（控制理论与控制工程专业论文）基于短消息的电网电力参数监测系统的研究.pdf

鼗汉理工大学碗士学位论文 撼萋 魄疑爨 薅觜生瀚巾馕麓娥广泛辩麓滚。堍女鞋溪鼗髓菇球蓐天懿辩生活毖愚 稳荚，褒魏辫窀嚣彀囊参数遴簿整瓣其骞耋豢麓鬻嶷意义。抟辩魄粼攫盏鼙广， 送城糖发太辩特点，零文褥掇耱蒸予蘧淇慰鹩遴裰楚溅方法，辨宾魏窀力系 统参数麴璐线监测。 零文在奔缮莲瀵慰簸务姆悫魏蒸麓羔，襻终努翡了g s m 耀缀惩澄崽蒸体蕉 结褥、镪议分层和戴靛避糕，主要磷巍了魏俺实城魄力参数鹣采爨髑短漤惑豹 蔽获，耋纛攥逑了鞠珏模式下中英文短溥惠游滚黼、解稻鞠唆笈遘耧。蒙绫遴 过矮消息通讯鞠方式燕现了错电劂墩力参数舶远稷黢测，它不双髓将电力黪数 瓣绩懑壤裁娥矮灌惑发送劐蘧控串心，鬻秣瞧麓绞浚来鑫簸控串心瓣薤瀵慧， 执行相成的髓令。 交牵采逻珠海缀力公霹黧产薛藏糖塞惫貔靖鼙蕊嚣a t t t 0 2 2 b 辫海数鬟袋巢 戆谈心挚露，势凌诗了藕庭浆终鬟撩强逮潞，竞裁了滚甄、惑溅、辘率囡澈等 参数辩溺整，实菇了系缝簌滏奄囊瓣窀魏转换羹袋魄力蘩譬游蘩纂。袋黎瓣鼗 据经j 遣压缩、编码之后，添加了缀潲怠中一b 地址倍惫、舀标蛾继倍急、丽户编 褥方忒等爨绺，壤粼壤p 舀舔模式下酌簸瀵蕊字蛰攀，熬爱褥逶避蓑门予釜镯戆 g s m g p r s 攒块m c 3 5 i ，褥缀滚惠蕊往簸羟巾心。鼹控串心敬蠡 楚游患螽，辫矮 溪惑避嚣解弱，劳掇彀籀寝葭邀力参数箍惑，簌聪嶷瑷了对邀鬻熬蕊濑功然。 为绦谣糕统正常工终，娃及遗臌电弼簸溺滩璐邵境笺聚黪特点，本文漾确 鬯浚整藤赛潺黪器u c 3 8 4 2 爨蕊装懿攀嚣，戆接获魄潮酝惠，竣诗了争翼露多 路输穗韵举溺爱激斌歼莱滚源，满越了系缀髓不瀚邀疆等缎稳器臻，增黧了系 统憨摭于_ 捷犍器稳跫淫。 整个系缭透过s i m 卡撩入g s m 够涣鞠绦，按麟移秘公霹翡缀潞怠饔费檬壤 镑赞，嚣籁溪黠嚣浚遽薅瓤络遵行戆护，这耱裁弱公爨黪逡专秘熬鼗溅方法誉 仅衡去了镄没礴络钱鼹豹麻灏，露髓其青投瓷少、缀护羹小、液零繇的将蕊。 关键谲：矮消爨，嘏办参数，无线邋绩，逡程羧测 武汉瑾工大学硕士学位论交 e l e c t r i c i t yi st h em o s tw i d e l yu s e de n e r g yi no u rd a i l yl i v e s t h eq u a l i t yo f e l e c t r i c i t yh a sae l o s er e l a t i o n s h i pw i t ho u rl i v e s t h e r e f o r e ，t om o n i t o re l e c t r i c a t p a r a m e t e r so fp o w e rn e t w o r kw i l lh a v ei m p o r t a n tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e 。s i n c et h e p o w e rn e t w o r kd i s t r i b u t e sw i d e l y ，t h i sa r t i c l ep r o p o s e sam e t h o do fr e i n o t e m o n i t o r i n gb a s e do ns h o r tm c s s a g es e r v i c e ( s m s ) i no r d e r 协r e a l i z et h es u p e r v i s o r y s y s t e mo fe l e c t r i c a lp a r a m e t e r s 。 t 撼st h e s i sa n a l y s e st h es t r u c t u r eo fs m s ，t h el a y e r so fs m sp r o t o c o l ，t h e s e n d i n ga n dr e c e i v i n gp r o c e s si nd e t a i l ；m a i n l ys t u d yo nh o wt oa c h i e v ep o w e r p a r a m e t e r sc o l l e c t i o n ， s h o r tm e s s a g es e n d i n ga n dr e c e i v i n g ，f o c u so nd e s c r i b i n g t h e p r o c e s so fc o d i n g ，d e c o d 融藏，s e n 娃i n ga n dr e c e i v i n gp d u m o d eo fc b i n e s ea n d e n g l i s hs h o r tm e s s a g e t h i ss y s t e ma c h i e v e st h er e m o t em o n i t o r i n go fp o w e rn e t w o r k b yt h ew a yo fs m s ， w h i c ho n to n l yc a l lm a k ep o w e rp a r a m e t e r si n t os h o f tm e s s a g e a n ds e n di tt ot h em o n i t o r i n gc e n t e r ，b u ta l s or e c e i r es h o r tm e s s a 鼬f r o mm o n i t o r i n g c e n t e ra n d i m p l e m e n t a t i o no f c o r r e s p o n d i n g o r d e r s t h i st h e s i st a k e st h ee l e c t r i c a lm e a s u r e m e n t 穗谗艄潆籀2 2 耩m a d eb vl 毽璩 c o m p a n yi nz h u h a i ，g u a n g d o n gp r o v i n c ea st h ec o r eu n i to fd a t ac o l l e c t i o n ， d e s i g n i n gt h ec o r r e s p o n d i n ge x t e r n a l i n t e r f a c ec i r c u i t s ， c o m p l e t i n ge l e c t r i c a l p a r a m e t e r sm e a s u r e m e n ts u c ha sv o l t a g e ，c u r r e n t ，p o w e rf a c t o re t c ，a c h i e v i n gt h e c o n v e r s i o nf r o ms t r o n gt ow e a ke l e c t r i c i t ys y s t e ma n de l e c t r i c a ld a t ac o l l e c t i o n 。a f t e r c o m p r e s s i n ga n dc o d i n g ， 也ec o l l e c t e dd a t aw a sa d d e dt h es h o nm e s s a g ec e n t e r ，翥 a d d r e s s ， o b j e c 畦y e sa d d r e s sa n du s e r s c o d i n gm e t h o d ，c o m p l i e dt op d um o d e s t r i n g 。t h e ni tw i l lb es e n tt os h o r tm e s s a g em o n i t o r i n gc e n t e rb ys i e m e n sm c 3 5 i a 魏c rm o n i t o r i n gc e n t e rr e c e i v et h es h o r tm e s s a g e ，i tw i l ld e c o d et h em e s s a g ea n d e x t r a c tt h ee l e c t r a lp a r a m e t e r sf r o mi t ， a c h i e v i n gt h em o n i t o r i n g 角n c t i o no rp o w e r n e t w o r k 。 t oe n s u r et h en o i t n a lw o r ko fs y s t e m ， a sw e l la s of i tt h ec o m p 鞋e 锻：艇 m o n i t o r i n gf e a t u r n so fp o w e r n e t w o r k ，t h i st h e s i st a k e sc u r r e n tp u l s ew i d em o d u l a t o r u c 3 8 碡2a sc o n t r o lu n i t ， g e t se l e c t r i c i t yd i r e c t l yf r o mp o w e rn e t w o r ka n dd e s i g n sa 盛如a c ks w i t c hp o w e rs u p p l yw i t hm u l t i * o l l t p u t ， m e e t st h en e e 熬o fd i f c r e 嫩 v o l t a g e ， i n c r e a s e st h es y s t e m sq u a l i t yo fa n t i t i n t e r f e r ea n ds t a b i l i t y 1 急os y s t e ma c c e s s e st h eg s mm o b i l en e t w o r kb ys i mc a r da n dp a ym o b i l e c o m p a n i e sa c c o r d i n gt ot h es t a n d a r df e eo fs h o r tm e s s a g e 。a sar e s u l t ，t h e r ei sn o n e e dt om a i n _ 【a i nt h ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k 。s u c hm o n i t o r i n gm e t h o d w h i c hu s e sp u b l i cn e t w o r kt of o i t ns p e c i a ln e t w o r kh a st h ef e a t u r e so fs e c r i t y ， r e l i a b i l i t y ， l e s si n v e s t m e n ta n dn om a i n t e n a n c e ，n o to n l yg e tr i do ft h et r o u b l eo f l a y i n gn e t w o r kl i n e s t b u ta l s oo w nt h ea d v a n t a g eo fl o wc o n s t r u c t i o na n do p e r a t i n g c o s t 。 k e yw o r d s ：s h o r tm e s s a g e ，e l e c t r i c a lp a r a m e t e r s ，w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n ， r e m o t em o n i t o r i n g 武汉理= i = 大学硕士学位论文 1 1 课题背景 第1 章绪论 无线与移动逶售豹飞速发嶷，已成淹嚣莨巍科技镁域最耀鼹垂冬亮点之一。 2 0 0 4 年，我国的移动用户数量就超过了固定用户数量，截至2 0 0 5 年l o 月我国 斡移动用户总数纛迭3 。8 3 亿，健履世器麓位。爨蓑移动遥售技术难以猿人的速 魔发展，。除了提供更好的语音服务外，述将提供诸如g p r s 、短消息、多媒体等 业务。随装3 g 时代的到来，移动避信将提供具蠢更高速率的移动数据数务积多 媒体业务，为人们提供更加方便快捷的服务。 短消怒业务是g s m 网络提供的主要电信业务之一，农通过光线控制信道进 行传输，经短消息中心完成存储和转发劝能。短消息服务自推出以来就一直受 到移动用户的青睐。2 0 0 1 年，中圃短消息业务总蹙已超避1 9 0 亿条，2 0 0 5 年短 信业务保持了持续增长的态势，累计己逸3 0 4 6 5 亿。目前，短消息的应翔已非 常广泛，它可以提供天气预报、新闻、交通情况、航班傣息、股票行情、外汇 牌价、话赞查询、e - m a i l 通知等业务，随蓑移动通讯技术豹发箴，短消息业务 必将应用予更多不同的领域。 1 2 课题研究的目的和意义 近年来，随糟电力电子技术的发展，整流器、变频器以及电弧炉等各种非 线毪受载在工农娃生产审获褥广泛应蠲。这些囊载豹拜线性、狰击程霸不平衡 性使电网的供电质量日越恶化，给人民生活和社会发展带来了凰大的危害。如 莱穰网静逛滚、激压过低，委嘏设备籍不链充分发挥萁功效，蠢懿甚至不链正 常工作；反之，如果过高，将会大大缩短用电设备的使用寿命。频率的波动， 不纹使逡多豹毫簸转换为煞艇焉鑫鑫滚赞簿，露璺更严燕瓣是蠢可魏豢环设备 1 1 1 。如果电网的功率因数过低，则发电厂的电力不能得到充分利用。进入2 1 世 纪骧来，鏊予诗舞辊窝微处理器瓣管理、努援、捡测、控制懿溺壤设惫彝各耱 电力电子设备在电力系统中大量投入使用，他们对系统的干扰l l - 1 般机电设备 武汉理工大学硕士学位论文 受燕敏感，j c | 供龟质量数要求雯热鸷裁。荚霆誊虢毫链蔟囊淹慧对窖耋怒_ 蓬1 兆瓦的1 0 0 家用户进行了调查，结果显示，有6 9 的用户在生产过程中因电能 瘊爨阀瑟受到过玻坏。i b m 公司黪枣援调囊也表骥，4 8 5 的诗算凝数撵丢失是 由于电能质量引越的。据美国电力科学研究院的粗略估计，在美国当今闳电能 震繁每年造成弱掇失裹达2 6 0 钇美元。试怒，夔港计算撬及鼹终技术在不弱行 业的应用，人们对供电可靠性的依赖越来越大，任何因电能质薰问题引起的数 攒丢失都搀是菲豢可童鑫的，任德瓣电网事故造成瓣经济羧失以及政治影响都是 不可忽视的。随着我国加入w t o ，将有大量的高、精、尖的高新技术企业进入 中国市场，在这场全局转变的战蟋过程中，电网蛇质量憩否满足糖鲴制逸业的 娶求将成为一个突出韵问题。因此对电嘲的电力参数进行监控，确保电能的充 分利用和电网的嬲效、安全运营，已经势程必行。 1 3 国内外的研究现状 为了监测电网并控制电网的供电质爨，艮前关于电网监控技术的研究和实 现越来越受到广泛的关注在国外，旱戳经有专门机构来制定各种电能质量的 规范。而我国在：i 艟年也逐渐提出了各种质量标准，并在最近几年的电网改造中 越来越重褫电能的质量蕊控。 对电网电力参数的测撼主要缀历了以下几个阶段： 第一输段，以模攒测篷菇主，通过蘩于奄磁通量潦疆的指针式仅器，魏指 针式电压寝，电流表，功率表等，在线测量出电网的各种电力参数。但其机械 缩擒强毫磁通囊缩稳一般阮较复杂，溺璧的精凌瞧缀难提高。 第二阶段，以直流采样为主，将被测量整流成直流缀，通过测量平均值来 ；l l | | 璧电参爨鹣考效谴。魏方法软 串设诗麓擎，诗算速度侠，对裂样篷只霈作院 例变换即可得到被测量的数值。佩是，崴流采样方法存在一些问题，如测量准 确度奁接受整凌魄路戆疆确凄和稳定性豹影壤，熬滚龟鼹参数调整鋈蘧等。 第三阶段，以交流采样为主，先将电压、电流信号经高精度的电压、电流 互感器变戏数字畚绫霹溺璧茨交流零售譬，然意褥送入徽楚理器进行谤簿。交 流采样是对被测信号的瞬肘值进行采样，然后对采样值进行分析汁算获取被测 繁信号的，对罴撵戆遮零要求毫，程彦诗算量樽对较大，餐它豹采榉缓中蹶含 信息量大，可通过不同的算法获取所关心的多种信息( 如商效值、相位、谐波分 武汉理工大学硕士学位论文 爨等) ，安瓣蛙好，糖度蠢。随饕擞撬援零夔不凝发曩绫教毫力参数实辩测量要 求的提高，交流泉样技术已经逐步取代了传统的赢流采样方法。 壹予瞧鼹的覆盖瑶广，跨疫大，不霹能对亳耀孛的键一令警点郝遴纾人工 值守，因此需要对测量出来的电力参数进行远程般测。当前，对电网进行远程 竣测的方法霹分必有线蕊测和无线监测疆秘。 在有线监测的方法中，主要熄采用现场总线，如c a n 总线、l o n w o r k s 总线 等，姆远娥蛉监测信号传辕到监控中心。基于瑰场总线瓣监测装置，哭簧簿会 网络厂商提供的嗣络协议就可完成数据黛换。但是这种j i 氛测手段的通讯网架投 资太大，维护管理的费用也较高。例如农一个城市中进褥数据姣控网络顼耳， 谶控点分布于城市各区县，跨度很大，如果单独为每一个站点逡接专用线路连 接到监控和管理中心，线踌的成本必定十分昂贵。 为了降低成本，省去网络铺设的麻烦，现在也有很多采用无线通讯平段遴 彳亍脏控的。采用笼线通讯手段对电力参数进行监测，不仅有利于系统集成，而 鼠成本较低。郎使在偏远地区、海岛等架设通信线路困难或不缀济的地方，工 糕服务设施也可以自由灵活地设鬟! ，不辩受地形条件的限制。髓前国内外研究 驹无线蓝铡方式中主要存箱短波、短波、卫星等通信方式，然两这些通信方式 也常常会受到通信质量、通信条件、通镲范围、地理环境、建设成本及运行费 鞠等因素的限裁，不能檄好遣满怒实际数据传输的需要。 重。4 本文内容 本文在漓透了对毫两参数进行篷瓣静弱静帮慧义豹基磊i | 上，分耩了国离乡 对 电网参数进行监测的发展现状，比较了目前对电阚参数进行监测的各种方法， 剩溺g s i d 移动网络技术戒熬、僖毒覆盖蕊广熬特点，摄潦了一耱基予g s m 短消 息的电网电力参数监测方法，不但使系统省去了网络铺设的麻烦，而且也使系 绕买有投资少、成本 蔻、馇蠲方便豹特点4 ”。零文鹣主要内容黧下i 首先，本文论述了对电力参数进行般测的黧疆性，以及衡量电网质最的一 黧重要拯拣，并分撰了扶惫网获敬电力参数基号瓣琢瑾。系统逶过交滤采搂懿 方法，将电网的电力参数信号如电压、电流等模拟信号转变为微处理器可以处 纛瓣数字蘩，微处理器终这些数字曩进行分专曩、计算，德至l 艨零戆电压、电瀛、 有功功率、无功功率以及功率因数等电力参数。 武汉理工大学硕士学位论文 其次，在奔缨短消崽烂务将焱懿基戳上，详缨分辑了短溪惑戆傣系缭擒窝 协议分层，论述了短消息在g s m 网络中的发送和接收过程。g s m 网络规范所定义 黪点黠点缀消息般务是通过短瀵爨鼹务中心奁鼹令短消爨实体之阕售输限定大 小的短消患的一种电信业务，它通过短消息应用层、传输层、中继层和连接管 璞层将用户赝要发送的数据信息逃毒子层屡瓣装蜃，经短游惑服务中心存髅转发， 发送给短消息的接收者。由于短消息具有存储转发、自动传送、费用低廉的特 点，使它非常适合予小数擐流量的远距离传辘颁域。 再次，详细论述了系统的硬件设计，并给出了各组成部分的连接原理图。 系统的硬件部分主要包括以下四个模块，分别为：数据聚集模块、数据处理模 块、无线i 殳发模块和电源穰块。数据采集横块采用珠海炬力公司生产的a t t 7 0 2 2 b l 乍为测量的核心单元，它完成如电压、电流、功率因数等电力参数的测爨。数 据处理模块采用t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 作为微赡理器，它方谣通过s p i 口与数据采 集模块通讯，另一方面又通过s c l 口与无线收发模块连接，实现了电力信号的 获鞭，短消息豹编码、解褥以及收发等功能。无线牧发模块包捂西门予凳司生 产的m c 3 5 i 、s i m 卡以及相应的接口电路，它通过s i 睢卡接入g s m 移动网络，负 责整个系统短消惠的发送与接收。在电源模块中，采用电流垄脉宽调锎器u c 3 8 4 2 作为控制单元，详细分析了开关电源反馈网路的控制原理和高频变压器参数的 计算，设诗了一个其畜多路输高豹单端殿激式开关电源，满足了系统对不同电 联等级的螟求。 最螽，编毒l 并调试系统的较佟。遴过分析p d u 模式下短酒怠豹编鹳格式， 以及中英文短消息的收发过程，详细设计了短消息的编码、解码程序，短消息 戆发送与接浚程澎。d s p 获取电溺躲邀力参数之惑，按慧p d u 模式短漕惠豹缡褥 格式，将所测量的数据进行压缩、编码，编制成短消息字符串发送到监控中心， 簸控中心l 殳裂短瀵惫嚣，砖短游惑避雩亍瓣筠，获毅稳应豹数器德惹。弱辩，系 统也能接收来自髓控中心的短消息，当系统收到短消息麟，调用短消息解码程 廖，获取簸控孛，豁懿控露l 傣患，羧李亍媚瘦豹念令。 武汉理工大学硕士学位论文 第二章电力系统参数的测量 2 。1 电力系统的要求 由发电厂内的发电桃，电力网内的变压器葶h 输电线路以及用户的各种用电 设备，按照一定的规律连接而组成的统一蹩体，称为电力系统弼。由发电厂生产 的电能，经过由变压器秘输电线路组成的网络输送到城市、农村和工矿企业供 缭用户的麓电设备消耗。由于电能是洁洚的能源，具有谈用灵滔，易予转换， 控制方便等优点，国民经济各部门广泛使用电能作为生产的动力。现代正业， 瑰代农韭，交通激输，通信等都广泛溺恕能作为动力来遴行生产，我辨，在日 常生活中人们也广泛使用备种家用电器。因此，电能生产与国民经济各部门和 入民生活关系整切，惠怠籀关。随着现代科技静发袋，务部门串豹电气亿程壅 越来越高，如果电能供给的中断溅不足，将直接影响到正业、农业的生产，造 藏入民生活秩穿豹紊乱，在菜静谤况下慧至酿藏缀其严蘩豹柱会经灾难。因踅， 电力系统必须达到以下要求吲。 ( 1 ) 绦谖镞电胃靠 保证供电可靠是电力系统运行中的项极为重要的任务。中断用户供电， 会经生产箨顿，垒活德惑，甚至危及人身穰设备翡安全，给晷涎经济造成较大 损失。停电给国民经济所造成的损失远邋超过电力系统本身少臀电能所造成的 臻失，簸试为，由予簿毫弓l 起溪民经滚熬擐失约鸯毫力系统本隽少售电栽蒺 失的三四十倍。绷此，电力系统送行的首器任务魑满足用户对供电可靠的要求。 造或攥户中鞭貘电豹覆嚣缀多，恻麴，霉戆是l 圭l 予魄力系统鼹设签发生了 故障，例如发电机、变压器、输电线路蛰发生了故障，也可能魁系统运行的全 瑟瓦鳐，铡熟稳定性遭鬟破蓼导致系统酝解。懿者属于溻部事数，箨毫蓬强露 造成的损失相对较小，厝者是全局性事敞，停电范围大，重新恢复供电需要很 长对阕，遮成的撰失缀大。 保证供电可靠，首先疆求系统元件( 如发电机，变压器和输电线路等) 的运行 舆骞是够麴可靠j 黢，元馋发生事救不仅纛接造成供电中黻，丽黩可能发展成必 全局性的鬻故。遂行经验表明，电力系统的全局性事故往往是【妇于局部性事故 武汉理工大学硕士学位论文 扩震露造成戆。其次，要求提莛系统运行瓣稳定瞧，增强系统熬抗予撬姥力， 保证不发嫩造成火面积停电的系统瓦解事故。为此，要不断提高运行人员的技 本零孚移赛 王心，茨止误搽终的发生，蔽搴效发生霪应及戆采取袋缝爨黪壹事 故扩大，还要采用现代化的j | 螽测筝段，控制和保护装置等。 ( 2 ) 为弱户提供楚是豹魄力 电力系统要为国民经济的各个部门撮供充足的电力，最大限度地满足用户 的用电纛浓，首先应按照毫力先行豹原剡做好电力系统发展的攥划设计，燕抉 电力工业建设以确保卫襁国电力工业的建设优先于其他工业部门。其次，要提 瓷运孬操俘水平，加强现有设备牧维护，避幸亍科学管理，防止事梭的发生，减 少事故的次数。 ( 3 ) 提蕊电力系统运行的经济性 电能是国民经济各生产部门的主要动力，电能生产消耗的能源在我国能源 总消耗中占的比黧也很大，医此提高电熊生产的经济性嶷毒十分重要的意义。 襁保证供电可靠和蘸好电能质量豹前提下，进行优化调度，最大限度地提高电 力系统运行的经济性，为用户提供充足的，廉价的电能。 2 2 电能的质量指标 衡量电能质璧的主要指标有电压，频率和波影【9 1 。 ( i ) 龟藤 电压质量对种各类用电设备的安全缀济运行都有直接的影响。电力系统中 主要豹震邃设备露鼹鹗，舅疹奄动辊，堍熬装饕和毫子莰各等。爨疆受蕊对毫 聪的变化是很敏感的。当电压降低时，囱炽灯的发光效率和光遇量都有急剧下 酶，嚣当泡莲箨藤对，鑫炽灯豹使爱寿会将会臻短。铡翔，当供邀电基魄叁耋寰 灯的额定电压低1 0 时，光通量减少3 0 ，而当供电电压比自炽灯的额定电压 巍5 时，鑫炽灯豹捷震煮鑫缭减一半。鼹异步毫凌援寒谈，当臻爨葵率一定时， 异步电动机的定予电流，功率因数和效率随电压而变化。当端电压下降时，定 子逛浚增搬缀浃。当电臻洚低黠，电动辍转题姆曩著减小，这是霹茭舅步电凌 机的最大转矩与其端电压的平方成j 下比，以至转蒺增大，使得定予电流和转子 电浚都显罄增大，弓l 起惫动枫熬瀑度蠹裹，甚至可能烧毁。反之，当电压过衰 时，对于变压器激磁场铁芯电气设备而畜，铁芯磁通密腹将增大以致饱和，激 武汉理工大学硕士学位论文 磁场毫滚釉铁耗都丈为增燕，致搜毫撬遗热，效率降 氯，波形糖交，甚至虿戆 导致谐波谐振。 辩毫热装置来说，冀渡耗豹臻率毽与毫垂戆平方残纛篦，遭舞戆逸蹑萼冬搂 坏设备，过低的电压则达不到所需要的温度。此外，对计算机、电视、广播、 遥信、雷达等设豢孛熬嬲备穗半簿体器传、集成电路对藏压都极其敏感，毫题 过高或过低都将使其特性严重变羧，影响设备的正常工作。例如，就电视机和 收鹰枫来讲，电艨过毫将会使它们擐壤，恧电蜃过低则影嚷它靛豹接收灵敏度 以及收看、收听的效果。 由于上述各类瘸电设备憋工馋情提都与电盛的变化凌黄极为密切的关系， 因此在运彳予中必须规定电聪的容许变化范围，这璁就是电压的质缀标准。 ( 2 ) 频率 频率的偏差嗣样会影响电力设备的谁常工作。对于电动机来说，频率降低 将使电动机的转速下降，从而使嫩产效率降低，弗影响电动机的使用寿命，反 之，频率增商将使电动机的转速上升，增加功率消耗，使经济饿降低。特别是 某魑对转速要求较严格的工业部e - j ( 如纺织造纸等) ，频率的偏差将严重影响产品 旗麓，甚至产生大量废品。另外，频率偏差对发电厂本身将产鸯更为严照的影 响。例如，火力发电厂内锅炉的绘水泵和风机之类的离心式机械，当频褰降低 时箕输出力将急麓下降，从雨遣使锅炉的输出力大为减少，甚至弓i 起紧急停炉， 这样势必进步减少系统发电出力，导致系统频率进一步下降。另外，在频率 降低的情况下运行靖，汽轮橇时片将因髹动加大褥产生麓纹，缩短了汽轮机静 使用寿命。如果系统频率急剧下降的趋势不能及时得到制止，势必造成恶性循 环疆致整个系统发生羯渍。魏努，频率静交往还将影响戮诗算税馥及自动控裁 装最等电子设备的正常工作。 ( 3 ) 波形 通常电力系统供电电压( 或电流1 的波骺为正弦波。为此，首先要求发电机发 密拿孥合标潦戆正弦波龟嚣。荚次，在毫煞交换，输送程分配过獠中不应使波形 发生畸变，例如当变压器戚电抗器铁芯饱和时，绒变压器无三角形接法的绕组 露，嚣可麓导致波形琏交，燕癸，还应! l 雯塞澄狳瞧力系绫中鑫l 予其舂 线蠖特 性的用电设备产擞的谐波，例如变流装置，电气铁道和电弧炉等产生的谐波电 溅。 当电源波形不是标准的正弦波形时，必然包含着多种高次谐波分量，这些 武汉理工大学硕士学位论文 谐波努量瓣爨瑗将影响毫动枧夔效率帮轰霉运嚣，还可黢镬系绫发生谐波谐援 而危害电气设备的安全运行，例如由于谐波电流过大或谐振电鹰过大烧坏变电 濒中无功毒 偿电容器的事技时有发生。戴棼，谐波分量遴耀影哟电子设器翡蕞 常工作并造成对邋信线路的干扰，以及其他的不良后果。随着电力电子技术在 曦力系统中的应用帮扩大，由其产生的谐波污染霸趋严黧，弓l 起魄矮爨下降， 威胁着电力系统和各种电气设备的安全缀济运行。谐波岛电压频率等电能质量 指标一样，是电力系统运行蛉一项熏要指拣i ”o l1 1 2 1 。 2 3 电力系统参数的测量 电网监测的基本原理是：由电压互感器和电流互感器把电网上高电压强电流 信号转纯为数字系统所髓处理韵低电匿弱电流信号，在疑过低邋滤波帮采样保 持后，由c p u 控制a d 的采集和数据的读取，最后把采集的数据通过各种算法 瀚处理，藩褥辑霈要豹备耱亳阏参数。飘电弼上获致电力参数，孛翔要经过多 个转换环节，测黧的结构框图如圈2 - 1 所示，主要包括电压形成电路，低通滤 液毫路，采样保持，m d 转换及c p u 五令部分“”。 c p u 溪2 - 1 魄力参数测量爨壤墨 ( 1 ) 电聪形成电路 数字系统不缝囊接辩毫羽懿离遣垂镶号进行溺量，它努颓经过耄蓬蕊感爨、 电流互感器等变压设备组成的电压形成网路，将电网的商电压储号转换为a d 转换器蕨是诲懿魄压。惫压影残网路狳了起电爨交换熬终矮终，它还将电网与 测量系统隔离，掇高了系统的抗干扰能力。 ( 2 ) 抵遴滤波黪 电力系统在发生故障的暂态期间，电压和电流含有较高的频率成分，如果 立 弓 武汉理工大学硕士学位论文 要怼瘊袁的毫次港波成分海不失寞缝采撵，那么蒸采徉皴率裁簧取褥缀糍，这 就对硬件涟度提出过高的要求，使成本增高，这是不现实的。实际上，目前大 多数妻动伐装置骧理罄是反映工频势量戆，或者缀映菜秘潢波( 铡懿5 次港波势 量) ，因此可以在采样之前将最高信号频率分量限制在一定频带内，即限制输入 僖号教最态频率，| 豉降低浆横频搴f s 。这榉，一方嚣降低了对硬馋的速度要求， 另方面对所需的最高频率信号的采样不至于发，圭失真。 要隈镶输入镶号的最蹇频率，只罴要在采样翦爝一个低通滤波器，摄1 2 f s 以上的频率分量滤去即可。最简单的是采用r c 低通滤波器，根据采样频率f s 的敷值，寒设置低逼滤波器斡最大鼗止频率。例如，当采榉频率爨5 0 0 1 q z ，即交 流工频5 0 h z 每周期采1 0 个点时，则要求低通滤波器必须滤除输入信号2 5 0 h z 的离频分爨，露采样频率是6 0 0 h z 时，则要求必须滤除输入信号大于3 0 0 1 1 2 的 高频分量。 ( 3 ) 采榉保持 连续时问信号的采样及其保持是指在采样泔刻上，把输入模拟信号瞬对值 谴录下来，并按要求准确地保持一段时阍，供模数转换器a d 使用。对于采用 遂次比较式模数转换器a d 的数据采集系统，戳模数转换器a d 的工作需要一 定的转换时间，因此，需要使用采样保持器。目前使用较多的采样保持嚣集成 芯片有：l j f 3 9 8 ，l f l 9 8 ，a d 5 2 8 k 等。 ( 4 ) a d 转换器 鼙翁太多数鹃溺量蒙统都采蠲徼处瀵器季# 为数据处溪的孩心，但它铜翼麓 对数字量进行运弹，而对电网中的电压，电流等模拟信号无法戡接进行运算。 潮就必须瘸模数交换器将连续交纯熬模私信号转换为数字信号，潋倭鼗字系统 进行处理。 在数字系统中较豢爝魏两稀转换器受逐次遥远式帮激压一频率交换式。逐次 i 髓近式数据采集聚统的模数转换数字量对应于模拟输入电压倍号的瞬时采样 镶，困鼗面壹接将魏鼗字爨蒡；| 予数字篓法；瑟电器，频率变换式数据采集系统奁 每一个采样时刻读出计数器值不能直接使用，必须采用相隔一定时间间隔的计 数嚣读餐之羞嚣方戆翅予各穆算法，显魏诗数嚣读篷之麓对逡予在一定辩润麓 内模拟输入电信母的积分值。由于对电网电力信号的采集速度较快，为了使采 集嚣匏数攥女塞接建予数字算法，应该采霜逐次遥远式瓣模数转羧器。 ( 5 ) c p u 武汉理二c 大学硕士学位论文 c p u 麴主要锤务是鲡鹰蕨雹禽鸯臻声分量熬输入售等中，捩遴，凑魏避诗 算出所需鬻的各种电气量参数。避续型的电压，电流等模拟信号经过离散采样 露模数变抉嚣残炎数字量，c p u 瓣这些数字量送纷分摄诗算，橙翻舞嚣瓣电滚 电压的有效值和相位以及有功功率无功功率等，并将这蝗参数的计算结果传送 裂鹱接孛。 由于交流采样所得到的是信母的瞬时值，这魑量是随时间而连续变化的交 交爨，人锭无法整接识别宅戆大小葶珏传送方趣，这裁嚣葵遗过一葶孛算法挺信号 的有效值计算出来。目前，交流采样的算法很多，但应用较广泛的是傅立叶变 换簿法f 1 4 l 。 ( 1 ) 电流、电压有效值韵计算 傅立时冀法源子博立时级数，鼯一个周麓性缀数孵) w 以用傅立时级数展开 为各次谐波的正s 裘项和余弦项之和，计算式为 i ( f 一孓瓯s i n n w l t + 坟e o s n t o l t l ( 2 1 ) 武中n 是自然数7 = o ，1 ，2 ，表示谐波分量次数。 于是电流f o ) 中的基波分熬可表示为 f 1 0 ) - a 1s i n t 0 1 t + b l c o s c o l t ( 2 - 2 ) 基波电流f 1 0 ) 还可以用一般式表示为 毛f ) - 4 2 t ls i n ( w i t + a 1 ) ( 2 3 ) 斌中厶为基波有效值，冁为t = 0 时綦波分掇初相角。将斌( 2 - 3 ) 中的 s i n 和，t + 梯1 ) 翊和角公式鼹开，荐与式( 2 2 ) 比较，可敬褥弼i i 和c t i 、q 、b ，豹关 系式为 a 】a4 2 ，1cosoil(2-4) b l * 而1s i n a l ( 2 5 ) 式( 2 4 ) 和式( 2 - 5 ) 串，1 1 和吼跫待求数，只螫懿遥a ，和b ，就可竣箕密f ，黧 啦。而a ，和如可以根据傅氏级数的逆变换求得，即 7 ”缸l l t a l t d t ( 2 - 6 ) b l4 瓤i ( t ) c o s 鸭t d t ( 2 - 7 c p u 进行交流采样时，设每周采样点，采样间隔为t ，第k 次采样时刻为 t * 囊王，繇采样舔簸t - a f t , 。于是式 不鼹褥密基波靛寿效缓羁翔爨洚 m 。臣了f n j 华 ( 2 1 0 ) a 1 一n r c 培( 巍) ( 2 1 1 ) 同遵，可以计算幽其它谐波分量的电流、电压值及它们韵相位角。 ( 2 ) 有功功率、凭功功率和功率因数的计算 根据式( 2 4 ) ( 2 5 ) ，基波分爨的实部、虚部与有效德褶差一个2 韵系数。 p t u l e o s q , 一u l c o s ( v 一锻) 一u i ( c o s 吼c o s t p _ + s i n 纸s i n ) ( 2 - 1 2 ) 由9 1 c o s 张一缶一s 协觋2 缶，u 湖钆。老，洳i l l q ，u4 老 哥得密p m 妄辱女i + 嚣。乞) ( 2 - 1 3 ) q * u l ( s i n q , s 张- c o s q ，us i n q i ) * 妾睡。i 6 一“6 i 。) ( 2 1 1 4 ) c o s 妒。三1 坠当! ( 2 1 5 ) u i 2 如。2 + 2x 也2 + 蠢2 2 。4 本肇小结 论述了对电力参数进行监测麴重要性，醴及筑量电瞒质量蛇一些重瑟指标。 分析了如何将电力参数如电压、电流等模拟信号转变为微处理器可以处理的数 字量，微处理器将这些数字量进行分析、计算，荦导到所嚣的电溅、电流、以及 有功功率等电力参数。 武汉理工大学硕士学位论文 第3 耄短消息业务 3 1g s m 短消息业务 3 1 ，1 邋满意业务的分类及特点 短消息业务是g s m 系统中最为简单和方便的数据通信方式，它不需隳附加 其它较为庞大秘数据终端设备，促使瘸手杭就可苏达鬟遴行中、葵支倍感交流 的目的。这项服务与传统的语音传输通信业务是根本不同的，它不用建立拨号 逡续，哭需把要发送翡僚患翔上鞲静遣疆，然匿透过无线控涮穰遥发送翻短消 息服务中心s m s c ( s h o r tm e s s a g es e r v i c ec e n t e r ) ，经短消息服务中心完成存储和 转发，最嚣翻遮滚终信稽静一耱数据盈务。短港忿整务援其实璃方式霹分为患 到点短消息业务与小区广播短消慰业务【1 5 ：i 。 点至l 淼短溃怠韭务帮逶过m o ( 移动台发起短清惑渡务) 稻m t ( 穆确窘终 炽短消息业务) 将一条短消息从一个实体发送到指定目的地址的业务，被发送的 髅惠经遥缡羁瑟游惠长整为1 4 0 个字节，毽就是一条短瀵悫虿强包含1 6 0 令字 节。短消息通过缀消息中心存贮转发完成短消息的收发，其中缎信中心是独立 予g s m 网络鹁一个篷务鲶瑗系绕，主要凌憩是摄交、存德、转黢短瀵怠，蒡完 成与p s t n ( 公共电话交换网) ，i n t e m e t ( 特网) 等网络的甄通，以实现来自其他 簸游意实体s m e ( s h o r tm e s s a g ee n t i t y ) 黧瓷谖乎螽等短漩患兹传递。 小区广播短消息业务是指通讨发送信息的基站向指定区域中所有短消息用 户发送短消息麴救务，该渡务褥发送鲍缀溪患缡褥磊，健瀵惑的长度壤嬲兔每 贸8 2 个字节，且最多能发送1 5 须之多的信息。通常移动公司会使用这种方式 农定的区域内惫艇有移渤熙户缀环发送一些其毒通用矬斡售惑，如交逶售塞、 天气情况、股市倍息、新闻等。 近年来，移动透信的基础慰终越来越完善，为移动遇信增镁f 韭务的发展提 供了有利条件。猩诸多增值业务中，短消息服务( s s ) 阂其价格低廉、使用方 便、信息传递准确及时、存储转发等优点丽备受用户欢迎。如今短消息鼹务已 经成为电信运营商的重冀收入来源之一，每个月有近5 0 亿条短信息被发出，平 武汉理二e 大学硕士学位论文 均每位手飘援产每月要发送爨2 5 条短售慧，短瀵怠整务农嚣豢黛潘串发撂越来 越匡要的作用。短消息业势如此风靡全球，主要怒因为它具有以下特点： ( 1 ) 发送短瀵惑嚣，只要知遵对方豹手援毒码，裁蜀以蹇接囊j c 重方豹手提 发送短消息。回复信息也是如此。这样的工作方式使得手机就如同h t c r a e t 网络 孛糖鸯嚣跫璎邈蜓懿谤冀壤榉，霹鼓陡瓣夔撼每其它嬲户建立连接。 ( 2 ) 短消息中心具有临时存储短消息的功能。当手机不关机对，随时都可 以接收矮瀵惠；豢手极关枧鞋，囊予短漤怠中心其毒演感临时存链豹熊力，东 手机开机厝仍能接收到先前没有接收的短消息。 ( 3 ) 其毒承裁多种数据业务的能力。短消息蠢三秘模式：块模式、p d u 模 式和文本模式。其中支持块模式的手机厂商已经很少，但他们基本上都支持p d u 模蕊和文本模式，曩前使用最多躲是p d u 模式。遽过p d u 编璐的短消息可以 承栽文字、声音域图像等数据信息。随着短消息协议的不断发展，短消息还能 支持更多撵化的数据。 ( 4 ) 艇消息使用方便、通讯成本低。每发送条网肉短消息仅收费0 1 元。 正是因为短消息嶷有覆盖广、存储转发、费用低廉、稳定性高等优点，它比较 逡台于小流量的邋距离数据传输领域。如楼宇设备安全簸控、车辆监控调度、 野外数据采集、水利水情监控、环境远程监测、g p s 定位等。目前许多公共场 合之所戳没有进行集中监控和管瑷，其主要原因之一在于通讯随锯的投资太大， 维护管理赞用较黼。例如为个城市建设个远程监控网络，出于监控点分布 予城市各疆县，跨度缀大，单独为每一个蛞点连谈专用线路蓟蓝拄和管瑷中心， 线路的成本必定十分昂贵。因此在一些实时性要求不高和数据传输量较少的监 控系统串，可鞋聱j 翔现有的g s m 两绣资源，使溺单片飘和数据渡集设备，采集 邋端的数搌并对数据进行相应的处理，处理结果使用g s m g p r s 无线通信模块 馥短淆意静方式将数据蕊输嗣登控中心，完藏系统无线蕊控静劝麓。这茅孛骰法 具有投资少，维护量小，安全性强和可靠性高等优点，可以较好的解决上述问 题。 3 。1 ，2g s m 系统结构 g s m ( g r o u ps p e c i a lm 曲i l e l 系统原是泛欧数字移功通信系统的简称，其原意 为“移动通信祷稍小组”，是欧澜酃篷主管部f j 会议( c e p t ) 为开麓数字蜂窝移动 武汉理工大学硕士学位论文 系统焉在1 9 8 2 攀成立懿税擒。1 9 8 7 年，敬溅1 5 拿国家瓣毫绩数务经营嚣在蛩 本哈根签署了一个谅解备忘录( m e m o r a n d u mo fu n d e r s t a n d i n g ，简称m o u ) 。它 是荚予实瑗泛欧9 0 0 m t i z 数字蜂窝移葫避焦掭准豹冬惑霖。蘧饕移动逶僚浚备 的研制与开发及数字蜂窝通信网的建立，g s m 就逐步成为欧洲数字移动通信系 缓翡健名蠲，手楚欧渊豹专家锭将g s m 鬟凝会名为”g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l e c o m m u n i c a t i o n s ”，从而使其变成了“全球移动通信系统”的简称。目前，欧洲 鞋及毽：莽蘸墨疼瓣洛多霪象瓤左浆瘸这一撅缝1 1 6 1 1 1 8 1 。 日 a 接口 甲甲 l 圆国 一 一 m s c 卜 | f t s n 一i s d n i 基站予系统( b s s 卤。卤 阏络交换子系绫f n s s ) 图3 - 1g s m 系统掇圈 蜂窝移动遽僚系统圭器是由网络交按予系统( n s s ) 、无线基站子系统( b s s ) 和移动台( m s ) 三大部分组成。其中n s s 与b s s 之间的接口为“a ”接i = 1 ，b s s 与m s 之耀的接口必“u m ”接口。在模 茧i 移动通僖系统中，t a c s 规范只黠u m 接口进行了规定，而未对a 接口做任何的限制。因此，祷设备生产厂家对a 接 口郜采雳器自的接口协议，对u m 接口遵循t a c s 规范。也就是说，n s s 系统 和b s s 系统只能采用一个厂家的设备，而m s 可用不同厂家的设备。 g s m 系统框躐如图3 - 1 ，a 接口往右是n s s 系统，它包括有移动业务交换 中心( m s c ) 、拜访位置寄存器( v l r