低压配电网广域同步测量装置的设计与实现

摘要

我国的低压配电网结构复杂多变，运行时状态变化迅速，而目前我国对电网的监测主要分布在电厂和发输电侧，因此难以对配电网整体形成有效的实时监测。在复杂电力系统运行状况下，不能及时得到配电网的实时信息，发生突发状况时难以对配电网实施最优的控制策略，导致对用户用电产生一定负面影响。针对我国配网自动化研制程度不高的现状，亟待开发一种基于配电网的同步测量装置，用以实现对配电网的实时监测。增加电网的稳定性和可控性，减少电网状态变化对用户产生的不良影响，得到大量配电网实时运行的状态信息，为电网的调度运行提供有力的数据支撑。本文主要研究内容如下：
　　(1)说明了目前我国低压配电网运行情况复杂多变，监控难以大面积覆盖的现状，指出研制低压侧同步测量装置的必要性，并介绍了同步测量装置的研发历史以及国内在同步测量技术方面的进展。
　　(2)介绍了同步相量测量基本原理；阐述了电力系统测量的主要算法，并指出其中的优缺点；解释了广域同步测量系统的整体构成，提出同步测量装置的整体构成思路，并详细描述了装置不同硬件模块所实现的功能。
　　(3)在同步测量装置中引入了全相位 FFT算法，从算法的原理、特性以及算法在同步测量装置中的实现方法几个方面对全相位 FFT算法进行介绍。将全相位 FFT算法应用在同步测量装置中，提高了同步测量装置的测量精度。
　　(4)对同步测量装置的硬件进行了设计，装置的主要硬件组成包括负责电压采集部分的信号调理模块、负责将采集到的模拟信号转化为数字信号的ADS8364模数转换模块、负责进行程序整体控制以及数据处理的TMS320F2812最小系统、负责进行人机交互的GPU22C液晶显示及按键模块、负责和上位机进行数据通信的C AN转以太网模块以及负责为装置提供统一采样时间与秒脉冲的同步时钟模块。
　　(5)详细阐述了同步测量装置的软件设计流程，主要包括系统初始化程序、同步时钟模块的时间解析程序、秒脉冲生成程序、模数转换程序、全相位FFT计算程序、CMD空间分配程序以及人机界面的控制程序。
　　(6)通过装置的整体校准，来提高装置测量的精确性；对装置进行分模块的调试和试运行，验证装置的稳定性；在完成装置的整体调试以及试运行之后，将装置安装到电压变化复杂的监测节点进行持续监测，并将监测结果通过C AN转以太网模块传输至上位机数据中心，对得到的测量数据进行综合解析，并将处理结果进行显示。测量结果说明了低压侧同步测量装置能够准确反映监测点的电压频率波动情况。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 国内外研究动态

1.3 本文主要工作内容

第二章 同步相量测量基本原理及监测装置总体方案

2.1 同步相量测量原理

2.2 相量测量算法简介

2.3 广域同步测量系统的简介与总体方案

2.4 本章总结

第三章 全相位FFT计算方法

3.1 全相位FFT算法的原理

3.2 全相位FFT的数据预处理

3.3 全相位FFT和传统FFT的对比

3.4 全相位FFT在DSP中的实现

3.5 结果验证

3.6 本章小结

第四章 同步测量装置的硬件设计

4.1 监测装置的总体框架

4.2 信号调理模块的设计

4.3 ADS8364在监测装置中的应用

4.4 数据处理模块的设计

4.5 基于UM220和X1226的同步时钟模块的设计

4.6 人机交互模块的设计

4.7 通讯模块的设计

4.8 本章小结

第五章 同步测量装置的软件设计

5.1 软件设计的整体框架

5.2 时钟同步模块的软件设计

5.3 模数转换模块驱动程序设计

5.4 数据处理程序设计

5.5 人机接口程序设计

5.5 通信服务程序设计

5.6程序的存储运行以及FLASH程序设计

5.7 本章小结

第六章 同步测量装置的调试运行

6.1 实验室调试

6.2 实际电网中运行

6.3 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 主要成果

7.2 下一步研究方向

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文