基于单片机的低压配电网综合参数测控系统研究-开题报告

中 北 大 学毕业论文开题报告学 生 姓 名： 学 号：学 院 、 系 ： 信息与通信工程学院电气工程系专 业 ： 电气工程及其自动化论 文 题 目 ： 基于单片机的低压配电网综合参数测 控 系 统 研 究指 导 教 师 : 年 月 日开题报告填写要求1开题报告作为毕业论文答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业论文工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效；2开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3学生写文献综述的参考文献应不少于 15 篇（不包括辞典、手册） 。文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标 GB 771487文后参考文献著录规则 的要求书写，不能有随意性；4学生的“学号”要写全号（如 0201140102） ，不能只写最后 2 位或 1 位数字；5. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004 年 3 月 15 日”或“2004-03-15”；6. 指导教师意见和所在系意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。毕 业 论 文 开 题 报 告1结合毕业论文情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文 献 综 述1.1 课题研究背景及意义低压配电网系统包括 36kv 以下电压等级的终端用户变电所的内容。由于（1）10（35）kv/380 终端变电所一般分布在负荷相对集中的地方，其终端用户变电所系统中涉及面最广；（2）它是电能最终分配并且直接送往用户产生经济效益的变电所；（3）其负荷回路多、开关类型多、故障率高等特点使其成为电力系统中实现综合智能监控难度较高、也是进行综合自动化的最薄弱的领域，但是它的运行情况直接影响电力系统的整体水平 1。而且由于我国电力用户功率因数偏低且低压配电网的非线性、不对称以及冲击性负荷迅速增多，也使电网的电能质量恶化。因此进行对配电网测控系统智能化，对在线运行电网设备远方监测和控制的研究对提供运行安全、可靠性及经济效益等方面都有重要的现实意义。其所监控的参数主要为三相四线 220V 交流电压、频率和 5A 的交流电流以及功率因数、无功功率、有功功率等参数。对低压配电网综合参数测控系统的研究既是发展国民经济的要求也是电力企业自身发展的需要。另外对于配电网系统和电力用户，进行适当无功补偿既可以减轻上一级电网的压力也可以提高用户配电变压器的利用率，从而改善用户功率因数和电压质量，有效降低电能损失、减少用户电费、提高供电能力。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状在一些发达国家中，其配电测控系统已形成了集变电所自动化、馈线分段开关测控、电容器组调节控制、用户负荷控制和远程抄表等系统于一体的配电管理系统（DMS） ，能也多达 140 余种。国外很多著名电力系统设备的制造厂家均推出了各具特色的配电系统自动化的产品 2。日本从上世纪出 50 年代采用自动隔离故障区至今已完成了计算机系统与配电设备的配电自动化系统，实现了配电线故障后的按时限自动顺序送出以及配电线开关的远方监控。韩国、台湾地区于 90 年代完成了局部馈线自动化，建立了配电网自动化实验网络。新加坡也在上世纪投运完善大型配电网的 SCADA 系统。从国外配电系统采用的通信方式看，还没有一种通信技术能很好地满足于配电系统所有层次的需求。由于一个配电自动化系统的通信系统是由多种通信技术综合而成，因此各层次据实际需要选择合适通信方式 3。目前，国外致力于配电自动化专家系统和配电网仿真培训系统等的研究，并研究通过优化负荷分配减少损耗且对变压器负荷进行管理，以求最大限度地利用变压器容量并降低系统有功损耗，及按即时电价对用户负荷进行管理等。1.2.2 国内研究现状配电技术的现代化是社会技术经济发展到一定程度后的产物，相对于欧美等发达国家我国起步较晚，技术相对落后。目前我国的配电网结构还是比较薄弱的，绝大部分为放射树状结构，而且多数为架空线，供电半径不合理，导线截面过小，供电可靠性差，损耗高，电压质量差 4。传统的低压无功补偿装置可靠性差，严重影响了电网的质量。自动化程度低、管理不善是造成这些情况的重要原因。从 20 世纪 90 年代以来，我国电力系统 35kv 变电所实现了四遥功能，但是规模覆盖变电所自动化、馈线的故障的定位与隔离及自动恢复供电、负荷控制、远程自动读表、最低网损、电压、无功优化、配电投资系统、变电配电和用电管理信息系统的配电网综合管理系统，则都是近年来才开始起步的 5。上海市在浦东金桥金藤开发区实施了配电自动化工程，基本达到遥控、遥测、遥信的目的，但规模小，造价高且依赖进口设备，不便于推广。此外，北京，沈阳也进行过一定规模的尝试。目前我国第一套通过技术鉴定的配电自动化系统是银川城区配电自动化系统。其全部采用国内自行研制的设备实现了配电网中 30 余条进线、几十条馈线和 7 个开闭所及小区变的全面监控，获得了大量宝贵的经验 8。目前，通过这些试点，由配电主站、子站及馈线终端构成的三层结构已得到普遍认可，另外光纤通信作为主干网的通信方式也得到共识 9。目前，我国研制出来的测控仪能准确的测量出配电网的电压、电流、功率因数、功率等用电参数并进行功率因数自动校正、无功补偿等功能 10。对比与国外的先进技术，我国还有很多的不足。利用好城市网、农村网建设与改造的有利机遇，发展配电系统自动化技术，做好低压配电网综合参数测控系统的研究有着非常重的意义。1.3 本课题相关技术综述在低压配电网中，输电线路一般采用三相四线制。三条线路分别代表 A,B,C 三相，另一条是中性线 N。在进入用户的单相输电线路中，有两条线，一条我们称为火线，另一条我们称为零线，零线正常情况下要通过电流以构成单相线路中电流的回路。而三相系统中，三相平衡时，中性线（零线）是无电流的，故称三相四线制；在 380V 低压配电网中为了从 380V 线间电压中获得 220V 相间电压而设 N 线，有的场合也可以用来进行零序电流检测，以便进行三相供电平衡的监控 15。在高电压及大电流的测量中，测量器具往往无法对被测电压或电流进行变换，这时需要先对电压或电流进行变换，这时便出现了互感器。电压互感器结构相当于一台降压变压器，其与变压器的区别一是其对电压变换的比例及前后相位有严格要求，二是其主要传输被测量的信息 19。电流互感器相当于一台电流变换器，其与电流变换器的区别一是对于变换的比例及变换前后的相位有严格的要求，二是其主要传输被测电流的有关信息 20。Proteus 软件是一款 EDA 工具软件。它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。参考文献：1王明俊，刘广.配电系统自动化及其发展M.北京：中国电力出版社，19982魏君.论我国配电网馈线系统保护技术现状及发展趋势J.今日科苑，2008,4:513迟延，郑为民，黄华清.低压配电监控系统的研制J.集美大学学报（自然科学版） ，2003,6，8（2）:139-1444安东.我国配电网技术现状及发展C.见 2005 年度获奖优秀学术论文集，兰州：甘肃省电机工程学会，2005：311-3155Jorge E.Mendoza,Miguel E.Lopez,Hector E.Pena,David A.Labra.Low-Voltage Distribution Network optimization:Site,quantity and size of distribution transformersJ. Electric Power Systems Research，2012,916王金丽，盛万兴，王金宇，杨洪磊，宋祺鹏.中低压配电网统一数据采集与监控系统设计和实现J.电力系统自动化，2012,36（18）7李颖峰.低压配电网无功补偿方式及优化研究J.电气应用，2008,12,27（19）8许加柱，李晓芳，黄际元，姚新丽，向博，廖闻迪.低压配电网智能监控与控制终端硬件设计J.电工电能新技术，2012,4：79-829张晋格.计算机控制原理与应用M.北京：电子工业出版社，199510黄晓燕.无功补偿技术在低压配电网中的应用J.科技资讯，2009,1911Nuutinen，Peltoniemi，Silventoinen. Short-Circuit Protection in a Converter-Fed Low-Voltage Distribution Network.IEEE Transactions on Power ElectronicsJ,2013,28(4)12高岩.计算机技术在低压配电网管理中的应用J.控制工程，2002,9（3）13R.Chitra，R.Neelaveni. A realistic approach for reduction of energy losses in low voltage distribution networkJ . International journal of electrical power and energy systems，2011,33（3）14Louis E.Frenzel .Transceivers Bring New Life To RS-485 And RS-422 Networks . Electronic designJ，2011,59（16）15Jeffrey L.Rothman,richard Michta.Design of Multi-purpose Data-Acquisition System Based on MCU PIC 16F877C. 5th International Symposium on Test and Measurement(ISTM/2003) v.1，ShenZhen,China,2003,116李学海，PIC 单片机使用教程基础篇M,北京：北京航空航天大学出版社，2002.917Gabriele DAntona,Carlo Muscas,Sara Sulis. Localization of Nonlinear Loads in Electric Systems Through Harmonic Source Estimation .IEEE Transactions on Instrumentation and MeasurementJ,2011,60（10）18陈霞，解析城市低压配网改造J.大科技，2012,20:167-16819陈向群.电压互感器的工作原理及误差J.大众用电，2003,11：37-3820陈向群.电流互感器的工作原理及误差J.大众用电，2003,11:37-38 毕 业 论 文 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：2.1 本课题要解决的问题本课题主要需要研究一个测控系统用于监测三相四线制的 A、B、C 三相 220V 交流电压、频率和 5A 的交流以及功率因数、无功功率、有功功率等参数，并根据控制要求发出报警信号、投切电容器组，进行无功补偿以确保功率因数在可控范围内，还可以向控制站发送用电参数及事件的报表。2.2 本课题拟采用的研究手段该系统的总体方案拟用以下方案：系统的总体结构图如图 2.1 所示。主控电路板的电路原理框图如图 2.2 所示。图 2.1 低压配电网系统的整体结构图RS485来自互感器的电流信号来自互感器的电压信号ATT7026PIC16F877上位机输出控制LCD强电信号电路板 继电器组金属隔离层弱电信号电路板 输出控制RS485 通信 键控输入 LCD 液晶显示板图 2.2 主控板的电路原理框图该系统主要采用了 PIC16F877 单片机为主控芯片。专用电能计量芯片 ATT7026 作为计量芯片，将测量参数通过 SPI 口传给 MCU。其信号采集用交流采样方案。电压互感器选 220V/0.5V 精度 0.05 级，电流互感器选 5A/2.5mA 精度 0.05 级来转换三相四线制用电参数的交流信号。选用串行通信作为数据交换的手段，接口选用 RS485。整个系统将所测量的参数和信息送往调度中心，并根据控制要求发出报警信号、投切电容器组，进行无功补偿以确保功率因数在可控范围内。在整体结构上采用三层电路板。 毕 业 论 文 开 题 报 告指导教师意见：指导教师： 年 月 日所在系审查意见：系主任： 年 月 日附件：参考文献注释格式学术期刊 作者论文题目期刊名称，出版年份，卷(期)：页次如果作者的人数多于 3 人，则写前三位作者的名字后面加“等” ，作者之间以逗号隔开。例如：1 李峰，胡征，景苏等. 纳米粒子的控制生长和自组装研究进展. 无机化学学报， 2001, 17(3): 3153242 J.Y.Li, X.L.Chen,H.Li. Fabrication of zinc oxide nanorods. Journal of Crystal Growth, 2001,233:57学