（电气工程专业论文）配电测控系统的研究与设计.pdf

l i i iiiii ii i ii ii iii ii ii 17 4 5 810 ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt og u a n g d o n gu n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g yf o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n g s c i e n c e r e s e ar c hand d e s i g no ft heme a sur em en t a n dc o n t r o l s y s t e mo f p o w e rd i s t r i b u t i o n m a s t e r c a n d i d a t e t a n gq i n g p e i v s u p e r v i s o r p r o f c h e n gh a n x i a n g m a y2 0 10 f a c u l t yo fa u t o m a t i o n g a u n g d o n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y g u a n g z h o u g u a n g d o n g p r c h i n a 5 1 0 0 0 6 摘要 摘要 配电系统的智能监控已成为配电自动化系统的重要组成部分之一 针对已存在 的配电系统测控装置功能单一 测量参数不全 数据统计分析不便 数据存储繁琐 实时性及可靠性差等诸多问题 本文研究并设计开发了一套基于3 2 位r i s c 微处理 器 g p r s 和低压无功自动补偿技术的新型配电测控系统 论文首先介绍了配电测 控系统的研究现状和发展趋势 分析了本配电测控系统的功能特点及应用前景 其 次 文章对配电测控系统应用到的相关理论 技术做了具体介绍 为后面的深入研 究和产品开发奠定了理论基础 随后根据实际应用需求 提出了配电测控系统的整 体设计方案及其子系统的功能要求 并确定了g p r s 通信组网方案及通信协议设计 方案 然后 本文详细地设计了基于a r m 7 微处理器的测控终端硬件 软件系统 并完成了整个测控终端的调试工作 其中硬件系统采用模块化设计 具有数据采集 数据存储 键盘显示 通信和投切电容控制等功能 在该设计中充分考虑了系统的 抗干扰性能 软件系统采用基于p c o s i i 嵌入式实时操作系统的多任务设计方式 使采样 数据处理 键盘显示 通信处理 无功补偿控制等任务共同分享硬件系统 资源 且每个任务彼此独立 优先级越高越容易得到c p u 的使用权 这样可大大提 高整个系统的实时性 接着 本文按照一般开发数据库应用系统的步骤 系统需求 分析 系统结构设计 开发工具的选择 数据库结构设计以及各功能模块的设计等 详细介绍了g p r s 配电测控中心后台管理系统的设计 并着重分析了设计过程中的 难点问题及其解决方法 接着 在所有硬件 软件设计完成后 对整个系统进行了 挂网试运行测试 并分析了测试结果 结果表明 该系统的硬件 软件均运行稳定 可靠 基本达到了预期的效果和设计要求 可以说该产品的开发应用必将有利于配 网的安全和经济运行 推进配网自动化进程 文章的最后 对该系统的应用和作者 在设计开发过程中所做的主要工作进行了总结 并提出了有待进一步完善和改进的 地方 关键词 配电测控 a i w 肛c o s i i d e l p h i 数据库 广东工业大学硕士学位论 乏 a bs t r a c t t h ei n t e l l i g e n tm o n i t o rf o rp o w e rd i s t r i b u t i o ns y s t e mh a sb e c o m eo n e i m p o r t a n tp a r t o ft h ep o w e rd i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ns y s t e m t os o l v et h ep r o b l e m se x i s t e di n m e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ld e v i c ei np o w e rd i s t r i b u t i o ns y s t e ml i k es i n g l ef u n c t i o n i n c o m p l e t ep a r a m e t e r sm e a s u r e m e n t i n c o n v e n i e n td a t as t a t i s t i ca n da n a l y s i s c o m p l i c a t e dd a t as t o r a g e b a dr e a l t i m ea n dr e l i a b i l i t ya n ds oo n t h ep a p e rr e s e a r c h e s a n d d e s i g n san e ws u i to fm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ls y s t e mo fp o w e rd i s t r i b u t i o nb a s e d o n3 2 b i tr i s cm p u g p r sa n d l o w v o l t a g ea u t o m a t i cv a fc o m p e n s a t i o nt e c h n o l o g y f i r s t l y i ti n t r o d u c e st h er e s e a r c ha c t u a l i t ya n dd e v e l o p m e n tt r e n do fm e a s u r e m e n ta n d c o n t r o ls y s t e mo f p o w e rd i s t r i b u t i o na n da n a l y s e st h ef u n c t i o nc h a r a c t e r i s t i ca n d a p p l i c a t i o nf o r e g r o u n do ft h i so n e s e c o n d l y t h ep a p e rd e s c r i b e st h et h e o r ya n d t e c h n o l o g ya b o u tt h em e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ls y s t e mo fp o w e rd i s t r i b u t i o nb a s i sf o rt h e f o l l o w i n gd e p t hs t u d ya n dp r o d u c td e v e l o p m e n t a f t e rt h a t i tg i v e st h eg e n e r a ld e s i g n s c h e m ea n df u n c t i o nn e c e s s a r yo ft h em e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ls y s t e mo f p o w e r d i s t r i b u t i o na n dc o n f i r m st h es c h e m e so fc o m m u n i c a t i o n n e t w o r k i n ga n dp r o t o c o l a c c o r d i n gt oa p p l i c a t i o nr e q u i r e m e n t t h e nd e s i g n st h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r eo fc o n t r o l t e r m i n a lb a s e do na r m 7i nd e t a i la n dd e b u gt h e m t h e r e i nt o t h eh a r d w a r e s y s t e m a d o p t sm o d u l a r i z ed e s i g nw i t ht h ef u n c t i o n so fd a t ag a t h e r i n ga n ds t o r i n g k e y p r e s s i n g a n dd i s p l a y c o m m u n i c a t i n g s w i t c h c a p a c i t o rc o n t r o la n ds oo n t h ea n t i j a m m i n go ft h e s y s t e mi st a k e ni n t oa c c o u n tt o o t h es o f t w a r es y s t e mb a s e do nj t c o s i ia d o p t s m u l t i t a s kd e s i g nt om a k et h et a s k so fs a m p l e d a t ap r o c e s s i n ga n d d i s p l a y c o m m u n i c a t i n g v a rc o m p e n s a t i o nc o n t r o ls h a r eh a r d w a r er e s o u r c e w h i c ha r e i n d e p e n d e n ta n dg a i n sr i g h to fc p uu s ea c c o r d i n gt op r i o r i t yl e v e l s ot h a tc a ne n h a n c e r e a l t i m ec h a r a c t e r i s t i co ft h ew h o l es y s t e m t h e n i tf o c u s e so na n a l y z i n gt h ep r o b l e m s a n dt h e i rs o l u t i o n si nt h ed e s i g no f b a c k g r o u n dm a n a g e m e n ts y s t e mf o l l o w st h es t e p so f d e v e l o p m e n to fd a t a b a s ea p p l i c a t i o ns y s t e md e v e l o p m e n t s y s t e mr e q u i r e m e n ta n a l y s i s s y s t e ms t r u c t u r ed e s i g n d e v e l o p i n gt o o ls e l e c t i o n d a t a b a s es t r u c t u r ed e s i g n m o d u l e s d e s i g na n ds oo n a f t e rf i n i s h e sh a r d w a r ea n ds o f t w a r ed e s i g n t h es y s t e mh a n g sn e t t i n g i i a b s l r a c r t ot e s tr u n n i n ge f f e c t t h er e s u l td e m o n s t r a t e st h a tt h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r es y s t e m r u n n i n gs t a b l ya n dr e l i a b l ya n da c h i e v e st h eg o a l t h i ss y s t e mi sb e n e f i c i a lt os a f ea n d e c o n o m i c a lo p e r a t i o no fp o w e rd i s t r i b u t i o na n dp u s h e sp o w e rd i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n f o r w a r d l a s t l y i t sas u m m a r yo ft h em e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ls y s t e mo fp o w e r d i s t r i b u t i o na p p l i c a t i o na n dt h ea u t h o r sm a i nw o r ki nd e s i g n a n da n a l y s i sr e m a i n sn e e d t ob ei m p r o v e d k e y w o r d s m e a s u r e m e n ta n dc o n t r o lo fp o w e rd i s t r i b u t i o n a d v a n c e dr i s cm a c h i n e s p c o s i i d e l p h i d a t a b a s e i i i 广东工 止大学硕士学位论文 目录 摘要 i a b s t r a c t i i 目录 i v c o n t e n t s v i i 第一章绪论 一1 1 1 本课题的研究背景与实际意义 1 1 2 国内外研究现状及发展趋势 2 1 3 本课题的主要研究内容 4 1 3 1 本文的主要工作 4 1 3 2 本文的结构安排 4 第二章配电测控系统相关理论介绍 5 2 1 配电网无功补偿方式及控制策略 5 2 1 1 配网无功补偿原理及方式 5 2 1 2 无功补偿控制策略 8 2 2 谐波检测原理及电参数计算 9 2 3 三次样条插值算法原理及应用 1 2 2 3 1 三次样条插值函数的定义 1 2 2 3 2 三次样条插值函数的构造 1 2 2 3 3 算法分析 13 2 4 数据库技术 15 2 4 1 数据库系统简述 1 5 2 4 2 关系数据库及s o l 语言 1 6 2 5 本章小结 l8 第三章配电测控系统的总体方案设计 1 9 3 1 系统总体结构设计 1 9 3 2 系统各部分的功能及通信方案设计 2 0 i v 目录 3 2 1 配电测控终端的基本功能 2 0 3 2 2 后台管理系统的基本功能 2 0 3 2 3 通信组网方案及通信协议的设计 2 2 3 3 本章小结 2 5 第四章配电测控终端的硬件系统设计 2 6 4 1 硬件系统总体设计 2 6 4 2 微处理器系统设计 2 7 4 3 数据采集模块 2 8 4 3 1 模拟信号采集电路 2 8 4 3 2 模数转换器 a d o 3 2 4 4 数据存储模块 3 2 4 4 1a t 4 5 d b 0 4 1 简介 3 3 4 4 2a t 4 5 d b 0 4 1 与l p c 2 3 7 8 的连接 3 5 4 5 电源模块设计 3 5 4 6 人机接口设计 3 6 4 6 1 键盘接口设计 3 6 4 6 2 显示模块设计 3 8 4 7 通信接口设计 3 8 4 8 投切控制模块 4 0 4 9 实时时钟 r t c 设计 4 0 4 1o 硬件抗干扰技术 4 1 4 1 1 本章小结 一4 2 第五章配电测控终端基于g c o s l i 的软件系统设计 j 4 3 5 1 g c o s i i 操作系统简介 4 3 5 2 软件系统总体设计 4 4 5 3 采样任务设计 4 5 5 4 数据处理任务设计 4 6 5 5 键盘显示任务设计 4 7 5 6 通信处理任务设计 4 8 5 7 无功补偿控制任务设计 5 0 v 广东工业大学硕士学位论丈 5 8 软件抗干扰技术 5 0 5 9 本章小结 5 2 第六章后台管理系统的设计 5 3 6 1 系统分析与总体设计 5 3 6 1 1 系统需求分析 5 3 6 1 2 系统总体结构设计 5 3 6 1 3 开发工具的选择 5 4 6 2 数据库结构设计 5 4 6 3 系统各功能模块设计 5 5 6 3 1 主界面和登陆窗体设计 5 5 6 3 2 系统选项模块设计 6 1 6 3 3 用户管理模块设计 6 2 氲3 4 终端管理模块设计 6 3 6 3 5 通讯管理模块设计 6 5 6 f 3 6 数据分析模块设计 6 8 6 3 7 综合分析报表模块设计 7 0 6 3 8 数据库维护模块设计 7 2 6 4 本章小结 7 3 第七章配电测控系统调试与应用 一7 4 7 1 配电测控终端硬件测试 7 4 7 2 配电测控终端软件测试 7 6 7 3 后台管理系统软件测试 7 7 7 4 本章小结 8 0 结论 81 参考文献 8 2 攻读学位期间发表论文 8 5 独创性声明 8 6 致 射 8 7 附录 8 8 v i c n t c n ts c o n t e n t s c h i n e s ea b s t r a c t i e n g l i s ha b s t r a c t i i c h i n e s ec o n t e n t s 1 1 0 7 e n g l i s hc o n t e n t s v i i c h a p t e r li n t r o d u c t i o n 1 1 1r e s e a r c hb a c k g r o u n da n dp r a c t i c em e a n i n go ft h et o p i c 1 1 2r e s e a r c ha c t u a l i t ya n dd e v e l o p m e n tt r e n di nd o m e s t i ca n do v e r s e a s 2 1 3m a i nr e s e a r c hc o n t e n to ft h et o p i c 4 1 3 1m a i nw o r ko f t h ep a p e r 4 1 3 2s t r u c t u r ea r r a n g eo f t h ep a p e r 4 c h a p t e r 2i n t r o d u c t i o no ft h e o r ya b o u tp o w e r d i s t r i b u t i o ns y s t e m 5 2 1m o d e sa n dc o n t r o ls t r a t e g i e so f v a r c o mi np o w e rd i s t r i b u t i o ns y s t e m 5 2 1 1p r i n c i p l ea n dm o d e so fv a r c o mi np o w e rd i s t r i b u t i o ns y s t e m 5 2 1 2s t r a t e g i e so fv a r c o mc o n t r o l 8 2 2h a r m o n i c sm e a s u r ep r i n c i p l ea n dp o w e rp a r a m e t e r sc a l c u l a t i o n 9 2 3p r i n c i p l ea n da p p l i c a t i o no fc u b i cs p l i n ei n t e r p o l a t i o na l g o r i t h m 1 2 2 3 1d e f i n eo f c u b i cs p l i n ei n t e r p o l a t i o nf u n c t i o n 1 2 2 3 2c o n s t r u c to fc u b i cs p l i n ei n t e r p o l a t i o nf u n c t i o n 1 2 2 3 3a l g o r i t h ma n a l y s i s 1 3 2 4d a t a b a s et e c h n o l o g y 15 2 4 1b r i e fo fd a t a b a s es y s t e m 15 2 4 2r e l a t i o 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2 8 4 3 2a n a l o gt od i g i t a lc o n v e r t e r 3 2 4 4m o d u l eo fd a t as t o r a g e 3 2 4 4 1b r i e f i n t r o d u c t i o no f a t 4 5 d b 0 4 1 j 3 3 4 4 2c o n n e c t i o nb e t w e e na t 4 5 d b 0 4 1a n dl p c 2 3 7 8 3 5 4 5d e s i g no f p o w e rs u p p l ym o d u l e 3 5 4 6d e s i g no fm a n m a c h i n ei n t e r f a c e 3 6 4 6 1d e s i g no fk e y b o a r di n t e r f a c e 3 6 4 6 2d e s i g no fl c dm o d u l e 38 4 7d e s i g no fc o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c e 3 8 4 8s w i t c hc o n t r o lm o d u l e 4 0 4 9d e s i g no fr t c 4 0 4 1 0h a r d w a r ea n t i j a m m i n gt e c h n o l o g y 4 1 4 11b r i e fs u m m a r yo ft h i sc h a p t e r 4 2 c h a p t e r 5d e s i g no fs o f t w a r es y s t e mo fm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o lt e r m i n a lb a s e do n p c o s i i 4 3 5 1b r i e fi n t r o d u c t i o no fg c o s i i 4 3 5 2g e n e r a ld e s i g no fs o f t w a r es y s t e m 4 4 5 3d e s i g no fs a m p l et a s k 4 5 1 4d e s i g no fd a t ap r o c e s s i n gt a s k 4 6 5 5d e s i g no f k e y b o a r da n dd i s p l a yt a s k 4 7 5 6d e s i g no fc o m m u n i c a t i o np r o c e s s i n gt a s k 4 8 1 7d e s i g no f t a s ko f v a tc o m p e n s a t i o nc o n t r o l 5 0 5 8s o f t w a r ea n t i j a m m i n gt e c h n o l o g y 5 0 v i i i 5 9b r i e fs u m m a r yo ft h i sc h a p t e r 5 2 c h a p t e r 6d e s i g no fb a c k g r o u n dm a n a g e m e n ts y s t e m 5 3 6 1s y s t e m sa n a l y s i sa n dg e n e r a ld e s i g n 5 3 6 1 1s y s t e mr e q u i r e m e n t sa n a l y s i s 5 3 6 1 2g e n e r a ld e s i g no fs y s t e ms t r u c t u r e 5 3 6 1 3s e l e c t i o no fe m p o l d e rt o o l s 5 4 6 2d e s i g no f d a t a b a s es t r u c t u r e 5 4 6 3d e s i g no fm o d u l e si ns y s t e m 5 5 6 3 1d e s i g no f m a i nf o r ma n dl o g i nf o r m 5 5 6 3 2d e s i g no fs y s t e mo p t i o n sm o d u l e 6 1 6 3 3d e s i g no fu s e r sm a n a g e m e n tm o d u l e 6 2 6 3 4d e s i g no ft e r m i n a lm a n a g e m e n tm o d u l e 6 3 6 3 5d e s i g no f c o m m u n i c a t i o nm a n a g e m e n tm o d u l e 6 5 6 3 6d e s i g no fd a t aa n a l y s i sm o d u l e 6 8 6 3 7d e s i g no fr e p o r to fi n t e g r a t e da n a l y s i sm o d u l e 7 0 6 3 8d e s i g no fd a t a b a s em a i n t e n a n c em o d u l e 7 2 6 4b r i e fs u m m a r yo ft h i sc h a p t e r 7 3 c h a p t e r 7d e b u ga n da p p l i c a t i o no fm e a s u r e m e n ta n d c o n t r o ls y s t e mo fp o w e r d i s t r i b u t i o n 7 4 7 1h a r d w a r et e s to fm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o lt e r m i n a l 7 4 7 2s o f t w a r et e s to fm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o lt e r m i n a l 7 6 7 3t e s to fb a c k g r o u n dm a n a g e m e n ts y s t e m 7 7 7 4b r i e fs u m m a r yo ft h i sc h a p t e r 8 0 c o n c l u s i o n 8 1 r e f e r e n c e s 8 2 e n u n c i a t e dp a p e r sd u r i n gr e a d i n gf o rd e g r e e 8 5 a n n o u n c eo fo r i g i n a lc r e a t i o n 8 6 a c k n o w l e d g e m e n t 8 7 a p p e n d i x 8 8 i x 第一章绪论 1 1 本课题的研究背景与实际意义 配电网 简称配电或配网 分高压 3 5 1 1o k v 中压 1 o k v 低压 0 4 k v 配电网 通常指中低压配电网 它是电力系统的发电 输电和配电 也称供电或用电 三大系统之一 电力公司通过配电网实现产品销售 向广大电力用户提供电能 近年 来 随着经济的发展和电力市场的自由化 电力公司不得不采取新的策略 新的技 术和管理措施以增强市场竞争力 因此 配电自动化已经成为电力系统发展的必然 趋势 配电自动化是指 利用现代电子技术 通信技术 计算机及网络技术与电力设 备相结合 将配电网在正常及事故情况下的监测 保护 控制 计量和供电部门的 工作管理有机地融合在一起 提高供电质量 与用户建立更密切更负责的关系 并 以合理的价格满足用户要求的多样性 力求供电经济性最好 企业管理更为有效 它主要包括馈线自动化 变电站自动化 配电管理系统和需求侧管理四个方面1 2 3 由此可见 配网自动化不仅仅涉及配电线路及其所相应的设备 还与通讯 计算机 综合应用 电力 负荷 监控 节能 电网规约等密切相关 随着城乡电网的改造发展 配电自动化系统早已在全国建设和应用 其中 低 压配电网作为配电系统的最后一个环节 其实现自动化的程度与供用电的质量和可 靠性密切相关 因此 对低压配电设备的运行情况进行综合监控实现配电系统现代 化管理已经成为供电企业关注的重要问题 自2 0 世纪7 0 年代以来 国内对配电测 控系统的研究已经取得了一定的发展 许多公司也开发出了一系列的低压配电测控 仪器 传统的基于5 1 a v r p i c p e r i p h e r a li n t e r f a c ec o n t r o l l e r 微控制器的测 控仪器 其特点是结构简单 功能单一 数据精确度不高 稳定性和可靠性低等 随后出现的数字信号处理器d s p 有强大的数据处理能力 但主要应用于数字处理和 通信领域 近年来 由于供电系统负荷的复杂性 特别是用户非线性负荷的大量使 用 供电企业对谐波等电能质量问题越来越重视 因此对配电测控仪器的功能要求 也随之提高 普遍要求增加装置的谐波监测 无功补偿和通信网络等功能 如果在 原装置上增加这些功能 由于主控芯片的性能限制 大量的实时测量与计算不容易 广东工业大学硕士学位论文 实现 测量精度 实时性都将变差 难以满足实际应用需求 为了解决这些问题 本课题将研究与设计一套以a r m a d v a n c e dr i s cm a c h i n e s 微处理器为核心 集数据采集 数据通讯 数据分析管理 无功补偿和远动控制功能于一体的新一代 低压配电测控系统 该配电测控系统主要由数据采集处理系统 数据传输系统和后台管理系统三个 子系统组成 其中数据采集处理系统也称为测控终端 是该系统最重要的组成部分 它以嵌入式系统a r m 7 微处理器 采用n x p 公司的l p c 2 3 7 8 芯片 这是一款基于 a r m 7 t d m i s 核的高性能3 2 位r i s c 微处理器 为核心 充分运用a r m 7 的高性 能和外围接口丰富等特性实现对电力数据的处理 计算 存储和用户的远程通讯等 功能 数据传输系统采用基于中国移动g s m g p r s 网络通信平台的g p r s 无线数据 传输系统 为供电部门数据业务中心提供更可靠更快速的远距离数据通信服务 其 通信协议符合i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 2 标准协议 便于现场联网使用及实现配网自动化 而 后台管理系统则以图形化操作界面对主站下所有设备的数据进行远程统一管理 5 该测控系统的特点是 应用先进的g s m g p r s 网络数据传输技术 电力监测技 术以及软件设计技术解决配电设备分布分散 运用常规的自动化手段难以实现大量 设备的实时测控等问题 能够使管理者及时准确地了解配电负荷的变化情况及设备 的运行情况 对提高供电质量 供电可靠性能发挥积极的作用 真正地实现配电自 动化 它完全可以满足现阶段以及今后对配电系统自动化的需求 从不同方面优化 配电系统的运行和管理自动化水平 1 2 国内外研究现状及发展趋势 为了保证供电的可靠性 提高供电服务水平 国外很早就注重配电自动化的研 究 并得到了广泛的应用 例如 日本自4 0 年代起就着手研究配电自动化技术 在 4 0 年代未实现并普及应用了自动切除故障区间 人工给健全区间恢复送电的自动化 区分方式 5 0 年代 实现了自动区分 切除故障区间 并自动给健全区间恢复送电 7 0 年代 实现了配电信息管理 配电线路负荷管理 配电工程设计 管理及配电系 统负荷管理等 8 0 年代 形成了配电综合自动化系统 9 0 年代初全面推广应用配电 综合自动化系统 在主要城市的配电网络投入运行 韩国 我国台湾地区于2 0 世纪 9 0 年代也完成了局部配电系统的馈线自动化 并建立了自己的配电网自动化实验网 络 在美国 欧洲等发达国家g p r s 无线数据的应用己经非常普及 6 7 l 2 第一章绪沦 国内配电自动化起步于2 0 世纪9 0 年代 较国外发达国家滞后2 0 年 长期以 来配电网的建设未得到应有的重视 建设资金短缺 设备技术性能落后 事故频繁 发生 严重影响了人民生活和经济建设的发展 引 因此 随着电力市场的发展和用 电水平的提高 配电网的自动化已经成为供电企业十分紧迫的任务 近年来 由于 计算机技术 通信技术的发展 国内许多厂家和研究单位纷纷研制和开发出各种类 型的配电自动化系统测控装置 目前出现的主要有下面一些型号 北京鼎英科技有限公司的k w p k 2 0 0 系列配电综合运行监控仪是采用高性能 单片微机和d s p 处理技术的智能配电控制终端 通过采集线路或配电设备的电流 电压 有功 无功以及功率因数等 实现配电监测功能 同时 应用区域控制和模 糊判断原理 控制自愈式电容器的投切 实现无功功率自动补偿 该配电终端支持 r s 2 3 2 r s 4 8 5 和以太网通信方式 通信协议支持i e c 8 7 0 5 1 0 l 标准协议 便于现 场联网使用 为配网自动化的实现提供可能 深圳赛源电气技术有限公司的s p d 一4 0 0 d 型配电测控仪 以数字信号处理器d s p 为核心 具有交流采样 数据存贮 数据通讯 数据管理 无功补偿 谐波分析 配电综合监测等功能 该设备主要适用于交流0 4 k v 5 0 h z 低压配电系统的综合监 测及无功补偿控制 也可用于1 0 k v 以上的高压供电系统及发电厂 变电站的综合监 测 新余市正扬电子有限责任公司的配变监测终端 以数字信号处理器d s p 为核 心 具有实时数据采集 电量计量 历史数据存储 故障报警等功能 该装置主要 适用于监测配电变压器 配电线路运行状态和补偿配电网无功 南京市正泰龙电子有限公司的z t l c 2 w a 配变监测终端 采用了先进的微电子 技术 具有三相多功能电度表数据的采集 存储 预处理和上传的功能 该终端主 要应用于公共杆变 箱变 用户变的抄表 状态监测和数据分析 与上述产品不同 本文研制的配电测控系统以高性能的嵌入式系统a r m 7 处理 器为控制核心 实时监测配电系统的各种运行参数 是集数据采集 通讯 电网参 数分析 无功补偿等功能于一体的新型配电测控系统 该测控系统主要用于交流5 0 h z 0 4 k v 低压配电网中配电变压器 配电线路的监测及无功补偿控制 并且具有 各种限值参数设置及硬件闭锁功能 使装置参数永久可靠保存 最多可存储三个月 的历史数据 该系统具有功能全面 操作灵活 安装简单等特点 符合配电自动化 产品集成化 智能化和综合化的发展要求 将会成为今后最为理想的电力产品之一 广东工业大学硕士学位论文 1 3 本课题的主要研究内容 1 3 1 本文的主要工作 本课题是来源于电力设备公司产品项目 作者首先从配电测控系统应用到的理 论进行介绍 随后在理论分析的基础上 结合实际 提出配电测控系统的整体设计 方案 并按照此方案设计测控终端的硬件 软件以及测控中心管理系统软件 最终 完成配电测控系统的开发和调试工作 本文所设计的新型配电测控系统可实现数据采集 通讯 自动无功补偿 电网 参数分析等功能 主要适用于交流5 0 h z 0 4 k v 低压配电系统及无功补偿控制装置 的监测 本课题是公司的一产品项目 其创新点主要体现在 1 该系统的测控主板以嵌入式系统a r m 7 处理器为主控芯片 替代了一般的d s p 芯片 具有外形小 性能高 功耗低 成本低等特点 2 该系统的测控终端与主站之间采用基于2 g 网络的g p r s 数据通讯方式 具 有实时性好 可靠性强 安全性高等特点 3 该系统的后台管理软件具有功能全面 界面美观 操作简单等特点 4 该系统基于工业网络和计算机网络 并实现双网无缝连接 为解决公变 专 变 农变现场数据采集传输服务提供了最方便 最可靠 最经济的通讯传输手段 将解决长期以来数据采集网络系统难度大 成本高 可靠性差 构建复杂的瓶颈问 题 1 3 2 本文的结构安排 本论文的结构安排如下 第二章介绍了配电测控系统的相关理论 第三章概述 了配电测控系统的总体设计方案 第四章主要对配电测控系统的下位机 配电测控终 端的硬件系统设计进行了详细介绍 接着第五章对配电测控终端的软件系统设计进 行了描述 第六章着重分析和讲述了配电测控中心的后台管理系统的设计方法 第 七章在前述设计基本完成的基础上 对整个配电测控系统的硬件 软件进行了调试 并得到了良好的效果 最后是对全文的总结和对今后工作的展望 4 第二章配电测控系统相关理论介绍 第二章配电测控系统相关理论介绍 2 1 配电网无功补偿方式及控制策略 2 1 1 配网无功补偿原理及方式 根据电力系统对无功补偿的基本要求 系统中的电源发出的无功功率应该大于 或至少等于负荷所需的无功功率与网络中的无功损耗之和 为了保证无功补偿装置 运行的可靠性和适应无功负荷的增长 系统还需预留一定的无功备用容量 9 当系 统中的电源发出的无功功率少于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗之和 即 系统无功功率不足时 应考虑加装无功补偿装置 配电网中最常用的无功补偿装置 就是并联电容器 下面详细介绍并联无功补偿的基本原理 在实际电力系统中 大部分负荷如异步电动机 变压器等为感性负荷 所以可 将负荷等效电路看作电阻r 与电感l 串联或电阻r 与电感l 并联的电路 则并联 无功补偿的等值电路如图2 1 所示 li ur i i 瓯 a r 与l 串联b r 与l 并联 图2 1 并联无功补偿的等值电路图 a ra n dli ns e r i e sb ra n dli ns h u n t f i g 2 1e q u i v a l e n tc i r c u i to fs h u n tv a tc o m p e n s a t i o n 对于r l 串联的负荷 在图2 1 a 中 当并联电容器不投入时 数为 r 叩 丽 当并联电容器投入时 电源的功率因数为 电源的功率因 2 1 广东工业大学硕士学位论文 c 0 s 舻乒葫 亿2 比较式 2 1 与式 2 2 可知 投入并联电容器后 电源的功率因数将增大 特别 是当f x c i l x l 时 电源的功率因数为1 a 欠补偿b 过补偿 图2 2 并联无功补偿的向量图 a u n d e r c o m p e n s a t i o nb o v e r c o m p e n s a t i o n f i g 2 2t h ev e c t o rg r a p ho fs h u n tv a tc o m p e n s a t i o n 由图2 2