现是由三部分构成：单片机核心处理部分，采集部分、控制部分。本自动调压技术的原理框图如下所示：图1和图2充电机合闸母线控制母线蓄电池J调压装置

图（1）图（2）3、硬件设计3.1、单片机系统的组成：单片机系统是由单片机77E58为核心，W77E58是一个快速8051兼容微控制器；它的内核经过重新设计，提高了时钟速度和存储器访问周期速度。经过这种改进以后，在相同的时钟频率下，它的指令执行速度比标准8051要快许多。一般来说，按照指令的类型，W77E58的指令执行速度是标准8051的1.5-3倍。整体来看，W77E58的速度比标准的8051快2.5倍。在相同的吞吐量及低频时钟情况下，电源消耗也降低。由于采用全静态CMOS设计，W77E58能够在低时钟频率下运行。W77E58内含32KBFlashEPROM，工作电压为4.5v-5.5v,具有1KB片上外部数据存储器，当用户应用时使用片上SRAM代替外部SRAM，可节省更多I/O口。以及2个增强型全双工串行口和较低的价格，是一款高性能、功能丰富、高集成度的8位微控制器。它非常适合要求高速、双串口、外围简洁、低成本系统应用的高性能单片机。它通过采集入口进行采集电池组电压、电流，合母电压、电流和控母电压、电流。把采集到的合母电压和继电保护装置及信号回路所需电压值比较，进行精确的运算和严谨的控制规律，由单片机对应的P0口输出高低电平，R2、R3、R4、R5、R6为上拉电阻，有效的保证了P0口输出高低电平，经过同向驱动器7407使信号加强，在经过光耦隔离发出控制信号。使相应的继电器闭合或断开。来满足继电保护装置及信号回路所需控母电压值。

单片机原理图如下所示：单片机核心部分CII7ZETIJ-L.L1P2.3P0.0P2.4P0.1P2.5P0.2P2.6P0.3P2.7P0.4RSTP1.5CII7ZETIJ-L.L1P2.3P0.0P2.4P0.1P2.5P0.2P2.6P0.3P2.7P0.4RSTP1.5P1.6P3.0P1.7W77E58P3.1P1.0X1P1.1P1.2X2P1.3GNDGNDVCCVCCICDr5C■15_C1C2CCGN»—VCC7407VCC7407驱动网络7407-74077407图（3）3.2、采集部分是由直流电压变送器，运算放大器，AD转换芯片组成。在这一部分是将直流电0~300VDC的合母电压和控母电压经由直流电压变送器，线性输出0~5VDC的直流电压，经过运算放大器把模拟量做放大处理，再由12位高精度AD转换芯片TLC2543把采集到0~5VDC的模拟量转换为数字量°TLC2543C是12位开关电容逐次逼近模数转换器。每个器件有三个控制输入端：片选（CS）,输入/输出时钟（I/OCLOCK）以及地址输入端（DATAINPUT）。它还可以通过一个串行的3态输出端（DATAOUT）与主处理器或其外围的串行口通讯，输出转换结果。本器件可以从主机高速传输数据。除了高速的转换器和通用的控制能力外，本器件有一个片内的14通道多路器可以在11个输入通道或3个内部自测试（self-test）电压中任意选择一个。采样-保持是自动的。在转换结束时，“转换结束”（EOC）输出端变高以指示转换的完成。本器件中的转换器结合外部输入的差分高阻抗的基准电压，具有简化比率转换、刻度以及模拟电路与逻辑电路和电源噪声隔离的特点。开关电容的设计可以使在整个温度范围内有较小的转换误差，把采集到的信号送给单片机77E58,单片机77E58进行内部程序运算处理。由于单片机W77E58有双串口功能，我们将采集到的电压，电流通过RS485上传给后台，以便实时监测数据。3.3、控制部分为保证可靠性，调压装置分为手动和自动两种控制方式。在这里手动控制方式是应用万能转换开关来实现的，强制调节硅链的投入与退出。当自动控制失灵的时候启用手动控制，否则手动控制的手柄挡位应该在图（4）的-30。位置。30。、60。、90。、120。、150。分别控制硅链二极管组D1-D5（图5）的接入和切出。这种方式可以增加产品的可靠性。-30°-30°自动0°停止30°手动I60°手动II90°手动III120°手动IV150°手动V图（4）自动控制是将采集到的+HM（合闸母线）电压与所需+KM（控制母线）电压固定值范围相比较，使单片机P0口输出相应的高低点平，通过光耦隔离（保护信号的有效性），再将控制信号送入图（5）K1,K2„K5中，再由Q1、Q2、。。。Q5大功率驱动三极管2SC2383驱动后级继电器，三极管2SC2383IC电流可以达到1A。这样可以有效地保证驱动后级的继电器，这个继电器的触点可以通过0-40A的电流。通过继电器的触点的分合，来控制硅链二极管组D1-D5的接入和切出。使得+KM电压值达到继电保护装置及信号回路所需用电。达到理想的供电方案。

412—12丿-0']-Q2412—12丿-0']-Q2_Q3j4J2VGIV；+12V12VGND图（5）4、软件设计在此系统设计中，软件设计思路是由单片机精确地检测到合母电压V1（充电机输出的电压）并与设定值V2（即控制母线电压设定值）比较，当采集到的合母电压高于（低于）设定值的上限（下限）时，控制器（单片机）发出控制信号，驱动大功率继电器，通过执行继电器的分断或闭合来改变硅链的降压值，从而确保控制母线电压值在标准值的范围之内。软件流程图如图6所示：开始初始化定时器初始化采集的合母电压VINV1＞设定值（控母电压）V2比较V1-V2二V由电压'制信号/确定控的输出定时器时间到END图（6）在这里由于每组硅链组的压降不同，经过每一个硅片组的压降也不同，V1-V2所得的电压V值，经过软件辨别运算，控制器（单片机）发出控制信号，分别给控制部分中的K1,K2„K5,分别断开和闭合继电器J1,J2„J5.经过循环采集和调节，确保控制母线电压值在标准值的范围之内。达到给用户设备的供电需求。5结束语此设计采用51系列单片机作为主CPU,成本低，通讯可靠性好，实时性高，

已经完成样机试制，通过相关测试，并投入生产。本产品已经应用在电力系统直

流监控系统中，并上传给后台。运行稳定，取得了良好的社会效益和经济效益