CN207021668U - 基于arm控制的高压冲击电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于ARM控制的高压冲击电源系统，包括恒流充电电路、互感器、ARM控制电路、显示器模块、超级电容器C0、均压电路、逆变电路、过压保护电路以及升压变压器T。本实用新型不仅能够精准智能的判断短路故障，同时在一定程度上的保障了维修人员的安全。

Description

基于ARM控制的高压冲击电源系统

技术领域

本实用新型主要涉及开关电源技术和电力工业领域，具体来说就是将开关电源技术运用到电力工业上，从而来处理一些电力系统的故障，保证电力系统的稳定安全的运行。

背景技术

随着中国经济的快速发展,人们对供电服务的要求越来越高,电力系统不断开展自身的改革与完善,智能电网成了未来电网发展的必然趋势。配网是城市和农村供电的重要载体,配网的稳定性和安全性,直接关系到千家万户的供电安全。在配电系统中，10KV的架空线路是其重要的组成部分，有着非常重要的地位，但是架空线路在运行过程中很容易出现各种各样的短路故障，从而影响电力系统的正常运行。目前，针对这些故障大部分利用了重合匣，即当线路出现短路故障，继电保护使断路器跳闸后，重合闸装置经短时间间隔后使断路器重新合上从而保证电力系统正常运行，但这用方式可能给电力维修人员带来安全隐患。

为了更好的保证电力人员的人身安全，本实用新型基于输电线短路时候和正常时候的阻抗不一样从而利用超级电容器对不同负载进行放电，最后观察放电波形，结合ARM进行控制，在显示器中显示故障信息，这使得该系统设计更加的智能化，达到了判断输电线短路故障是否消除的目的，从而保障了维修人员的安全。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供了一种是基于ARM控制的高压冲击电源系统，该系统能够很好的分辨出超级电容器对不同负载的放电波形，从而实现判断输电线短路故障是否消除的目的。

本实用新型的技术方案是：基于ARM控制的高压冲击电源系统，包括恒流充电电路、互感器、整流桥、ARM控制电路、显示器模块、超级电容器C0、均压电路、逆变电路和过压保护电路，其特征是：恒流充电电路包括滤波电感L1和L2、开关管、续流二极管D1、滤波电容C1、PWM控制芯片SG3525；均压电路包括电阻R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15和R16、可控硅U、三极管Q1和Q2；逆变电路包括电容C2、逆变桥、LC滤波电路、升压变压器T和PWM控制电路；ARM控制电路包括ARM控制芯片及外围电路；

均压电路的输出端接超级电容器组输入，超级电容C0电压经电阻R11、R12分压后送到可控硅U的R端；

恒流充电电路的输入端接整流桥输出端，整流桥把互感器的交流电变成直流给恒流充电电路，滤波电感L2、开关管VT1、续流二极管D1、滤波电容C1构成BUCK电路对恒流充电电路的输入电压进行降压，为了使得能够实现恒流恒压输出，对输出电压进行采样，将采样的信号送给PWM控制芯片SG3525来控制PWM的占空比从而来控制开关管的通断，利用了负反馈电路实现恒流恒压输出；

逆变电路的输入电压由超级电容器存储的电能提供，逆变桥把输入的直流电压进行逆变产生脉冲电压，脉冲电压经过电感L3，滤波电容C3滤波输出交流电，在经过升压变压器T升压输出220V交流电，为了使其输出稳定，对输出电压采样反馈到控制电路控制PWM占空比，从而控制逆变桥的通断，达到输出稳定的效果。

采样电阻R5和R6串联后接在电容C0两端，对输出电压进行采样，将采样的电压送给ARM控制电路进行算法处理；

ARM控制电路由辅助电源供电，将采样的信号通过A/D转换送到ARM进行算法处理，将处理后的信号传给显示器，直接在显示器中显示短路故障是否还存在，从而实现对输电线短路故障的判断。

超级电容C0电压经电阻R11、R12分压后送到可控硅U的R端；当分压值在2.5V以下时，可控硅U的K端相当于开路，在R8上基本不产生附加压降，三极管Q1基极不导通，Q2也不导通，电路处于静止状态；当电阻R11、R12分压点等于2.5V时，三极管Q1的K端电压下降并在R8上产生最大值为Uc‐2V的压差，通常这时对应的Uc为2.7V，使三极管Q1导通进入放大状态，并驱动三极管Q2导通进入放大状态；保证了超级电容器在充电时不会过电压。

该系统来判断输电线短路故障是否消除，当架空线路在运行过程中出现短路故障时，一般在高压输电线上采用重合闸来提高电力系统的稳定性，但重合匣可能会给电力维修人员带来安全隐患。针对这一问题，给出新的控制策略，根据电容对电阻和电感的放电波形不同，通过实时采样电容器电压，将采样的输出电压代入程序，经过算法分析处理，最后在显示器上显示故障是否消除，这样不仅能够精准智能的判断短路故障，同时在一定程度上的保障了维修人员的安全。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

(1)采用开关电源技术，设计简单，成本低廉，体积小。

(2)采用独立电源为驱动芯片和控制芯片供电，使供电系统离与主电路，便于检修。

(3)使用ARM进行智能控制并结合显示器进行显示。

(4)提高了电力维修工作的安全性。

附图说明

图1是本实用新型的整体系统原理图。

图2是冲击电压输出波形。

图3是使用Simulink仿真的输电线短路时候波形图。

图4是使用Simulink仿真的输电线正常时候的波形图。

图5是本实用新型的程序流程图。

具体实施方式

以下将结合附图和实例对实用新型的内容做进一步说明。

如图1所示，系统由10KV交流电供电，第一阶段通过电压互感器降压结合恒流充电电路和均压电路给超级电容器C0充电至27V，第二阶段判断故障时候利用超级电容器C0已经充好的电对后级电路进行放电，最后得到电容器放电波形进而判断短路故障是否取消。

超级电容器组的充电过程中可能出现单体超级电容器的过电压，而过电压是超级电容器寿命极具缩短的主要因素，所以采用了均压电路，均压电路的输出端接超级电容器组输入，超级电容器电压经电阻R11、R12分压后送到可控硅U的R端，这个分压值在2.5V以下时，可控硅U的K端相当于开路，在R8上基本不产生附加压降，这样，由电阻R8、R9、R10在三极管Q1基极上的分压不足以使Q1导通，因此Q2不导通，电路处于静止状态；当电阻R11，R12分压点等于2.5V时，由于三极管Q1内部比较放大器的作用。使三极管Q1的K端电压下降并在R8上产生最大值为Uc‐2V的压差，通常这时对应的Uc为2.7V，使三极管Q1导通进入放大状态。并驱动三极管Q2导通进入放大状态；在一定程度上将端电压限制在“稳压值”以下，保证了超级电容器在充电时不会过电压。

第一阶段10KV的交流经过电压互感器降压，再经过整流桥D整流，整流后得到直流电压送入主电路即恒流充电电路输入端，恒流源的输出接超级电容器C0，给超级电容器C0充电至27V，同时均压电路也接到超级电容器C0两端，使得电容器组实现均压，从而保护了电容器的损坏。

当输电线故障发生时即第二阶段，让超级电容器C0在第一阶段充的能量进行释放，放电负载为后级逆变电路和输电线，逆变电路输入端接超级电容器，逆变桥电路把超级电容器的电压变成直流脉冲电压，然后经过L3，C3进行滤波得到20kHz正弦交流电，将得到的交流电再经过变压器升压至6000V左右传送到输电线，在电容器放电阶段，由R5，R6构成的输出采样电路对电容器上的电压进行采样，将采样的信号送到ARM控制电路进行算法处理，将处理结果送到显示器显示短路故障。

电路工作在第二阶段时候过程，整个放电时间内能量守恒，电感阻抗为，其阻抗频率有关系，而纯电阻大小与频率没有关系，为了使得线路短路和正常时候超级电容器的放电波形区别大，这就需要输出的冲击电压波形具有周期性而不是单一的冲击波。而这能量来源都源于的超级电容器存储的能量，为了给后级电路提供足够的能量，使逆变电路产生具有连续周期性的冲击电压波形，需要选择电容器的容量，更据公式C＝(Vwork+Vmin)It/(Vwork2‐Vmin2)可求出超级电容器的容量，Vwork为逆变电路工作起始电压，Vmin为工作截止电压，t为工作时间，I为电路的工作电流，本设计超级电容器容量为2F。结合以上设计，使用Simulink对整机电路进行仿真实验，实验结果如图2是输出冲击电压波形结果，持续时间0.2s左右，峰值达到了5000V。为了模拟输电线路短路和正常的环境，仿真时候负载接了2欧电阻和1.3H电感，其波形分别如图3和图4所示，结果表明在短路时候超级电容器在0.2s内放电完毕且放电波形呈指数衰减，而负载接电感时候电容器放电相对较慢大约0.7s内放电结束，放电波形也呈指数衰减，两组波形图比较区分度较大，易判断。综上达到预期效果。仿真结果验证了本实用新型设计思路的完整性和可行性。

图5是程序流程图，上电后，整个系统程序初始化，给定初始参考斜率R，系统运行后，一定时间间隔内采样输出电压Uk，读取并存储输出电压结果，当把所有时刻点的电压读取完成后，对其求斜率，为了提高判断的可靠性和准确性，再把获得的斜率求算数平均值得到平均斜率Aver在与参考斜率R做比较，从而判断是否短路，当Aver大于R，短路尚未消除，反之短路消除。程序正常运行。

Claims (2)

1.基于ARM控制的高压冲击电源系统，包括恒流充电电路、互感器、整流桥、ARM控制电路、显示器模块、超级电容C0、均压电路、逆变电路和过压保护电路，其特征是：恒流充电电路包括滤波电感L1和L2、开关管、续流二极管D1、滤波电容C1、PWM控制芯片SG3525；均压电路包括电阻R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15和R16、可控硅U、三极管Q1和Q2；逆变电路包括电容C2、逆变桥、LC滤波电路、升压变压器T和PWM控制电路；ARM控制电路包括ARM控制芯片及外围电路；

均压电路的输出端接超级电容器组输入，超级电容C0电压经电阻R11、R12分压后送到可控硅U的R端；

恒流充电电路的输入端接整流桥输出端，整流桥把互感器的交流电变成直流给恒流充电电路，滤波电感L2、开关管VT1、续流二极管D1、滤波电容C1构成BUCK电路对恒流充电电路的输入电压进行降压，为了使得能够实现恒流恒压输出，对输出电压进行采样，将采样的信号送给PWM控制芯片SG3525来控制PWM的占空比从而来控制开关管的通断，利用了负反馈电路实现恒流恒压输出；

逆变电路的输入电压由超级电容器存储的电能提供，逆变桥把输入的直流电压进行逆变产生脉冲电压，脉冲电压经过电感L3，滤波电容C3滤波输出交流电，再经过升压变压器T升压输出220V交流电，为了使其输出稳定，对输出电压采样反馈到控制电路控制PWM占空比，从而控制逆变桥的通断，达到输出稳定的效果；

采样电阻R5和R6串联后接在超级电容器C0两端，对输出电压进行采样，将采样的电压送给ARM控制电路进行算法处理；

ARM控制电路由辅助电源供电，将采样的信号通过A/D转换送到ARM控制芯片进行算法处理，将处理后的信号传给显示器，直接在显示器中显示短路故障是否还存在，从而实现对输电线短路故障的判断。

2.如权利要求1所述的基于ARM控制的高压冲击电源系统，其特征是，超级电容C0电压经电阻R11、R12分压后送到可控硅U的R端；当分压值在2.5V以下时，可控硅U的K端相当于开路，在R8上基本不产生附加压降，三极管Q1基极不导通，Q2也不导通，电路处于静止状态；当电阻R11、R12分压点等于2.5V时，三极管Q1的K端电压下降并在R8上产生最大值为Uc‐2V的压差，对应的Uc为2.7V，使三极管Q1导通进入放大状态，并驱动三极管Q2导通进入放大状态；保证了超级电容器在充电时不会过电压。