智能化配电系统微机保护单元研究

摘要

近年来，随着社会经济和工业技术的高速发展，各行业对电力系统提出更高的要求，所以，电力系统高效稳定运行，已经成为各行业发展的基础。配电系统作为电力系统中与用户联系最直接的环节，其智能化的发展更为迫切，与此同时电力系统中装置的发展也要趋于网络化、智能化。而其中微机保护装置更是保证整个智能化配电系统供电稳定、可靠运行的重要组成部分。
　　本文通过分析国内外智能化配电系统及其微机保护装置的现状，根据微机保护装置的需求分析，完成微机保护整体方案设计。选用基于Cortex-M3内核的高性能、低功耗微处理器STM32F103RBT6为核心控制芯片，并通过对保护算法的研究，保证在配电系统出现故障或运行状态不正常时，微机保护单元能够更加快速、准确地动作于继电器跳闸或者发出信号;上位机可以通过MODBUS协议与微机保护单元通信，完成远程控制功能。
　　研究主要涉及的内容:微机保护装置硬件电路设计，保护算法研究，软件程序设计及系统性能验证测试。以主控芯片为核心，对整个装置的硬件和软件系统进行总体设计及各功能模块的设计;通过对小波算法及改进快速傅里叶算法(FastFourier Transformation，FFT)研究，提高数据处理速度。对样机进行上电运行，通过模拟电力系统故障，对相应保护功能进行测试，结果表明该微机保护装置对故障能够进行精确、快速处理，与上位机通信良好，各方面都已达到了设计要求，满足智能化配电系统的要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究课题的背景与科学意义

1．2 智能化配电系统微机保护装置国内外发展现状

1．2．1 智能化配电系统国内外发展现状

1．2．2 微机保护装置国内外发展现状

1．3 研究内容及论文组织结构

1．4 本章小结

第2章 需求分析与总体方案设计

2．1 微机保护装置的需求分析

2．2 整体设计方案

2．2．1 微机保护功能及工作原理分析

2．2．2 保护单元通信协议选择

2．3 本章小结

第3章 保护算法与保护方案研究

3．1 微机保护算法概述

3．2 保护算法研究

3．2．1 傅里叶算法研究

3．2．2 小波算法研究

3．2．3 模拟信号离散化研究

3．3 保护方案研究

3．3．1 短路故障保护

3．3．2 过负荷保护

3．3．3 零序电流保护

3．3．4 欠压、过压保护

3．3．5 三相一次重合闸

3．4 本章小结

第4章 微机保护硬件设计

4．1 系统硬件总体设计

4．2 主控模块设计

4．2．1 主控芯片STM32的选择及介绍

4．2．2 主控模块电路设计

4．3 数据采集模块设计

4．3．1 模拟量输入模块设计

4．3．2 开关量输入输出模块设计

4．4 通信模块设计

4．5 人机交互模块设计

4．5．1 按键电路设计

4．5．2 LCD显示电路设计

4．6 电源模块设计

4．7 JTAG调试接口

4．8 硬件电路设计注意事项

4．9 本章小结

第5章 微机保护软件设计

5．1 软件总体研究

5．1．1 程序设计原则

5．1．2 系统软件框架设计

5．2 软件设计平台

5．2．1 主控芯片开发环境

5．2．2 STM32固件库函数

5．3 各模块软件设计

5．3．1 主程序设计STM32配置

5．3．2 数据采集模块程序设计

5．3．3 保护模块程序设计

5．3．4 通信模块程序设计

5．3．5 人机交互模块程序设计

5．4 本章小结

第6章 系统性能验证测试

6．1 系统调试

6．2 实验结果分析

6．2．1 保护功能结果与分析

6．2．2 通信性能分析

6．3 系统可靠性分析

6．3．1 影响系统可靠性的因素

6．3．2 硬件可靠性措施

6．3．3 软件可靠性措施

6．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

附录

作者简介

攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果