基于无线传感网络的智能变电站环境监测系统设计

摘要

智能变电站作为智能电网中重要的一个环节，它是连接发电和用电侧的桥梁。其安全稳定可靠的运行，对整个电网来说至关重要。随着传统变电站的改造升级，传统变电站的诸多弊端凸显，不符合智能电网发展的大方向，未来的变电站发展方向应该是清洁、安全、经济、友好的。其中变电站内的环境因素复杂多变，如何及时准确的队变电站内的环境参数进行采集、传输、分析处理，直接影响着变电站的安全稳定运行。本文通过对智能变电站环境监测子系统的设计需求分析考量，分析对比传统变电站环境监测系统的弊端，结合现在无线传感器网络快速发展的大背景，提出以ZigBee网络组建变电站环境监测系统的方案。通过对系统各节点的软硬件设计实现，最终对系统进行测试仿真并讨论无线网络在智能变电站运用是数据传输实时性、可靠性和安全性，最终提出期望和不足。
　　本文中的主要内容及创新点如下:
　　1.简单介绍智能变电站的结构功能，通信标准等。智能变电站从逻辑上看可以分为站控层、间隔层、过程层三层结构。接着对智能变电站的各监测子系统进行分析，分析智能变电站环境监测系统的系统需求，得出该系统的必要性。
　　2.对WSN网络进行介绍，分析比较常见的无线网络选择系统设计的无线方案;通过对比最终选择低功耗、低速率、易组网的ZigBee网络为系统设计的无线方案。
　　3.在硬件方面，对系统的协调器节点、路由器节点、终端节点以及CC2591射频电路、电平转换电路电源、系统电源电路、RS232串口电路进行设计;在软件方面，利用IAR EW以及Z-Stack协议对系统节点以及登录界面、系统主界面进行设计。
　　4.对系统进行测试，包括节点通讯距离的测试和系统功能测试;最后讨论系统运行的可靠性以及ZigBee通讯模块与变电站设备的电磁兼容性。
　　通过对系统的测试分析，可以得出系统的可行性，是符合设计要求的。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文选题的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 变电站环境监测系统发展现状

1．2．2 无线传感器网络的发展现状

1．3 论文的结构与内容

第二章 智能变电站和和无线传感器网络相关内容

2．1 智能变电站简介

2．1．1 智能变电站的概念

2．1．2 智能变电站系统结构

2．2 智能变电站监测子系统结构及算法介绍

2．2．1 环境监测子系统介绍

2．2．2 变电站自动化系统算法介绍

2．3 无线传感器网络的相关介绍

2．3．1 无线传感器网络的概念及其技术特点

2．3．2 无线传感器的协议标准

2．4 本章小结

第三章 智能变电站环境监测系统总体设计方案

3．1 智能变电站环境监控系统结构

3．2 各部分的组成和功能

3．3 系统设计的要求分析

3．4 本章小结

第四章 ZigBee拓扑结构及协议栈

4．1 ZigBee的网络结构

4．2 Zigbee协议栈

4．3 Zigbee树路由算法的实现

4．3．1 路由的选择

4．3．2 路由发现

4．4 本章小结

第五章 系统硬件的设计与实现

5．1 系统主芯片的选择

5．1．1 cc2530简介

5．1．2 射频芯片CC2591简介

5．2 系统节点的硬件设计

5．2．1 协调器节点的硬件电路设计

5．2．2 路由节点硬件电路的设计

5．2．3 终端节点的硬件设计

5．3 传感器电路的设计

5．3．1 温湿度传感器电路设计

5．3．2 SF6浓度检测硬件电路设计

5．4 本章小结

第六章 系统的软件设计

6．1 ZigBee系统开发平台介绍

6．2 协调器节点的软件设计

6．3 路由节点的软件设计

6．4 终端节点的软件设计

6．5 上位机监测界面设计

6．5．1 串口通讯的设计

6．5．2 登录界面设计

6．5．3 监测界面程序设计

6．6 本章小结

第七章 系统的测试与运行分析

7．1 系统测试

7．1．1 节点通讯距离的测试

7．1．2 系统功能部分测试

7．2 系统运行分析

7．2．1 电磁环境对ZigBee通信的影响

7．2．2 ZigBee射频模块对站内设备影响

7．3 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果