变电站设备温度预警系统设计

摘要

变电站设备温度情况是反映电气设备是否正常运行的一个重要指标，对设备温度进行实时监测并及时、有效的预警，能够保证电力系统高效、稳定的运行。对于变电站设备，如高压开关柜、母线、电缆、刀闸开关及变压器等关键部位常因绝缘老化、超负荷运行等原因造成局部过热，进而引发大面积停电甚至灾难性事故。因此，对这些设备的关键部位进行温度监测、预警显得十分必要。
　　本文研究变电站设备温度监测与预警问题，结合智能变电站、传统变电站的结构特点，利用电源管理技术、ZigBee无线通信技术、IEC61850标准通信技术以及温度预测相关理论，设计了一套既适用于智能站也适用于传统站的变电站设备温度预警系统。系统装置包括过程层的无线温度传感器、温度监测子IED以及间隔层的温度监测主lED。
　　无线温度传感器实现对被测点温度的采集与传输。以低功耗技术展开，主要由CC2530主控制器、数字温度传感器LM75BD等元件构成，采用极少自放电的锂一次电池供电，采用ZigBee技术实现与温度监测子IED之间的数据交换。
　　温度监测子IED实现对被测点温度数据的处理判断，报警、预警、协议打包以及数据上传等功能。由MSP430F149处理器、ZigBee无线收发模块、GPRS短信模块、液晶显示模块、存储模块以及通信接口电路构成。其中通信接口电路包括以太网接口电路和CAN总线接口电路，以适应不同变电站的需要。
　　温度监测主lED实现对全站温度数据的集中处理、指令的收发、协议打包、数据上传等功能。由ADSP-BF518高速处理器、CAN总线模块、以太网模块及其它外围模块构成。与传统主lED设计不同的是，在硬件设计上摒弃了以往“ARM+DSP”双CPU架构，选取了高性能的ADSP-BF518处理器实现设计要求。
　　课题以整个系统设计为目的，除硬件设计外，本文也对系统通信方法、温度预测算法加以研究。为实现装置之间的互操作性，本文重点研究了IEC61850标准通信方式;为适应传统站的需要，简述了IEC60870-5-103的通信方式。在温度预测方面，采用了优化后的广义回归神经网络对温度进行预测，将预测算法嵌入到站控层的监控软件中，以实现对设备的预先诊断，为决策提供依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 变电站设备发热原因分析

1．3 变电站设备温度预警系统的研究现状

1．3．1 国内研究现状

1．3．2 国外研究现状

1．4 本文主要工作

第二章 变电站设备温度预警系统的总体方案和关键技术

2．1 系统的总体方案

2．1．1 系统的设计要求

2．1．2 系统的总体架构

2．2 系统设计的关键技术

2．2．1 温度传感器的电源管理技术

2．2．2 温度预警系统的通信技术

2．2．3 温度预警系统的通信协议

2．2．4 温度预测相关理论

2．3 本章小结

第三章 变电站设备温度预警系统的软硬件设计

3．1 过程层温度传感器设计

3．1．1 硬件整体结构

3．1．2 硬件选型方案

3．1．3 硬件电路及分析

3．1．4 软件设计

3．2 过程层温度监测子IED设计

3．2．1 硬件整体结构

3．2．2 硬件选型方案

3．2．3 硬件电路及分析

3．2．4 软件设计

3．3 间隔层温度监测主IED设计

3．3．1 硬件整体结构

3．3．2 硬件选型方案

3．3．3 硬件电路及分析

3．3．4 软件设计

3．4 本章小结

第四章 基于优化广义回归神经网络的温度预测算法

4．1 广义回归神经网络模型结构

4．2 K-近邻与多轮投票机制确定最优平滑因子

4．2．1 K-近邻与多轮投票机制

4．2．2 确定最优平滑因子的过程

4．3 算法应用与实验分析

4．3．1 样本选择及分类

4．3．2 算法流程

4．3．3 实验结果与数据分析

4．4 本章小结

第五章 温度预警系统通信模型的建立

5．1 基于IEC61850的温度预警系统通信模型

5．1．1 IEC61850通信模型的建立原则与步骤

5．1．2 温度预警系统装置通信模型的建立

5．1．3 温度预警系统装置信息模型的SCL文件配置及描述

5．1．4 温度预警系统装置的通信映射

5．2 基于IEC60870-5-103的温度预警系统通信规范

5．2．1 103规约简介

5．2．2 103规约通信流程

5．2．3 103报文实例

5．3 本章小结

第六章 系统通信测试

6．1 实验方案

6．1．1 实验工具

6．1．2 实验内容

6．2 仿真测试及结果分析

6．2．1 无线通信测试

6．2．2 GOOSE通信的仿真测试

6．2．3 MMS通信的仿真测试

6．3 本章小结

第七章 结论与展望

参考文献

致谢

一、在校期间发表的学术论文

二、在校期间申请的专利

三、在校期间参加的项目

四、在校期间获奖情况