分布式电源接入双向计量与监控一体化终端设计

摘要

在能源紧缺和发展低碳经济的双重影响下，以光伏和储能为代表的分布式电源在居民、商业和工业用户侧电网中的接入比例不断提高。分布式电源与微电网控制技术相结合，使分布式电源充分发挥了节能环保、降低供电损耗、提高供电质量和可靠性等优势。在建设智能电网的主流趋势下，电力用户的互动行为对电网的影响逐渐受到重视。利用电价引导用户制定合理的用电策略，实现削峰填谷、提高电网设备利用率是智能用电建设的主要发展方向之一。本文根据分布式电源接入的用户侧微电网的智能用电管理需求，设计了能够实现双通道电能双向计量与监控的一体化终端。
　　本文首先结合高级计量架构分析了双向计量与监控一体化终端的功能需求，针对家庭用户、楼宇用户和厂区/园区/小区用户介绍了一体化终端的组网方式，进一步根据一体化终端的应用环境对高级计量架构进行了补充。然后，依据一体化终端的功能需求，设计了硬件和软件实施方案。详细介绍了基于ARM芯片的一体化终端硬件平台，例如，电能双向计量模块、数据存储模块、人机交互模块、通信模块和电源模块。对一体化终端硬件的兼容性设计使其能够应用在单相、三相及不同组网需求环境中。在此基础上，移植了FreeRTOS嵌入式实时操作系统并且根据FreeRTOS进行了设备驱动的设计。在应用软件开发方面，设计了电能双向计量任务、通信任务、人机交互任务、数据存储及控制任务、和能效管理任务的功能。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 智能电网、AMI和智能电表

1．2．2 双向计量

1．2．3 分布式电源与可控负荷监控

1．2．4 需求侧响应

1．3 本文主要的研究目标和工作

2 双向计量与监控一体化终端功能分析

2．1 基于AMI的双向计量与监控一体化终端功能需求

2．1．1 家庭微电网的终端功能需求

2．1．2 楼宇微电网的终端功能需求

2．1．3 厂区／园区／小区微电网的终端功能需求

2．2 双向计量与监控一体化终端对AMI的补充

2．3 双向计量与监控一体化终端组网方式

2．3．1 家庭微电网的组网方式

2．3．2 楼宇微电网的组网方式

2．3．3 厂区／园区／小区微电网的组网方式

2．4 本章小结

3 双向计量与监控一体化终端硬件平台设计

3．1 电能双向计量模块

3．2 数据存储模块

3．3 通信模块

3．4 LCD模块

3．5 电源模块

3．6 PCB布局分配

3．7 本章小结

4 双向计量与监控一体化终端软件平台搭建

4．1 FreeRTOS嵌入式实时操作系统移植

4．1．1 FreeRTOS嵌入式实时操作系统

4．1．2 嵌入式实时操作系统FreeRTOS移植

4．1．3 FreeRTOS启动过程分析

4．2 设备驱动开发

4．2．1 驱动分类

4．2．2 基于UART和CAN总线的驱动

4．2．3 IO模拟UART总线的驱动

4．2．4 IO模拟LCD并行总线的驱动

4．2．5 LwIP协议栈移植

4．2．6 中断接收驱动

4．3 本章小结

5 双向计量与监控一体化终端软件设计

5．1 总体任务设计

5．2 电能双向计量任务

5．3 通信任务

5．4 人机交互任务

5．5 能效管理任务

5．6 数据存储及控制任务

5．7 本章小结

6 系统调试

6．1 硬件调试

6．2 软件调试

7 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果