分布式电能计量误差检测系统的电能检测装置研制

摘要

随着国民经济的快速发展，对电能的需求量越来越大，在当代市场经济环境下，电能计量的准确与否会直接关系到发电、供电和用电三方的经济利益。为了保证电能计量的准确性，需要定期对电能计量装置进行校验。伴随智能化电网的快速发展，建造数字化变电站已经成为一个热点。例如在分布式数字化变电站中，电压合并单元、电流合并单元以及数字电能表三者组成电能计量系统，彼此的距离较远，传统校验装置已不能校验。为此需要研制一种由分布式三相同步标准信号源、电能误差校验仪、PC机以及路由器组成的分布式电能计量误差检测系统。本课题研制分布式电能计量误差检测系统的电能检测装置，可用于分布式电能计量误差检测系统，能够完成对分布式数字化变电站的电能计量系统误差的检测。
　　本文详细阐述了分布式电能计量误差检测系统的电能检测装置的信号采样模块和远程脉冲捕获模块的设计内容，采用了基于GPS同步采样和无线WIFI通信技术。本设计由高精度GPS提供同步信号，对分布式电压和电流标准源的三相交流电压、电流信号进行同步采集，并将带时标信息的同步电压、电流实时采样值通过无线WIFI传给远程脉冲捕获模块，在该模块上计算出功率并通过DDS电路将功率转换成高频电能脉冲，然后与被校验的数字电能表输出的电能脉冲相比较，采用捕获脉冲计数法计算电能表的计量误差，进而得到分布式电能计量系统的综合误差。在硬件方面，微处理器选用基于Cortex-M4内核的STM32F407ZGT6芯片，该芯片可移植DSP库及支持浮点运算，能高效地对数字信号进行实时处理；选用16位ADS8568芯片，提高模数转换的精度；选用高精度GPS提供同步信号和稳定度很好的晶振产生时钟信号，保证采样的同步性；采用AD9850芯片将功率信号转换成高分辨率、线性度良好的高频电能脉冲信号；100M无线WIFI模块的使用确保了无线传输数据的实时性；分布式电压、电流信号采样板和远程脉冲捕获模块以及PC机通过无线WIFI模块和路由器构成局域网进行数据传输。
　　在结构上，本文先对课题研究的背景、意义及国内外在这个领域的基本发展状况进行介绍；接着概述了系统的功能和性能指标，介绍了与本装置相关的理论和算法；紧接着对系统的硬件结构和软件流程通过模块化思想进行详细的阐述；然后阐述了装置的系统调试以及功能测试，测试结果表明本装置能够对分布式电能计量系统进行误差检测，误差精度优于0.05级；最后总结本课题的主要研究成果，以及在软件和硬件方面各自提出了改进和完善的措施。

目录

第1章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外现状

1.3本课题研究的主要内容

1.4 本章小结

第2章电能检测装置理论与算法

2.1 分布式电能计量误差检测系统概述。

2.2 电能检测装置概述

2.3 信号采样的方法

2.4 快速傅里叶变换（FFT）

2.5 电量参数算法

2.6 电能误差算法

2.7 本章小结

第3章 电能检测装置硬件设计

3.1 电能检测装置硬件总体方案

3.2 信号采样模块设计方案

3.3 远程脉冲捕获模块设计方案

3.4 STM32最小系统设计

3.5 信号采样模块的信号取样电路

3.6 信号采样模块滤波电路设计

3.7信号采样模块 A/D转换电路设计

3.8 GPS模块电路

3.9 无线通信电路设计

3.10 远程脉冲捕获装置模块功率频率转换电路设计

3.11 本章小结

第4章 电能检测装置软件设计

4.1 电能检测装置软件总体设计

4.2 开发平台介绍

4.3 信号采样模块程序设计

4.4 无线通信程序设计

4.6 远程脉冲捕获模块程序设计

4.7 本章小结

第5章 电能检测装置调试及结果分析

5.1 电能检测装置调试

5.2 试验结果与分析

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研说明

致谢

附录

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