电力系统故障实时录波通信系统设计与实现

摘要

本课题属于电能质量监测领域。电能作为一种广泛使用的能源，其发展在国民经济中的地位极其重要。近年来随着电力系统中敏感型用电负载的日益增加，电能质量问题引起了人们的广泛关注。电能质量问题会导致用电设备严重受损和用户的巨大经济损失。因此，电力系统安全运作和符合标准的电能质量有着重要的意义。本文主要研究电力故障实时录波通信系统，它是电力系统发生故障时自动记录错误电力波形的一种系统，它还具有向远程计算机上传错误波形数据的功能。目前，电力故障实时录波系统为研究现代电力系统故障提供了重要的依据，有助于分析电力系统反常的原因。开发性能优良的电力故障录波系统对于保证电力系统安全运行及提高电能质量起到了重要的作用。
　　 本文以《220～500kV电力系统故障动态记录技术准则》为基础设计与实现了电力故障实时录波通信系统。并在提高电力系统故障录波器性能、录波数据网络传输等方面做了深入的研究，使本系统在数据监测精度、记录存储能力、系统实时性、系统稳定性方面和现有设备相比都有了明显的提高。本文首先介绍了电能质量标准的相关信息，然后对系统进行了软硬件设计与实现。本系统采用DSP+ARM的体系结构，DSP选用TI公司的浮点处理器TMS320C33芯片，对电力系统进行故障监测并在电力故障发生时负责记录系统的动态参量。ARM处理器选用了ST公司的STR710，将其作为与远程监控计算机连接的桥梁，负责转发监控命令和故障记录等。为准确分析和记录电力波形数据，系统采用了高精度16位双极性AD芯片。本文还为系统添加了多种网络功能，如GPRS无线网络、以太网、CAN总线、RS232及RS485等，来满足近年来故障录波对网络功能越来越迫切的需求。系统结构设计方面，使用了客户端/服务器式结构，电力故障录波系统借助以太网、GPRS方式、现场总线等技术与远程监控计算机互联，对电力系统进行多点故障监测，实现故障信息传输与装置日常运行监测的双重作用。
　　 本文采用基于快速傅里叶变换的算法来完成对系统谐波、频率、波动与闪变的计算，准确判断故障的发生时刻，一旦故障发生，能快速对故障数据进行记录。记录信息可供电力研究人员进一步分析使用。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究现状与发展趋势

1.3 课题意义及研究对象

1.4 文章结构

第2章 国家电能质量标准及其衡量方法

2.1 电能质量现象描述

2.1.1 电能质量的基本分类

2.1.2 变化型和事件型分类

2.2 电能质量的衡量方法

2.2.1 供电电压偏差

2.2.2 电力系统频率偏差

2.2.3 三相电压不平衡度

2.2.4 电压波动与闪变

2.2.5 电压扰动

2.2.6 波形畸变和谐波

2.3 我国电能质量标准

2.4 本章小结

第3章 电能质量数字测量算法与系统总体设计

3.1 电能质量数字测量算法

3.1.1 波形畸变与谐波测量

3.1.2 频率偏差测量

3.1.3 三相电压不平衡度测量

3.1.4 电压有效值测量

3.1.5 电压扰动测量

3.2 系统总体设计

3.2.1 系统总体构成

3.2.2 录波子系统

3.2.3 远程监控子系统

3.3 本章小结

第4章 电力故障实时录波系统硬件设计与实现

4.1 模拟前端电路

4.2 信号处理模块设计

4.2.1 DSP处理器

4.2.2 CPLD电路

4.2.3 AD转换电路

4.2.4 SRAM存储电路

4.3 通信调度模块设计

4.3.1 ARM处理器

4.3.2 以太网模块

4.3.3 GPRS模块

4.3.4 GPS模块

4.3.5 NANDFLASH电路

4.3.6 CAN总线通信

4.4 信号处理模块与通信调度模块接口

4.5 本章小结

第5章 电力故障实时录波系统软件设计与实现

5.1 软件设计中的总体数据流向

5.2 信号处理模块软件功能与设计

5.2.1 信号处理模块软件功能

5.2.2 数据采集

5.2.3 各算法处理流程与内存分配

5.2.4 录波处理函数

5.3 通信调度模块软件功能与设计

5.3.1 通信调度模块的软件功能

5.3.2 DPRAM数据交换处理函数

5.3.3 以太网软件头现

5.3.4 GPRS功能软件实现

5.3.5 GPS软件功能实现

5.4 监控数据流向的软件设计

5.4.1 信号处理模块的命令处理函数

5.4.2 通信调度模块的命令处理函数

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

致谢