单元电路论文篇1

1.题目：逻辑选择无环流直流调试系统

2.直流电动机的额定参数:

型号Z2—41

它励

Pnom=3KWUnom=220VInom=17.2Annom=1500rpmUφnom=220V

Iφnom=0.573A

3.其它的已知参数:

①折合到电动机轴上的总飞轮惯量GD2=5.6Nm2

②变流器的内阻Rrec=1.35Ω

③电枢电阻Ra=1.4Ω

④平波电抗器电阻Rpl=0.5Ω

⑤电枢回路总电感L=40mH

⑥Ce=(Unom–InomRa)/nnomVmin/r

⑦过载倍数λ=1.5

⑧各调节器限幅值及给定值Unm*=±10V

Uim*=±10V

电流调节器的限幅值为±8V

速度反馈滤波Tom=10ms

电流反馈滤波Toi=2ms

4.系统的技术性能指标要求:

稳态指标：稳态无静差

动态指标：δi≤5%δn≤10%

前

言

随着电力传动装置在现代化工业生产中的广泛应用，以及对其生产工艺、产品质量的要求不断提高，需要越来越多的生产机械能够实现制动调速，因此我们就要对这样的自动调速系统作一些深入的了解和研究。

本设计的课题是逻辑选触无环流直流调速系统。该系统属于模拟系统，虽然不是很先进，但仍然在工矿企业中有着广泛的应用，本设计有较高的集成度，大量采用了LM和CMOS、HTL集成器件，使模拟数字集成电子电路的各种型号的运放.逻辑单元，时序单元，触发器，光电器件纷呈在电路版上，同时也大量的使用分立元件等特点。

本文将先分析主回路及计算，论述其工作原理，接着讲解各个控制单元，本系统的控制线路采用速度、电流、双闭环调速系统。此外，为了控制给定信号的加速度，系统中又加入了一个给定积分器，两个环节的调节器均采用PI调节器

在本论文的最后，对系统进行动态校正和工作过程各阶段进行较详细的图文讨论。本系统采用的是串联校正。

本设计采用逻辑选触无环流调速系统，投资少，调整方便，较符合实际需要，并且使用起来也比较的安全和方便，出故障时能及时察觉和排除。

由于作者水平有限，时间仓促，望指导老师，专家同仁多加批评指正。

作者

目

录

第一章系统主回路设计5

§1-1系统主回路的论述、比较及选择5

一.三相半波与三相桥式的比较6

二.电枢反接可逆线路与励磁反接可逆线路的比较6

§1-2主回路的工作原理7

一．关于三相桥式反并联7

二．主回路的工作原理7

§1-3主回路各元件的参数的选择及计算8

一、整流变压器额定参数的计算与选择8

二、晶闸管和整流管的选择及计算9

三、平波电抗器的电感量的选择及计算10

四、闸管的保护装置及其计算11

第二章系统控制单元论述17

§2-1可逆调速系统的方案17

§2-2逻辑无环流可逆系统17

§2-3控制单元的论述20

第三章操作回路工作原理35

第四章系统的工作过程分析37

§4-1双闭环调速系统的组成37

§4-2调速系统的工作原理及静态特性38

一、系统的组成过程中应注意的两个问题38

二、系统的静态特性40

§4-3调速系统的动态特性40

一、双闭环调速系统突加给定时的动态响应40

二．双闭环调速系统的抗扰性能44

第五章系统的动态校正46

§5-1二阶及三阶最佳校正46

一、二阶最佳校正46

二、三阶最佳校正47

§5-2电流环的设计47

§5-3转速环的设计49

附件一环流直流调速实验装置元器件材料明细表51

主回路，励磁回路及操作电路部分51

脉冲功放部分53

调节大板部分54

附件二参考文献59

附件三图纸60

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单元电路论文篇2

[关键词]煤矿生产；单片机；瓦斯监控系统；设计

我国煤矿发生安全事故在近二十年中比较频繁，究其原因多为瓦斯引发爆炸所致。为有效降低煤矿瓦斯爆炸事故发生的频率，除了对矿井作业人员强化管理和改善井下生产环境以外，设计并引进一种安全可靠的瓦斯浓度监测系统成为必然。本文探讨的这种瓦斯浓度监测系统是基于AT87C552单片机为设计核心，可完成煤矿井下瓦斯浓度的检测、报警和控制等动作，而于使用方面则可做到安全可靠和经久耐用，适用范围极广。

1基于单片机的智能煤矿瓦斯监控系统的设计

我国煤矿的井下生产虽然已应用了安全监控系统，但仍没有研发出一种能够完全适用于中、小型煤矿生产的产品。自上个世纪八十年代初，我们很多业务专家都极力支持从国外引入煤矿生产安全监控系统，至今已过三十余年，履历直接应用、消化学习、模拟仿制和自主研发等过程，可谓经验充实。本文基于AT87C552单片机为核心的煤矿井下瓦斯浓度监测系统是一种智能传感器，由瓦斯浓度采样器、小型变压器（220V交流电5V直流电）、红外遥控系统、存储扩展器、LCD显示器和报警装置等构成。设计本系统的目的是为了有效监测矿井瓦斯的浓度，且注意拓展监测应用的范围。首先，由瓦斯浓度采样器等探测井下瓦斯的浓度信息，然后浓度信息经电路传送至单片机中，单片机完成处理工作即可发出相关指令。如井下瓦斯的浓度值超过了规定值，触动声光报警系统发出报警信号，同时系统也会自动发出降低瓦斯浓度的执行指令。

下文仅以煤矿瓦斯监控系统软件部分的设计进行谈论。

1.1设计电路组成原理

（1）电路组成

根据变流瓦斯的基本检测原理设计本变流瓦斯检测电路。电路组成主要包含电桥不平衡信号取样电路、锯齿波发生电路、电压比较器和脉冲稳幅电路等。

a.电桥不平衡信号取样电路

本系统并未利用惠斯通电桥对瓦斯浓度进行信号取样。我们知道，煤矿井下的瓦斯会与催化元件发生反应造成不平衡的电压，电桥不平衡信号取样电路是由运放集成块构成的运算型电路，主要是针对取样信号进行处理，这样设计的利好在于抑制共模信号的性能变强。同时，也因为黑元件通过催化燃烧造成的电压仅有毫伏级，不能被直接与锯齿波信号进行比对，需增加一个同相比例的运算型电路，可将前部分输出的电压进一步放大，从而可以与锯齿波电压进行比对然后再输入脉冲电压。如果煤矿井下有瓦斯，瓦斯可在黑元件上产生催化燃烧，燃烧过程导致黑元件升温，其阻值和电压就随之增大，不难知道公式（1）：

依据公式（4），可适当对电阻进行取值，使得m=1，n=2，由此便可以推算出瓦斯在黑元件上燃烧升温产生的电压值。本设计可在试验室中利用QJ23单臂直流电桥检测黑、白两种元件上燃烧升温产生阻值。如煤矿井下的温度为16℃～19℃，检测黑、白两色元件的阻值分别为8.236Ω和8.227Ω。对井下瓦斯进行取样检测中需将催化元件加热至500℃以上，并为黑、白两元件加入恒定的3V电压。催化燃烧过程中，可假设升温10℃，黑元件阻值的变幅大约为10Ω，电流值为150mA左右，那么黑元件中的电压值经计算仅为0.265V。

（5）

如公式（5），的值取定为14，然后将元件上催化燃烧产生的电压值发大至合适幅值，与锯齿波电压进行比对。

b.锯齿波发生电路

本系统的锯齿波发生电路需采用555定时器。它作为一种中规模的集成电路，具有使用简便和应用灵活等特点。在实际应用中我们仅将该芯片外接少量的阻容元件即可组成一种单稳、多谐和施密特触发器，因此被广泛应用到信号检测与控制电路。图2锯齿波发生电路中的无稳态多谐振荡器就是由NE555定时器和R2、R3、C1构成的。

其中可以看出，C2在电路中的作用是正反馈。也就是说，C2在Q1射级跟随器输出锯齿波的那一刻起，会将锯齿波正反馈于R2上端。由此可推断，C1在充电时R2的压降不会发生变化。如果保持C1充电速率一致，即可良好保证锯齿波的线性关系。非线性关系则需控制于1%以内，温度性能保持良好。图2锯齿波发生电路中NE555定时器由5脚外接可调控的电压来改变NE555定时器内比较器的比对电平，即改变了锯齿波的振幅。

c.电压比较器

电压比较电路可以转化模拟信号输出二值信号（高、低电平离散信号）。电压比较器主要是为了产生脉冲方波电压信号。

本系统采用AD790型电压比较器。该电压比较器采用单电源进行供电，拥有同相和反相2组端口，同相口接入锯齿波电压，反相口则接入检测电路电压。比较器负载为高电平以引脚8接逻辑电平输出高电平，负载为低电平则引脚5设计锁存控制端输出锁存信号。另外，图3电压比较器电路中的去耦电容器为C4和C5，主要过滤因比较器输出高电平变化导致电源的电压波动，R8即为上拉电阻器。

d.脉冲电压稳幅电路

（7）

电路中调节Rp2阻值即可改变整个电路的输出基准电压。

本系统的组成电路还包括脉冲电压稳幅电路和声光报警电路，篇幅所限，不再一一详述。

1.2变流瓦斯检测的方法

（1）检测思路

为解决系统中有关催化传感器仍可能出现的一些问题，一定要脱开如连续电流供电等传统检测方法的束缚，确保检测元件和参与比对元件温度的一致性，从而设计一种恒温的检测桥路。基本的方法是利用由硬件电路组成的闭环式反馈系统来主导各个元件及参与比对元件之间的平衡性，保证检测元件一直处于恒温状态。当检测闭环电路使得检测元件的温度和参与比对元件的温度实现比对，煤矿井下的瓦斯气体即可在检测元件上燃烧，检测元件的问题随即快速升温导致检测桥路失去平衡状态。而由硬件电路组成的闭环式反馈电路检测到偏移信号便可以输出控制脉冲信号，从而将偏移桥路已经失去平衡状态加以“校正”，最终保持其回路始终处于偏移与校正来回震荡的工作状态。其中，检测元件的温度变化是一种以微小锯齿波形式的轨迹于恒温状态下波动，如图5所示。

从上图可知，恒温桥路的波动特性曲线表现为微小锯齿波的形式，温度差非常小，一般仅为零点几度的差幅。因此，我们完全可以认为参与比对的元件和检测元件的温度是一致的。此方法可以在任何瓦斯浓度条件下保持检测元件温度的不变性，从而可彻底规避高浓度瓦斯条件催化元件表面的燃烧，有益延长催化元件的使用期限，同时又可以提高仪表校准零点的稳定性和检测精度。本设计所讨论的控制脉冲检测桥路的方法和普通桥路的检测原理大相径庭，检测元件在间歇脉冲供电的状态下工作，不因瓦斯气体的问题变化而变化，反馈环路中脉冲频率和瓦斯的浓度又呈正比关系。从另个角度讲，基于单片机的智能煤矿瓦斯监控系统主要检测的是系统探测元件的升温速率，而普通桥路检测的则是探测元件的绝对温度。

（2）基本原理

变流检测瓦斯浓度方法是采用一种可作为燃烧载体的催化元件在检测不同浓度瓦斯气体以保持恒温状态为条件的新型检测手段。本检测方法的基本原理是在瓦斯气体浓度逐渐增大的过程中，利用闭环式反馈电路，使工作电流相应减少，以保持催化元件的温度不变，利用电流的减少量和瓦斯含量间的对应关系，实现瓦斯含量的准确检测。

发达国家于煤矿瓦斯监测系统的技术理论水平要高于国内发展的水平。但是，从国外引入的先进技术理论在一定程度上也受到如生产管理模式不够完善、生产水平低下和生产成本过高等影响，显然这些因素具有十分明显的束缚作用。除了在传感技术方面可以得到些借鉴的东西以外，其他相关内容也仅仅具有可参考的意义，付诸实践仍需时日。我国目前在研发中、小型煤矿安全生产安全监控方面的工作迫在眉睫。以目前我国煤矿安全生产管理模式来看，遵循有关生产技术标准的前提下，提高生产技术的先进性和开采产品的可靠性也是保障煤矿安全生产工作的重头戏。

2结束语

综上所述，本文讨论基于AT89C51型单片机的智能煤矿瓦斯监控系统的设计，主要分析软件设计部分。其旨意在于提高对煤矿瓦斯监控系统设计理论的认识，并推广实践应用，保障煤矿井下作业人员的生产环境安全。

[参考文献]

[1]张毅刚；MCS-51单片机应用设计[M]；哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社；1990.

[2]徐君毅等；单片机微型计算机原理及应用[M]；上海：上海科学技术出版社；1988.

单元电路论文篇3

关键词：集成电路，移相电路元件参数发生变化，扭环形计数器，专用可控硅移相KJ004集成电路，单一移电路，快速同步压控振荡器

1.关于新型专用移相器件和触发器件的研发

即使目前有些科研单位及厂家研制出专用移相集成电路，使得三相桥式触发电路更简单，可靠性高大为提高。

如20多年前，西安交通大学自动化教研室曾经使用过的KJ系列专用触发集成电路是陕西航空部一间分公司在出品的，由KJ系列专用触发移相集成电路和六路双脉冲形成电路组成的三相桥式触发电路，使原来由普通公立元件组成的六块触发电路板比较来说已显得简单很多了，这种电路在脉冲输出端加功率扩展可以触发较大功率的可控硅。

这种由KJ004及KJ041组成的触发电路仍需要三块KJ004移相集成电路和三套电压过零采样变压器及其相关电路组成，这样必需存在三套电压过零采样变压器及其相关电路和三套移相电路。移相电路均由RC元件组成，每个移相电路由一个电阻和一个电容器组成RC时间常数电路，存在三个移相电路，即起码有六个RC元件及三块KJ004移相集成块，这样难免由六个RC元件参数变化及多块集成电路参数不一致性而引起三个移相电路存在不同的相位的差异，也同样会造成三相电压波头不平；采用三套电压过零采样变压器及其相关电路组成，其中一套电压过零采样变压器及其相关电路出故障，造成更大的输出电压波头不平，出现上面已讲过的故障原因。

2.国内企业应用经验

在20年前，己有行家想到这一问题，为了避免采用三套电压过零采样变压器及其相关电路和三套移相电路，曾经使用KC05组成的单一套电压过零采样变压器及其相关电路和单一移相电路。

例如以A相作为电压过零采样基准，KC05便得到+A、－A两脉冲，采用以A相作为同步电压作基准，通过延时电路得到其他两相的脉冲，根据相序关系，－C滞后+A60度，+B滞后+A120度，+C滞后－A60度，－B滞后－A120度，则60度相当于3.33ms，而120度相当于6.67ms，通过延时3.33ms及6.67ms得到B相和C相的脉冲，作为移相触发电路，可见此办法可行，但是要存在四套延时电路，这四套延时电路偏偏与B相和C相的移相有关，由于延时元件参数存在物理的差异及使用时间长了所产生的变值，也同样会造成三相电压波头不平，又可见没有真正解决存在问题。

3.本文采用单电压过零采样及单个移相电路的构思与实现

本文主要介绍如何实现及克服前面所述各种电路结构存在的问题，这里一举改变传统的做法，将前面陈述过的使用三组移相电路组成的三相桥式SCR触发电路的传统模式去掉，试图只采用A相作为单电压过零采样作基准、一块专用的可控硅移相KJ004集成电路、一块KJ041六路双脉冲电路及模拟集成电路和数字集成电路组成的三相桥式的一种新型的可控硅触发电路。

3.1电路组成见图1。

图1

电路结构将由一块而不再是三块KJ004移相集成电路和一块KJ041六路双脉冲集成电路及四块数字逻辑电路的CD4013双D触发器、二块CD4023三输入三与非门逻辑电路、一块带缓冲器的六反相CD4069集成电路、一块CD4070二输四异或门电路、一块双运放LM741线性集成电路、一块CD4029可预置十进制/十六进制可逆计算器和由九个线性电阻所组成的D/A转换电路由一块CD4029可预置十进制/十六进制可逆计算器和线性电阻所组成的D/A转换电路及一块VCO压控振荡等组成新的三相桥式SCR触发电路，这种电路几乎全数字化。各集成电路的详细的工作原理在这里不作介绍。

3.2这种电路的特点及优点

（1）本电路特点是只用单个电压过零采样变压器及其相关元件，并以A相电压过零采样作为基准，B相和C相脉冲通过逻辑电路分配而获得，在电路原理说明中再表述。避免了传统的采用三个电压过零采样变压器及其相关元件所组成的电压过零采样电路，传统的采用三个电压过零采样变压器及其相关元件中一个电压过零采样变压器及其相关元件的参数差异和变化所造成输出电压波头不平的缺点。

（2）本电路又一特点是用一块专用的可控硅移相KJ004集成电路，与由三块KJ004组成的移相电路相比，电路显待简单得多及可靠得多，并解决了传统、典型的三相桥式触发电路由六个RC元件参数变化及多块集成电路参数不一致性而引起三个移相电路存在不同的相位的差异所造成三相电压波头不平；移相电路只采用一块而不再是三块移相集成电路，故影响相位变化的元件只有两个RC元件及只有一块移相集成的变化，当它们发生参数变时，则三相电压波头都同时变化，不会出现波头不平的现象。

（3）用数字集成电路、模拟集成电路等组成A相、B相和C相的可控硅元件的触发脉冲，A相、B相、C相脉冲通过逻辑电路分配而获得，也是这一电路特点之一，其原理在电路原理说明中再表述。

（4）本电路再一特点是用一块KJ041六路双脉冲电路，这种电路做在一块电路板上，由于使用的是集成电路，分立元件少，外接线口十分少，故事故发生率也少，特别与分立元件所组成的触发电路比较来说，电路显得更简单可靠。

由于这里使用的集成电路都是采用插座式连接，更换集成电路很方便，如果集成电路发生故障更换很容易（比较分立元件来说），如果分立元件发生故障，只要将IC全部拔出，那么电路板所集成的分立元件很少，很容易查找问题，一般的电气技工也很容易处理故障等。论文大全。

（5）做多几块整体电路，当故障出现时，整块更换，能使故障停台时间为零。

3.3这种新型的可控硅触发电路的组成及工作原理

（1）只用单个电压过零采样变压器与移相集成电路KJ004内部部分电路组成电压过零采样电路，并以A相作为电压过零采样基准。

（2）同步电路与普通的触发电路相同。

（3）移相电路由专用移相集成电路KJ004组成，KJ004是国内生产的，移相相位起点取决于移相输入电压，实际上是一个压控移相电路。脉冲输出由输出端输出正、负两路方波：输出口OUT1及OUT2，即得到+A、－A两脉冲，但+A、－A两脉冲并不直接控制+A、－A两个可控硅，而是只将+A取出作为KJ041六路双脉冲电路的基准时钟，送到紧接连的内同步电路。

（4）这里设置了一个内同步电路，电路组成见2，其原理简介如下。

图2

该电路的主要作用是使高稳定度的压控振荡器的振荡频率通过扭环形计数器后取出六分之一即A1的作频率及相位反馈，并与外部基准频率Fref作精确地同步。

压控振荡器的振荡频率CP=3*A1=3x100=300Hz/s，A1=Fref。

电路由可预置可逆计数器CD4029、双D触发器CD4013、四异或门CD4070和运算放大器LM741等组成为快速同步压控振荡器。其中IC1：CD4013将外部基准频率Fref进行4分频，产生相位差为90度的二个信号分别送入IC3：CD4070的门1和门2，IC2：CD4013也将压控振荡器输出的频率Fout进行4分频后送入IC3：CD4070的门1和门2，门1和门2两个输出端输出信号之间的相位关系取决于压控振荡器的频率高于还是低于外部基准频率Fref，而频率取决于压控振荡器的频率与基准频率之差。

IC4、IC5：LM741组成施密特触发器为IC6：CD4029提供时钟CP及控制信号V/D。如果压控振荡器的频率低于外部基准频率，则IC4输出高电平1”状态，IC6按照与频率差成正比的速率进行加计数，虫IC6和2R-R梯形电阻网络组成的数/模转换器把增加的电压供给压控振荡器，从而提高振荡器的频率。如果压控振荡器的频率高于外部基准频率时其作用恰好相反。论文大全。

该D/A转换电路将由九个电阻及CD4029可预置十进制/十六进制可逆计算器四位输出端组成，由电阻组成的D/A转换电路价格较便宜，即简单的数模转换。该电路可用DAC0808，8位数/模电路代替。进行D/A转换后控制压控振荡器（VCO），由VCO发出脉冲，送给扭环形计数器构成的顺序脉冲发生器。论文大全。压控振荡器（VCO）的振荡频率fout=3fin=3x100=300Hz/s。

（5）扭环形计数器构成的顺序脉冲发生器。

由3个D触发器（实际上由两块二D触发器的CD4013集成电路）和两块三入三与非门的CD4023集成电路及一块带缓冲器的六反相器CD4049集成电路所组成；采用扭环形计数器构成的顺序脉冲发生器是不存在数字脉冲竟争冒险现象。

电路采用了上升沿触发，触发信号是由VCO发出的脉冲串作扭环形计数器的时钟，由于交流电每一个周期采样有两次过零，50个周期共有100次过零采样脉冲，即fin=100Hz/s，所以fout=3fin，fin是已经实施了相位移动的+A相的触发脉冲，并以此作为内快速同步器的基准时钟。

使得VCO每两次同步后就发出六个时钟信号去控制扭环形计数器，使扭环形计数器所发出的六路脉冲间隔相等而发生时间不同的脉冲信号，再送到KJ041C实行双脉冲发生，以触发六个可控硅。

该电路每次发出六个脉冲信号，且每次从A1取出一个脉冲送回内同步电路作比较，所以该电路的脉冲次数每次都相等并以后保证相位同步。

整个电路还未画出是六个脉冲信号与六个可控硅的直流电路隔离部份，直流电路隔离可用光电方式隔离或用脉冲变压器方式电感隔离，该电路还可以扩展使用。

4.结论

1）此电路是基于各种技术知识综合而设计而成的。如模拟电子技术、数字电路技术、可控硅技术、集成电路开发应用等知识所组成。本电路是否完善，请专家们批评指出。本人利用业余时间及用自己出资购买的元件对本电路做了实验。

2)可控硅触发电路还有电路组成更简单的，就是采用单片微机即单片机IC组成。采用单片微机组成的可控硅触发电路可谓简单可靠而且成本低廉，但必须遍写控制程序，其程序也十分简单，但必须依赖计算机程序员，一般技工无法完成，这是使用单片机的缺点。

3)不采用专用移相IC及双脉冲IC，用普通数字IC及运算放大器和定时器等也可以组成与用专用移相IC及双脉冲IC组成的可控硅触发电路有相同的效果。

【参考资料】

[1]阎石主编.数字电子技术基础第五版,清化大学电子教研室编,2006.

[2]童诗白主编.模拟电子技术基础第二版.清华大学教研组编,2006.

[3]童诗白，徐振英编.现代电子学及应用.高等教育出版社，1994.

[4]龙忠琪,贾立新.数字集成电路教程.科学出版社，2003.

单元电路论文篇4

关键词:电力网络;瞬态响应;分布参数;分裂法

引言

随着经济的飞速发展,对电力的需求越来越多,电力系统发展的势头更是突飞猛进。为了提高电力系统的可靠性和经济性,出现了越来越多的大型互联电力系统,使电力系统的网络结构更加复杂.由于网络规模的庞大、电压等级的提高以及交直流输电系统的应用,在某些情况下,要想准确分析电网的工作状态,电力系统中的元器件模型,如电力传输线,已不能用简单的集总参数模型去描述,必须采用分布参数的模型描述。这使复杂的电力网络模型包含了分布参数元件模型,使电力系统的分析更加复杂。众所周知,以往对保护整定的计算,均基于集总参数的对称分量法,忽略了分布电容,而500kv及以上线路采用分裂导线,线路分布电容大,各相对地电容和相间电容引起的相间电容电流很大。由于线路长、电压高,线路充电电容电流也很大。因此线路两端电流的大小和相位,均受电容电流的影响而变化,尤其当负荷电流和短路电流较小时,其影响更为严重,从而很可能影响继电保护的正确动作。超高压输电线路分布参数对保护动作行为的影响,越来越引起人们的广泛关注。一些学者认为:在分析和研究超高压输电系统的有关问题时,一定要考虑分布参数的影响。

1.电力传输线时域等效模型及其离散时域模型

电力传输线是工程实际中经常遇到的一种典型分布参数元件,对其模型的建立和分析方法的研究具有一般性和实际应用价值。为此本文以电力传输线为例,研究分布参数元件模型的建立以及在此基础之上电力系统的瞬态响应的分裂算法。电力传输线模型的描述方法有两种:其一,用电报方程描述;其二,用多级型或多级型集总参数电路描述。电力系统中常用的传输线是三相传输线,所以在下面的研究中将以三相传输线为例,为了不使分析过于复杂,仅考虑无损的情况。图1中元件参数,、和。、、及分别为单位长度三相传输线的电感、相间电容、接地电容及相间互感值。三相传输线模型可由图1所示电路的互联电路构成,如图2所示。显然,越小,互联电路模型越接近于电力传输线的实际特性,而其数学模型的状态变量数也越多,若采用文献介绍的电力子网络模型去描述电力传输线的集总参数模型将使计算量过大。因此,本文将采用分裂理论研究其模型的建立。

将传输线及集总参数电路模型分解成若干个子电路。显然,每个子电路的状态变量数小于传输线的集总参数电路模型的状态变量数。设t=0时刻,三相传输线发生换路。在t=qT时刻,分开各子电路之间的连接节点和公共节点,则三相传输线被分解成一些独立的子电路,从分割时刻起,各独立子电路都将继续进行自己的动态过程。由文献的研究结果可知:在时间段内,三相传输线的各子电路可用多端子动态电源等效替代。对于均匀传输线,合理地划分传输线,可使各子电路具有相同的结构和参数。在这种情况下,为获得各子电路自身的动态特性,可对其中之一进行分析。这将简化分析传输线的过程,同时也减小了对传输线信息的存储量。在时刻,传输线的独立子电路模型可用如图3,图4所示的两种离散时域模型之一等效替代。

2.传输线等效互联电路的计算

由图3等效三端子电流源模型组成的互联电路,如图5所示。在时刻,利用节点电压法对该电路进行分析,可写出线性方程:

式中,常系数电导矩阵(阶数,为子电路数)具有

下列结构:

对于均匀传输线,,()为传输线子电路不同端子间的互导纳,为子系统不同端子的自导纳,、分别为互联系统的节点电压向量和由支路电流源组成的向量(尺寸为:):

由传输线其余类型等效离散时域模型所组成的互联系统,其方程组(1)的系数矩阵也具有带型的结构。由方程组(1)可求出联络支路的状态向量,从而求出各子电路外端子的电压状态向量。因此,系统其余状态变量动态过程可参考文献介绍的方法在子电路内完成。

3.算例

3.1算例1

无损三相均匀传输线长度为,选取积分步长,分解缝合时间间隔为2.5s分解次数为1000次,子电路数,则每个子电路代表的传输线长度为100km,每个子电路用10个单元去替代,子电路中的每个单元表示的长度为10km,则每个子电路所含的状态变量数为63,T型集总参数表示的三相传输线的单元电路中,三相传输线的电感为,接地电容为。下面分别对三相传输线的相间电容及相间互感取不同值时,利用本文研究的算法编写的程序对三相传输线合闸瞬间末端的电压变化进行研究。为了便于观察及考虑实际电路中的所加电压相差的相角,对三相传输线分别加上1v、0.5v、-0.5v的瞬态电压,分析三相传输线不同相1000km处的电压。

1)不考虑三相传输线相间的影响,即相间互感,相间电容,此时三相传输线相当于三个独立的单相传输线,此时的三相传输线不同相1000km处的电压如图6。为了应证本次模型的正确性及算法程序的正确,对单相传输线运用Matlab进行计算,可以看出本文的模型、算法及程序是正确的,而且本文程序的计算时间远远小于Matlab的仿真所花的时间。

2)考虑传输线相间的影响,取相间电容,相间互感,此时三相传输线不同相1000km处的电压如图7。

从以上的分析可以看出,相间电容和电感的变化对三相传输线的末端状态变量影响很大。

3.2算例2

电力变压器单相绕组的集总参数互连电路如图8。选取积分步长,分解缝合时间间隔,分解次数为1000次,子电路数N=50,每个子电路所含的状态变量数为21,,,,,运用本文的模型、算法及编写的程序进行计算得的电压如图9所示:

4.结语

只需计算在时间段内,每段传输线的冲激响应矩阵值。在每一次积分步长的计算中,无须确

定传输线的所有状态值,但需要确定在时刻,传输线的所有状态值;对由各段传输线的等效多端抖动电源组成的互联电路的计算,可以应用带宽方程组的解法;由于子电路的等效多端动态电源及其自由动态过程具有明显的物理意义。所以可以利用任何已有的方法得出,而不仅限于状态方程法。本方法特别适用于对均匀传输线瞬态过程的分析。

参考文献

[1]任洪林,陈学允.分裂法在线性三端级联电路瞬态分析中的应用.电工技术学报.No1,2000.

[2]宋丽群,黄守盟,陈昆薇超高压输电线路分布参数对保护动作行为的影响.武汉水利电力大学学报Vol.28,No.1,Feb,1995

单元电路论文篇5

关键词：智能变电站逻辑配置点对点配置GOOSE配置

中图分类号：TM63文献标识码：A

1引言

通过智能化的调试发现，存在很多无法满足现场运行要求的问题，面对智能化站刚刚起步，这些问题需要现场解决从而满足目前的运行要求还是说总结出新的运行规定，如果只是为了满足现场的要求，将会形成各个智能站配置均不统一的情况，这样，对智能站今后的维护相当不利，如果在原理上实现配置的一致性，将会为以后的运行维护带来很大的方便，所以本论文以各种智能设备的原理为基础，实现配置的一致性，让配置的原理与传统的原理一致，下面主要针对几个常见的问题进行分析。

2电压并列回路的配置

目前常见的配置为双套合并单元，实现了设备的双重化配置，但是对于这种配置的电压并列回路特别复杂，需要将两套合并单元都做相应的处理才能实现电压的并列，这无疑增加了回路的复杂性，在实际接线中，每套母线合并单元都接入了两条母线的电压，并且电压的接入回路都是通过常规回路来实现的（有些厂家母线合并单元的刀闸位置、断路器位置等也可用通过外部电缆回路来实现，对于智能站来说，采用这种方式将会大大增加回路的复杂性），在这种配置下相当于两套完全独立的母线合并单元，在运行维护时需要采取不同的措施，如当II母母线检修退出电压互感器时，应将II母智能终端的并列把手由自动切换到II母强制I母上，同时也应将I母智能终端的并列把手也切换到II母强制I母上，这是为了防止备自投装置的两条母线电压均取自I母合并单元时II母电压失压导致备自投放电。

3备用电源自动投入装置的配置

备自投相关的智能设备有进线智能终端、分段智能终端、进线合并单元、分段合并单元、母线合并单元、主变保护、主变本体智能终端。进线和分段智能终端主要向备自投装置发送进线断路器的位置以及手跳闭锁备自投信号（对于不启动KKJ的断路器操作把手）和遥控跳闸闭锁备自投信号、进线合并单元主要向备自投装置发送线路电压以及线路电流，分段合并单元发送电流，对于进线备投的备自投装置不需要分段电流，母线合并单元主要两条母线的电压，两条母线电压可取自一套合并单元也可以取自两套合并单元，主变保护的内容是后备保护动作闭锁备自投装置，主变本体智能终端非电量动作闭锁备自投，对于另一端母线没有电源点的进线可以不设置非电量跳闸闭锁备自投的逻辑。

3.1直跳、直采点对点配置

点对点方式是指线路间隔的电压电流、母线设备的电压电流、备自投保护动作跳、合断路器均是通过点对点的方式来实现的。线路和分段的断路器位置和手跳信号既可以采用点对点方式也可以采用GOOSE组网形式，通常选用组网形式，主变保护动作和非电量动作闭锁备自投信号则是通过GOOSE组网形式来实现。

3.2直跳、直采GOOSE组网配置

GOOSE组网方式是指所有智能设备的信号均通过GOOSE组网来实现，保护电压电流也通过GOOSE交换机向备自投，实现的数据信息的高度共享。各过程层智能设备首先将自己的断路器位置、手跳信号、线路电压电流、到GOOSE交换机，同样间隔层智能设备将闭锁备自投信号也发送到GOOSE交换机然后实现数据的共享。

备自投所需电压电流，跳闸方式目前没有明确要求，目前我们常用的配置方式有两种，点对点方式或者GOOSE组网方式，两种方式均不影响备自投正常运行，各有自己的特点，直跳、直采点对点方式虽然提高了运行的可靠性，但是让网络更加复杂化，并且没有实现网络的共享。而GOOSE组网配置的特点是牺牲安全性和可靠性，从而达到简化网络（组网需要一组光纤即可实现，而点对点方式至少需要六组光纤）的目的。

3.3母线电压配置

备自投装置需要的两条母线电压宜取自一套合并单元，通常情况下，每一套合并单元均接入两条母线的电压，在分裂运行时，两天母线的电压互感器均在运行，此时两个互感器独立运行，在每一套合并单元都能正确采集到两条母线的电压，这种情况不能影响备自投的保护功能。当一个电压互感器退出检修时，母线合并单元可以通过并列把手来实现备自投装置的两条母线电压均有压。另外，取自同一个合并单元的好处是减少备自投装置的光口，减轻CPU的工作量，可以增加备自投保护装置的工作寿命。

4控制回路断线的配置

4.1智能终端控制回路断线

智能终端控制回路断线对于提供TWJ（跳闸位置继电器）和HWJ（合闸位置继电器）接点的智能终端，通常由TWJ和HWJ常闭接点串联形成，然后通过硬接点信号接到智能终端的开入上，对于没有提供TWJ、HWJ接点的应该通过软件自动生成一个控制回路断线的信号，然后将此信号通过GOOSE网发到对应的测控装置，再通过测控装置发送到后台，应在后台注明是智能终端控制回路断线。

4.2保护装置控制回路断线

线路保护、分段保护等保护装置一般可以通过控制字来选择是否判断控制回路断线，当该控制字投入使用相应保护可以通过断路器的位置来判断是否控制回路断线，所以在保护装置的断路器位置开入中必须要配置智能终端操作箱的TWJ和HWJ,而不直接配置为断路器的位置硬接点遥信。如果配置断路器的位置硬接点遥信，在平时运行时，断路器只有两种状态，不是分位便是合位，即便控制电源消失时，这种状态也不会改变，此时，保护装置依然能接收到断路器的位置因而保护装置无法判断别出控制回路断线，如果逻辑配置中的位置接点取自TWJ和HWJ，当控制电源消失时保护保护接受不到断路器的位置，从而判别出控制回路断线信号，导致断路器发生故障时拒动的可能性

5总结

面临着数字化技术的在智能化变电站中的不断应用，对智能化设备的稳定性，高速化网络、信息共享、系统配置的可靠性提出了新的要求，针对以上特点，本论文提出的这些解决方案具有以下的几个特点：

（1）较高的可靠性。在现场处理，实施验证之后，通过实际运行观察发现，本论文提供的解决方案运行稳定，有效的解决了发生的问题。

（2）充分的理论依据。本论文所涉及的几个问题都是在调试过程中发现的，处理方案也是通过设计人员、研发人员、继电保护人员、运行人员根据实际运行要求提出的解决方案，因此考虑的情况比较全面，理论依据比较充分。

（3）丰富的现场经验。提出解决方案后，在实施验证过程中也投入了大量的工作，从而为该论文提供了丰富的现场经验。

参考文献：

[1]刘振亚.智能电网技术[M].中国电力出版社，2010

[2]高翔，张沛超.数字化变电站系统结构[M].华北电力出版社，2006年12月.

[3]王义梅.电网继电保护应用[M].电网技术出版社，2000年6月.

[4]赵丽君，席向东.数字化变电站应用技术.电力自动化设备，2008，24(5)：118-121

作者简介：

马玉虎（1983-）男电力工程工程师大学本科从事电力系统继电保护技术工作

单元电路论文篇6

【关键词】数据中断链路断链；同步异常；采样异常

引言

随着智能化技术的不断发展，智能技术在电力系统得到了广泛的应用，但是随着智能站的不断建设，一些问题日益凸显，比如变电站端采集的信息日益增多，对调度端数据库造成严重威胁，特别是发生故障时，信息海量上传，容易导致通道堵塞，数据延时，甚至产生网络风暴最终导致系统瘫痪，在变电站的调试中，也会遇到各种问题，比如数据中断、位置状态无效、控制块断链、遥测遥信等无法上送后台、保护跳闸命令、遥控命令不能执行、保护装置与智能终端跳闸命令异常等各种问题。

1、数据链路中断的分析与处理

1.1事故现象。智能装置启动面板的告警灯，同时向后台发控制块断链等告警信号，在固定的周期内收不到订阅报文。

1.2事故原因。数据断链发生的可能性比较多，常见的原因有：1.2.1物理链路不通。物理链路不通的主要原因有光缆断裂，尾纤断裂或者尾纤跳线反了，如果物理链路不通，我们可以从交换机面板的灯来看出，若相对应的灯闪烁，则说明物理链路正常，若相对应的灯不亮，则说明物理链路异常，如果物理链路已经通了，但数据依然无法上送，其原因是发送方或者订阅方配置错误。1.2.2发送方或者订阅错误。如果物理链路已通，则需要查智能设备的配置文件，发送方或者订阅错误的主要原因有数据集的控制块名称、APPID、SVID等名称出错，导致方或者订阅方的对应数据不一致，使得两侧无法通信，从而保护装置发出数据链路中断的信号。

1.3事故处理。如果是物理链路不通，可以通过红光笔来查找问题也可以通过抓包的方法来查找问题，如果抓包工具检测不到心跳报文，则说明物理链路不通，如果是发送方或者订阅错误，则用数字万用表或者其他抓包工具在接收端口捕捉报文，如无订阅报文则继续向上一级查找，如报文与订阅不一致则检查发送方配置，如报文与订阅一致则向接收方端口模拟发送，并检查SCD配置和装置端口配置，排查接收方订阅错误。

2、信号传动无效的分析与处理

2.1事故现象。在智能终端传动信号时，该信号不能传到后台，或者后台信号与实际信号不一致。

2.2事故原因。信号传动出错的原因较多，如智能终端外部回路接错，或者智能终端的开入插件异常，如果硬件回路正常，其原因可能发生在智能终端与测控装置的配置上，智能终端作为方，出现问题的可能性比较小，测控作为订阅方，出现问题的概率最大，比如控制块名称出错，SVID、APPID等错误，如果信号不一致，可能是虚端子勾选错误，需要仔细检查虚端子配置。

2.3事故处理。首先，需要排除外部电缆回路，如果问题在外部电缆上，我们可以通过常规的方法进行处理，如果排除了外部回路问题后，我们要根据上节方法排除数据链路异常，在链路正常的情况下在发送方模拟信号，用抓包工具在接收端口捕捉报文，如果捕捉不到，其问题出在方，相反问题则发生在订阅方，最后检查动作信号是否与配置一致，如一致则向接收方端口模拟传动，并检查SCD配置和装置配置，排查接收方订阅错误，如果虚端子有误，则需要从新勾选虚端子，重新下载配置。

3、采样值错误的分析与处理

3.1事故现象

采样值偏差过大且无规律、无采样值或者IED经常报出采样异常闭锁保护等信号，合并单元自身会发生数据异常信号，同时保护装置报采样异常闭锁保护等信号。

3.2事故原因。导致采样错误的可能性有采样数据丢点、额定延时抖动、数据无效、双AD不一致等、品质因素异常等问题，这些问题一般发生在合并单元内部的光电转换模块，同时配置错误也可以发生以上现象，如果发生这些问题，保护装置能够检测出来，发出信号并闭锁相关保护，如果没有数据，则原因可能是订阅方的配置错误。

3.3事故处理。用抓包工具或者采样分析软件读取从合并单元里面发出的数据或者波形，分析采样异常原因，首先使用合并单元校验仪测试合并单元，先保证合并单元的内部配置是否正确，在保证合并单元正确后再在合并单元的模拟通道上施加模拟量电流，测试双AD通道的偏差，检查IED双AD偏差阀值，一般双AD的偏差在50%之内，其次在报文分析仪上长时间监视SV报文是否出现异常，如果监视不到数据或者波形，则可能原因是订阅有问题，这时需要检查配置。

4、采样偏差的分析与处理

4.1事故现象。进入合并单元的模拟量的波形和发出的数字量的波形不重合，主要表现在数值方面的大小不一致。

4.2事故原因。遇到采样偏差时首先检查配置文件的变比是否和现场实际的变比一致，其余用合并单元测试工具测通道延时是否符合要求。

4.3事故处理。首先由合并单元校验仪测试数字量输出是否正常，排除合并单元内部问题，合并单元以及保护装置内部都需要配置变比，所以需要仔细核对变比，其次用保护测试仪模拟额定延时同时加多间隔采样值，排除由于GPS异常引起的同步采样误差，如是母线保护装置，可用多间隔采样来排除同步误差问题，再通过合并单元校验仪加额定模拟量，检查SV精度，测量MU额定延时等数据是否符合相关规定。

5、站控层异常的分析与处理

5.1事故现象。遥信、遥测、遥控出现问题，主要表现在间隔层的信号、电压电流不能上传到后台或者后台的控制命令不能到智能终端，无法完成预期的功能。

5.2事故原因。站控层异常的原因主要有：5.2.1不满足逻辑条件。如果在交换机处能够抓取从间隔层发来的信号，但是后台没有信号，此时问题可能发生在测控装置上，主要检查测控与远方操作有关的的装置软压板或者控制字。5.2.2总召周期过长。后台在向测控装置发送执行命令时，首先需要对测控装置发出一个总召唤命令，如果测控装置具备条件，则向后台回复命令，然后后台的控制命令才能达到测控装置，如果总召周期太长，则会导致站控层出现异常。

5.3事故处理。IEDScount登录IED检查对应控制块是否被正确使能，测控装置上检查五防条件是否正确，是否投检修压板；IED断电至通信完全中断后上电，观察变位是否正确上送，镜像交换机端口捕捉报文，检查交互是否正确，检查IED报告控制块的参数配置和后台的61850通信参数配置。

6、总结

随着数字化技术的在智能化变电站中的不断应用，大量的技术问题在运行或者调试的过程中不断涌现，因此，如何快速处理现场发现的问题、对工程的进度有很大的影响，针对以上特点，本论文提出的这些解决方案具有以下的几个特点：（1）本论文提供的方案具有通用性。本文提出的解决方案是通过现场处理，实施验证之后总结出的方案，能够在所有智能化变电站中使用，具有较强的通用性。（2）具有充分的理论依据。本论文所提出的解决方案已经通过现场设备的稳定运行得到验证，运行效果比较可靠。

参考文献