浅析智能电网调度技术支持系统

论文题目浅析智能电网调度技术支持系统小二号黑体居中小二号黑体居中空二行空二行罗马字母空一行目录罗马字母空一行摘要……………………I第一章绪论……………………11.1××××××××××……………31.1.1××××××××……………………4第二章×××……………62.1××××××××××……………6..小四号宋体,小四号宋体,行间距为20磅.第X章××××××××…………………21参考文献……………………23附录……………24致谢…………28PAGEI摘要尽管当前电气系统的运行变得越来越成熟并且参数设置变得越来越完善，但是由于电气网络的广泛分布，它目前处于智能输配电网络中中国的农村地区，气候和地理环境的快速变化，以及庞大的用户群。进展仍然困难。现有的电网通常是刚性系统，并且智能程度仍然很低。电网的协调控制能力并不理想。系统的自我修复和自我修复功能完全取决于物理冗余。对用户的服务形式简单，信息简单，缺乏，良好的信息交流机制。智能监控终端是通往智能传输/分配网络的非常关键的物理链接。显然，为所有信息交互，配电和其他智能电网运营提供硬件支持非常重要。此链接中缺乏技术将无法对电网进行智能化。此设计基于中国配电网络的现状和配电自动化的要求，并在查阅大量相关文件并分析其发展状况和趋势的前提下国内外配电终端。关键词：配电网，智能监测终端，配电自动化第一章绪论1.1研究背景1.1.1研究的意义电气系统和电网已经工作了很长时间，各种参数设置和维护经验已经非常成熟。作为当今能源流量最高的系统，其稳定，可靠和安全的运行影响着整个国家。公民教育，医疗甚至工业防御是综合国力的体现。但是，对电网运行的要求显然不能局限于稳定性，因为这些要求每天都在变化。智能电网绝对是电力系统未来的发展趋势。尽管它可以可靠地供电和分配电源，但它更智能，更易于使用。它的发展越来越引起中国有关部门的关注。作为智能电网实施终端检测的重要组成部分，电流表仍缺乏许多功能，并且在分析电能和数据传输质量方面性能中等。因此，本设计研究具有明确的意义和目的，其目的是准确记录配电网的实时数据，并进行电能质量和故障管理的相关分析。智能电网可以通过电子终端，实时，高速，电力，电信，电视，智能设备控制以及充电，读取，双向供电，集成，在网络用户，用户和企业之间形成网络交互和即时连接。数据，电池，多功能开发和用户。转售电能；将数据集成到系统中，改善中央电源系统的集成，获得有效的关键负载保护，并将多个电源和客户终端与公用电网无缝互连，以提高整体的整体可靠性，可用性和效率电网。1.1.2国内外配电检测技术的发展及研究现状智能配电网络的发展目标是充分利用现代管理理念，并采用先进的计算机，电力电子，数字控制，通信，信息和传感器来实现更高的目标。积分。配电网使配电网可靠，运行效率，电能质量和主要技术装备水平更高。目前，中国超过90％的用户中断是由配电网造成的，一半的传输损耗发生在配电网中。因此，高效稳定的智能电网已成为智能电网发展的关键环节。为了从头开始构建智能配电网络，智能配电终端系统的开发和使用是至关重要的环节。当前，配电系统中有成熟的配电自动化终端。这些终端通常具有串行接口或网络接口。支持多种协议，可以执行遥测和远程控制。但是，这些终端通常不具有保护功能或分布式智能功能，并且隔离和故障转移取决于主站。中国国家电网公司在2010年发布的《智能电网关键设备系统研制规划》仅明确规定了终端的研发内容和预期目标。研发的内容是进行配电网络的全景数据收集，保护和控制：主题演讲的目的是开发状态监测，电能质量监测，测量，控制和保护智能设备。功能完备的配电网络实现了初级设备和设备的高度集成。现有的电网通常是一个刚性系统，并且智能水平仍然很低。电力输入输出和电力输出缺乏良好的灵活性。电网的协调控制能力并不理想。系统的自我修复和恢复功能完全取决于物理冗余。用户服务表格很简单。信息简单，缺乏共享信息的良好机制。1.1.3智能配电网发展趋势电网是经济和社会发展的重要基础设施。近年来，电网安全运行的目标环境正在发生巨大变化。电网的负荷正在迅速增长，能源市场的运行因素对电网的运行影响越来越大。接受各种非人为因素，例如全球变暖，给电网的正常运行带来了许多新挑战。随着时间的流逝，电网不断吸收工业化和计算机化的成就，因此各种先进技术已经集成并应用到电网中，与传统能源技术的有机结合得到了极大的改善。能源系统的功能。如今，能源技术的发展带来了电网的主要思想，并提出了许多新功能，例如自修复，兼容性，集成，优化等，并且能源市场对此水平提出了更高的要求。自动化和电网信息。可以预见，随着多个行业的技术更新，电网的智能化将成为必然趋势。1.2国内外配电检测技术的发展及研究现状分布式传感技术是从传统的电磁控制和测量设备技术发展而来的。电气测量理论和仪器技术的发展经历了许多重要步骤。早期，电气测量技术主要基于模拟测量，并且使用了基于电磁通量原理的现代仪器，如电压表，电流表和功率计。在线测量各种网格参数。然而，机械结构和电磁通量的结构非常复杂，测量精度难以提高，并且由于不能提供诸如有功功率和功率因数的电矢量而难以输出数字信号。因此，难以传播网络的智能工作。在20世纪50年代，数字电子技术和微电子技术的引入促进了电测量技术和仪器的发展，而模拟电测量仪器逐渐被数字仪器所取代。密钥采样是此阶段的主要方法。首先，将直流对象的测量值量化为恒定电压值，然后计算电压和频率，然后对时移进行校正和滤波以将其转换为相应的直流值，然后通过测量平均值来测量此参数的有效性。值。该方法的软件设计简单，计算速度快。只能通过缩放采样值来获得测量值。但是，直流采样方法存在一些问题。例如，测量精度直接受到整流器电路的精度和稳定性的影响，并且难以调整整流器电路的参数。自20世纪80年代中期以来，电气仪器和测量技术已进入快速发展的新阶段。大规模集成电路技术的发展减小了可放置在设备内部的芯片的尺寸，这使该设备具有智能功能，如控制，存储，计算，逻辑判断和自动操作。在解决测量问题的广度和深度方面取得了重大进展。随着计算机技术的不断进步和功率参数实时测量的提高，交流采样技术已逐渐取代了传统的直流采样方法。在20世纪90年代中期，计算机和微电子技术的发展以及船舶视图自动化系统的实施进一步促进了对电能质量问题的研究和监测设备的发展。过去，几个高速，高分辨率的模数转换器，采样和保持设备，多路复用器和转换器被用来形成同步采样模块，并且这些模块逐渐被专用的高精度同步采样模块所取代。AD7864，AD73360等源自AD公司，特别是随着功能功率测量芯片的出现以及16位和32位嵌入式芯片的发展，处理速度和集成度不断提高，强大的技术可以部署设备。1.3本文主要内容与结构中国船舶的现状以及实现配电监控自动化的目的和重要性，讨论监控技术的发展和现状，并比较不同的现有配电监控终端。针对实际应用中的精度，价格，通讯，可靠性等问题，提出了一种高精度，高可靠性的配电变压器监控系统设计方案，并完成了样机的生产调试。第二章系统总体设计2.1主控方案选择在审查了许多相关文件之后，对照明参数的测量和控制进行了全面分析，在供应站区域没有过程控制，也没有在线监视。中国的农业电网能源已经整合，综合分析结果更符合实际情况。控制方案如下。首先，德州仪器（TI）TMS320F28335TMS320F28335是德州仪器（TI）发布的高性能32位浮点数字信号处理器。主频率可以达到150MHz，并且具有单精度浮点运算单元。丰富的片上资源，256k×16位闪存，34k×16位SRAM，3个32位CPU定时器，3个SCI（UART）模块，1个SPI模块，1个I2C总线，2个CAN总线通道和McBSP总线一个以上的TMS320F28335系统（例如通道模块）控制内核并控制外围芯片的操作。它主要完成船舶运行预测数据的实时处理，事件记录，电能质量分析，网络数据存储，远程通信以及开关量输出的二次处理。ADE7878主要完成船舶预报运行数据的一次性收集和计算，并将通过船舶预报收集的实时运行数据通过SPI连接到TMS320F28335。配电网络中的电流信号通过LCTA21CE。超紧凑型精密电流传感器（40A/20mA）收集并组合一些外围采样电路，将其转换为差分电压信号，然后将其传输至ADE7878的电流信号输入端子。电压信号采集通过LCTV31CE精密电压转换器（2mA/2mA）直接发送到ADE7878电压信号输入端子。外围电路模块包括实时时钟电路，数据存储电路，监控电路和RS485通信电路。该程序的总体结构如下。电流互感器电流互感器电压互感器DSPTMS320F28335电能计量ADE7878实时时钟电流输入通道电压输入通道计时误差信号数据储存看门狗RS485通信图2-1基于TMS320F2835DSP芯片的监测装置结构图2.2AT91SAM7S256单片机该芯片是基于Atmel生产的ARM7TDMI的高性能32位RISC微处理器，具有高达64KB的SRAM和256KB的高速闪存，以及受保护的8级优先级中断向量。外部中断源。1个快速中断源，3个通道16位定时器，32个可编程的多个I/0，每个I/0最多2个外设，1个8通道10位SAR模数转换器，1个SPI和1个片上有2个具有丰富资源的UART，例如2个WEI接口，它们提供2种调试方法：JT和DEBUG。基本结构参数如下：核心处理器：ARM7核心大小：16/32位速度：55MHz连接性：I²C，SPI，SSC，UART/USART，USB外围设备：低压检测/复位，DMA，POR，PWM，WDT输入/输出数量：32程序存储容量：256KB（256Kx8）程序存储器类型：FLASHRAM容量：64Kx8电压功率（Vcc/Vdd）：1.65V〜1.95V数据转换器：A/D8x10b振荡器类型：内部工作温度：-40℃〜85℃封装/外壳：64-LQFP包装：纸盘综上所述，德州仪器（TI）的TMS320F28335系列芯片相对昂贵，而通用性和兼容性却相对较差，因此我决定在本设计中选择AT91系列微控制器作为主控制芯片。2.3配电终端设计需求监控系统需要实时监控显示的网络功率参数，包括电压有效值，电流有效值，三相总有功功率和频率。根据设计目标，本设计中配电网智能监控终端的具体功能要求应为：（1）提供测量数据的实时传输功能可以记录三相交流点的测量数据，包括三相电压，三相电流，视在功率，频率和谐波以及该时间或固定时间的其他物理量，并计算峰值和各种平均值参数。值和超时可以在主站需要时及时发送数据。（2）故障监视和报警功能它可以自动检测异常运行状况，例如变压器输出缺相，功率损失，电压损失，过大的电压和电流限制，并将故障项目和异常警报信息报告给站长。（3）通信和数据传输功能短程有线通信通过RS485完成，并且GPRS无线模块用于远程控制主站。绝对要上传各种统计和测量数据，以实现远程参数设置功能和时间同步功能。（4）设备诊断和恢复功能具有监控设备的自我诊断，关机数据保护和自动故障恢复功能。（5）更改监视和健康控制功能您可以收集三相断路器状态量。当开关状态改变时，它可以记录并报告基站的当前状态和出现时间，并且开关组合可以由继电器控制。此外，它必须能够从外部脉冲能量计读取数据信息。2.4配电网监测终端的总结和工作原理根据我们的知识和在相关文献中的讨论，我们决定基于TRU和FTU等许多国内外技术解决方案，使用高精度ADE7878功率测量芯片来收集交流信号。三相负载电流和三相物理量（例如电压，无功功率和功率因数）和主控制板使用AT91SAM7S256微控制器和通信模块。它由一个按钮和一个显示模块组成。它基于配电变压器监控终端的两个主要功能：电源参数的收集，智能监控和数据通讯管理以及配电和监控的三级结构设计思想。本文的终端将在下一章中进行设计。以及主控制面板和仪表模块。详细说明。配电变压器监控终端使用信号和数据采集电路来收集配电系统和电源中的实时功率参数，例如三相电压，三相电流，有功功率，无功功率，功率因数，线路频率等。疾病。被告知。例如，断路器，隔离开关和其他设备的运行状态，以及警报等信号。然后，终端将收集的数据发送到中央控制单元的微处理器，以进行数据分析和计算处理。中央控制组件根据系统要求存储下一次呼叫的查询，计算，处理和统计信息。或者，可以通过数据通信接口将数据发送到电子分配站，或直接发送到主控制站管理系统和其他终端设备。同时，根据数据采集和处理结果，可以对功率因数进行实时补偿或输出控制信号。同时，中央控制组件可以从系统的主控制站接收控制命令，完成系统的数据传输和控制功能，并连接到网络。人机界面电路主要由键盘和显示电路组成，用于终端参数设置，数据修改，数据显示和查询等。数据通信接口电路用于终端与变电站或主站与其他设备之间的数据传输。该电路通常被设计为多个接口电路，以满足系统的各种通信方法的需求。控制输出电路主要用于更改系统的无功功率，以及在特殊或紧急情况下进行更改。本设计的智能监控终端由信号和数据采集电路，数据分析和处理电路，控制输出电路以及人机界面电路组成。配电变压器管理监视系统连接到系统中所有分布在配电变压器中的配电变压器监视终端，并且可以连接到运行状态和配电状态所有变压器的运行。配电网络中所有充电点的电能测量数据。从电网模型的统一管理中，形成配电管理系统本身与其他配电管理子系统共享的数据资源，分析配电和运输条件，优化整个电网。无功功率，线损分析和能源市场分析统计数据，评估，系统性能指标和其他功能的分析。第三章主控电路设计与实现3.1主控总体结构主控制板是整个监视终端的中央部分。它主要负责接收信息以进行主站的咨询和控制；计算并统计分析模块的收集结果，以生成各种统计数据；监控交换机状态，并在出现异常时及时发出警报。并检查开关的打开和关闭；本地存储，真实数据和状态信息。使用RS485和GPRS两种通讯方式将实时数据和现场信息传输到主控站。3.2主控模块电路1.AT91SAM7S256微控制器部分该芯片基于ARM7TDMI微处理器。根据配电网智能监控终端的设计要求，结合其片上资源，有必要扩展AT91SAM7S256的相应功能，主要包括以下几个方面：（1）由于AT91SAM7S256不为地址/数据总线提供外部接口，因此人机界面控制和外部扩展需要将总线扩展为128MbitsNANDFlash。（2）AT91SAM7S256仅具有两个UART，不能满足终端UART通信接口的要求，因此有必要扩大孔并扩展两个UART接口。（3）FM3116点存储器用于存储仪表读数数据，同时提供外部监视，实时时钟和其他功能。2.铁电存储器铁电存储器（FRAM）是近年来落后的新型处理器。原理是将铁电晶体的铁电效应用于数据存储。由于铁电效应是铁电晶体固有的极化特性，因此与电磁效应无关，因此存储内容不受磁场等因素的影响，可以用作普通存储器。它具有可变的存储特性。无需定期更新内存。停电后将立即保存它。它具有写入速度快，电压低，功耗低，擦除耐久性高和抗辐射性强的特点。非常适合数据采集和写入场合。数据长时间存储时。过去，由于EPROM的最高写入速度和较低速度，传统的能量存储和测量解决方案通常将能量脉冲临时存储在SRAM中，并在存储到SRAM之前先累积到一定值。EPROM。以这种方式关闭后，部分能量脉冲值将丢失，从而降低了电表的精度。借助铁电存储器，每个能量脉冲都直接存储在FRAM中，以确保实时能量写入并消除停机检测电路，从而确保最大的数据可靠性。FM3316是下一代RAMTRON16KB铁电存储器。该存储器还具有诸如实时时钟，欠压复位，看门狗计数器和非易失性事件计数器的功能。当系统关闭或电压低时，实时时钟和事件计数器需要备用电源以维持正常运行。如图3.3.2所示，FM3116使用TWI与AT91SAM7S256进行通信，以存储电表模块的电能参数信息。当存储的数据达到一定容量时，数据将被传输到NAND闪存中，以确保数据的实时性能。同时，事件计数器用于记录要复制的外部设备的能量脉冲，因此即使关闭系统电源，系统也不会丢失能量测量信息。当AT91SAM7S256工作异常或电源电压低于2.9V时，FM3116将复位AT91SAM73.扩展总线和串行端口系统使用128Mb的NANDFlashK9F2808U0A存储LCD字符汉字库，应用程序备份和各种参数。AT91SAM7S25612通道GPI0用于模拟外部总线所需的ALE/AD0`8信号。3.3开关检测和控制开关量获取电路模块主要用于监视配电开关的状态。您可以将数据实时上传到主控制模块，并从主控制模块获取反馈信息，并控制或报警相应的开关。与高压输电侧一样，配电侧的功率断路器包括断路器，断路器等。因此，断路器检测应包括断开状态和断开状态等信息。设备关闭，保护，自动重合闸的运行状态以及设备的预期运行状态。为确保收集的信息正确无误，收集联系信息时应采取隐私措施。为了确保所收集的信息正确可靠，在收集联系信息时必须采取必要的隔离措施，以防止干扰信号进入单芯片系统。该项目使用光耦合器实现内部电路与外部电路之间的电气隔离，如图3-4所示。开关触点串联在输入电路中。R1和C组成一个低通滤波器，以滤除高频干扰。同时，电阻器R1在限流中也起着作用。R2用作光危害阳极输入端的拉出电阻。在打开状态下，拉下阳极以避免轻微损坏，并确保在打开状态下信号的稳定性。Z1是一个12V缓冲管，用于过滤掉12V以下的干扰信号，而D1保护光灾难免受反向击穿。另外，在光灾的两端都使用独立的电源，并且它们没有共享的基座，因此，光的根源可以起到隔离的作用。开关量获取的工作原理是：当配电开关处于闭合状态时，辅助触点闭合，信号经电路输入到光电耦合电容器，然后根据收集光电二极管输出的高电平和低电平来调整开关状态。3.4按键控制和人机交互在整个监视终端中，编码是最重要的输入组件之一。它用于手动操作终端以执行诸如升高，降低，确认，取消和重新启动的功能。该终端根据设计要求设计了5个按钮，这些按钮由AT91微控制器的2通道ADC收集。具体的实现原理是：按下K1或K3时，KEY1或KEY2的电平为3.3V，按下K2或K4时。不活动时，由于电阻的分压，接收到的信号为1.5V。通过收集和识别不同的电压，可以判断按键输入。3.5显示模块根据设计要求和实际情况，此监视终端的显示模块决定使用LED指示器和LCD屏幕的组合。液晶屏部分采用192*64点液晶显示，可以显示汉字，数字，甚至图形。LCD模块的复位信号由GPIO提供的其他外围电路共享，而数据和其他控制信号由扩展总线提供，并且LED由3ULN2003A驱动，指示开关控制信号，电源电路，电能计量和通信电路的工作状态。3.6通讯模块本设计的监控终端采用两种通讯方式：RS485和GPRS。RS485负责与过程仪表通信并读取其能量测量信息，而GPRS网络则负责与远程基站进行通信。（1）RS485RS485是电力系统行业中使用最广泛的标准接口。点对点差分数据传输的电气规范。该接口可以在单条双绞线上实现半双工主从多点通信，具有出色的噪声抑制能力和高可靠性。终端选择SN65LBC184D以完成RS485通信收发器功能。该芯片具有瞬时高压抑制功能，可以承受静电放电和雷击，避免了由交流误差引起的异常高压脉冲的影响，并且可以适应恶劣的环境。RS485通讯接口电路如图3-7所示。在缓慢充电和快速释放电路以及“NO”门之后，主控制模块的TXD扩展串行端口将信号发送到/RE和DE，并且没有门来控制发射器和接收器的激活。当RS485接口发送数据时，TXD输出为低电平，电容器立即通过D23放电，NOT输入为低电平，DE和/RE输入为高电平，并且SN65LBC184D控制器输出为开。相反，当RS485接收数据时TXD输出为高电平时，D23锁定，信号通过R58将逆变器输入更改为高电平，然后DE和/RE输入为低电平，并且SN65LBC184D接收器输出打开。考虑到终端的实际通讯环境可能很差，RS485通讯接口，特别是电源，通讯接口及其他连接的信号线，必须采取一定的防雷，抗干扰措施。到外面的世界。如图3.8所示，SC16IS752和SN65LBC184D的扩展串行端口必须通过光耦合器隔离，并且SN65LBC184D的RS485信号线必须连接到防雷电路。VR3和VR4具有自动恢复安全功能，可以防止信号线过载。D22是可防止信号线之间过电压的稳压管。（2）GPRS通信GPRS通用无线分组服务是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，可提供端到端的广域无线IP连接。简而言之，GPRS是一种高速数据处理技术，它以“数据包”的形式向用户传输数据。GPRS始终在线，实时通信，流量统计，安全可靠，根据覆盖范围广的优势，终端通过GPRS通信与主站通信，实现远程控制和GPRS传输。配电变压器端子数据。第四章电能表模块的设计与实现4.1电能表模块总体结构电能表模块的职责是采集电力系统的多项物理量。根据设计要求，本配变监测终端的总体硬件结构图如图4-1所示。图4-1表模块硬件结构图经过继电器和互感器得到的弱电回路信号，在经过ATT7022B采样运算后，得到三相电压、电流、功率因数等参数，再通过接口送到表模块主空气STC12C5412，同时该主控器会接收CPU的控制信号，对采集的数据惊醒初步处理，再通过自定义的串行通信协议将结果发送给主控板。4.2三相电能计量芯片ATT7022B4.2.1芯片简介ATT7022B时钟模块的核心组件是三相基波/谐波能量测量芯片，具有高可靠性，高精度和高稳定性，适用于三相三相或三相四线系统。在系统应用中，1000:1动态范围功率测量精度优于0.1％，RMS电压和电流测量精度优于0.5％5％。ATT7022B具有许多优势，例如全面的测量参数，完善的校准功能，简化的硬件设计，降低的设计成本以及较短的软件开发周期。ATT7022B集成了高精度16位7通道ADC和高速24位DSP，可以测量电流，有效电压，有功/无功/视在功率，有功/无功/视在电能和其他参数。ATT7022B还可以分别测量基本能量，测量总有功/无功能量，基本有功/无功能量，谐波有功/无功能量，视在能量和其他参数，以消除谐波能量对发电机的负面影响。测量。能源行业的公平计费提供了基准。此外，ATT7022B的第7个ADC可用于防止电盗，并且芯片上具有内置温度传感器以支持软件校准。所有测量和校准参数都可以在外部MCU和ATT7022B提供的SPI接口之间传输。4.2.2ATT7022B引脚描述ATT7022B的主要引脚布局如表4-1所示：表4-1ATT7022B主要引脚功能引脚标识特性功能描述1RESET输入复位管脚，地点凭有效2SIG输出ATT7022B上电复位或一场原因重新启动时，SIG变为低电平，当外部MCU通过SPI写入较表数据后，SIG立即变为高电平。3、46、79、10V1P/V1NV3P/V3NV5P/V5N输入A、B、C相电流通道正、负模拟输入引脚。完全差动输入方式，正常工作最大信号电平为+_1.5V，最大承受电压+-6V。13、1416、1719、20V2P/V2NV4P/V4NV5P/V5N输入A,B,C相电压信道正、负模拟输入引脚。完全差动输入方式，正常工作最大信号电平为士1.5V，最大承受电压+-6V。21、22V7P/V7N输入第七路ADC的正、负模拟输入引脚。完全差动输入方式。正常工作最大信号电平为+-1.5V，最大承受电压为+-6V。5REFCAP输出基准电压，2.4V11REFOUT输出基准电压输出，用作外部信号的直流偏置。26SEL输入三项三线(低电平)/三相四线(高电平)选择。27CF1输出有功电能脉冲暑促，其频率反应合相平均有功功率的大小。28CF2输出无功电能脉冲输出30CF3输出基波有功电能脉冲输入/RMS视在电能脉冲输出31CF4输出基波无功电能脉冲输入/PQS视在电能脉冲输出35CS输入SPI片选信号，下降沿有效36SCLK输入SPI串行时钟输入37DIN输入SPI串行数据输入38DOUT输出SPI串行数据输出4.2.3ATT7022B功能概述集成的6通道二阶sigma-deltaADC，参考电压电路和所有数字信号处理电路用于测量功率，能量，均方根，功率因数和频率。它可以测量相和相有功功率，无功功率，视在功率，有功功率和无功功率之和。它还可以测量每个参数相位的电流，有效电压值，功率因数，相角，频率和其他值。满足多功能和多功能三相功率计的需求。它支持整个数字域的增益和相位校正，即纯软件校正。有功和无功电能脉冲输出CF1和CF2提供瞬时有功和无功功率信息，可以将其直接连接到标准电表以纠正错误。有关详细的校准说明，请参阅第3节。它可以测量基本有功功率和无功功率，并提供CF3和CF4脉冲输出，以提供实时的基本有功功率信息和基本无功信息，以及可直接用于基本校准。视在功率输出有两种类型：视在功率RMS和视在功率PQS。CF3和CF4也可以配置为视在能量脉冲输出。提供一个SPI接口，可以轻松地将测量参数和校准参数传输到外部MCU。4.2.4ATT7022B数据处理原理在查阅了ATT7022B用户手册和其他相关材料后，我了解到该芯片具有诸如模数转换，电压/电流相序检测，功率方向判断和电压损耗检测等功能。并且它提供了硬件重置和软件重置。方式。结合所学的电路知识，配电变压器功率参数测量公式中监控端子的设计原理如下：电压有效值：(4.1)电流有效值：(4.2)有功/无功功率测量：单相有功功率：(4.3)合相有功功率：(4.4)去除直流分量后，可以通过一系列过程来获得每个相的有功功率，例如对电流和电压信号进行乘法，加法和数字滤波。电压和电流采样数据最多包含21个谐波，因此根据公式4.3计算得出的有功功率也至少包含21个谐波。组合有功功率根据公式4.4计算。单相无功功率：(4.5)合相无功功率：(4.6)无功的算法与有功一样，区别在于电压信号要超前90度。视在功率测量：PQS视在功率：(4.7)RMS视在功率：(4.8)由于ATT7022B可以直接提供电流和电压的有效值，所以本设计中仅采用RMS视在功率计算。有/无功电能测量：有功能量：(4.9)无功能量：(4.10)合相代数和累加：(4.11)合相绝对值累加：(4.12)当完成上述的参数采集与运算后，这些参数以补码的形式被保存到ATT7022B相对应的24位计量参数寄存器中，用SPI读出之后只需要进行简单的换算即可得到实际测量值。4.3信号转换电路由于此监视终端的设计和适用范围主要适合于监视配电侧的配电变压器参数，因此需要使用电压/电流互感器套件来测量流向弱电流电路的交流电，同时实现两侧的电气绝缘。4.3.1电流采样输入方案电流采样采用差分输入模式，并且输入级叠加有2.4V直流偏置电压。偏置电压由ATT7022B的参考电压输出REFOUT提供。4.3.2电压采样输入方案电压采样输入信号可以达到500V，ATT7022B的电压输入范围为0-1V（有效值），因此ATT7022B的电压输入采用内部放大4倍。遵循最小绝缘距离，高精度和高稳定性的原则，分压器网络由四个温度特性更好的590kΩ（约600kΩ）和一个精度为1％的1.2kΩ插入式金属膜电阻组成。当以这种方式输入额定电压时，电压差分输入电压的有效值约为0.5V。4.4数据采集与处理电路在比较并检查了各种微控制器之后，此设计的监视终端决定使用改进的8051微控制器STC12C5412作为主控制器。STC12C5412是一款高性能，低成本的微控制器。主要性能特点是：该指令代码与现有的8051完全兼容。在1T模式下，速度比普通8051快。支持12KB的片上FLASH程序存储器，512B的片上数据RAM，EEPROM功能提供两个串行通信接口UART和SPI集成硬件监控设备在系统中可编程/在应用程序中可编程宽工作电压范围通过4KV高速脉冲干扰测试。STC12C5412的12KB闪存程序存储器分为24个扇区，每个扇区的大小为512KB，所有这些扇区都可以执行IAP读写操作，并且适合存储ATT7022B校准参数。但是，由于每个扇区都是逐字节编程的，并且逐个扇区地被擦除，因此在校准过程中，最后两个扇区被选择来交换更新的数据。数据采集和处理电路如图4-6所示。STC12C5412和ATT7022B之间有6条数据/控制线。其中，CS，SCLK，DIN和DOUT用于SPI通信。SIG是当ATT7022B打开或异常重启时，由STC12C5412的外部中断1接收到的响应信号。如果希望ATT7022B和STC12C5412在MCU上电并重启后同步工作，则需要控制ATT7022B通过STC12C5412端口P1.0重启。信号通过四通道电源脉冲DART通信接口（CF1`CF4），电源和20信号线在仪表模块和主控制板之间传输包含复位信号的内核。第五章系统软件设计5.1单片机程序总体设计在比较并检查了各种单片机之后，本设计的监视终端决定使用改进的8051单片机STC12C5412作为主控制器。STC12C5412是一款高性能，低成本的单片机。其主要性能特征如下：指令代码与传统的8051完全兼容；在1T模式下，速度比普通8051快；带有12KB的片上FLASH程序存储器，512B的片上数据RAM，支持EEPROM功能；提供两个串行通信接口，UART和SPI；集成硬件看门狗；在系统中可编程/在应用中可编程；具有宽工作电压范围；通过了4KV快速脉冲干扰测试。STC12C5412中的12KB闪存程序存储器分为24个扇区，每个扇区的大小为512KB，所有这些扇区都可以执行IAP读写操作，并且适合存储ATT7022B校准参数。但是每个扇区均按字节进行编程，并按扇区进行擦除，因此在校准过程中，选择了最后两个扇区以交换更新的数据。数据采集和处理电路如图4-6所示。STC12C5412和ATT7022B之间有6条数据/控制线。其中，CS，SCLK，DIN和DOUT用于SPI通信。SIG是当ATT7022B打开或异常复位时，由STC12C5412的外部中断1接收到的响应信号。如果您希望ATT7022B和STC12C5412在加电并重新启动MCU之后同步工作，则需要控制ATT7022B通过STC12C5412端口P1.0重新启动。5.2主程序及中断程序设计主程序流程图如图5-1所示。初始化主要是关于STC12C5412内部功能模块的操作模式，参数和中断的配置以及ATT7022B参数的校准精度。ATT7022B必须通过参数精度校正，以确保收集的结果满足系统的精度要求。初始化完成后，主程序通过查询相应中断程序中设置的标志位的状态来启动子程序，如下所示。每次执行该子例程时，由于监视模块不会重启，因此有必要重置激活标志以避免故障。主程序将根据ATT7022BFatt字段标志确定ATT7022B是重新启动还是异常关闭。如果Fatt设置了该单词，则ATT7022B将被重置，精度校正参数将被覆盖。同时，SIG信号发送到STC12C5412的外部端子0/INTTO由下降沿激活。如果ATT7022B正常工作，则SIG为高，而ATT7022B重新启动或由于异常原因而重启，则SIG为低，/INT0导致ATT7022B重新启动。该程序的符号是Fatt。然后，主程序根据时间收集标志Fc（收集标志）决定是否更新存储在STC12C5412的内部RAM中的收集的ATT7022B数据。如果设置了Fc，则更新收集的数据。系统使用STC12C5412的定时器0的定时器参数进行计时，间隔为1秒。当定时器产生溢出中断时，将定时获取标志的Fc位置设置为1，并将STC12C5412设置为读取新的ATT7022B以获取数据。最后，根据命令的有效命令提示符Fcmd，如果该命令是发送命令，则主程序将确定串行端口是否已接收到有效命令（如果不是，则为Fcmd=0）。执行数据（Fcmd=5）或仪表控制命令（Fcmd=6），然后执行此操作。收到命令后，有效命令Fcmd由串行端口中断程序分配。串行端口转发程序在查询模式下运行而不会中断。5.3表模块初始化程序初始化过程主要包括退出STC12C5412工作模式并停止内部功能模块和参数。调整和校准ATT7022B参数的精度。内部功能模块STC12C5412的配置主要包括串行端口和SPI的初始化。串行端口初始化程序将定时器1设置为工作模式2，以进行串行通信，通信波特率为4800位/秒。为了收集数据同步，将定时器0设置为工作模式1，并且同步时间为100ms，因此SPI初始化STC12C5412SPI。在主机工作模式下配置时，传输速率约为7.2KB/s。上电之前，ATT7022B的校准参数存储在STC12C5412的内部闪存中。上电后，IAP初始化程序首先确定用于将ATT7022B精度校正参数存储在STC12C5412的内部闪存中的当前扇区，然后确定ATT7022B初始化程序并写入参数。5.4ATT7022B复位程序为使ATT7022B与STG12C5412同步工作，然后再打开监视模块的电源或重启微控制器，必须通过STC12C5412的P2.7控制ATT7022B的RESET信号。如果ATT7022B在操作过程中打开或异常重启，则需要重置ATT7022B硬件。ATT7022B的复位过程是将RESET:信号保持在30us以上的低电平。此时，ATT7022B进入复位状态，SIG输出变为高电平；当RESET信号变为高电平时，ATT7022B在复位状态（约500us）进入正常工作状态，SIG信号变为低电平，ATT7022B进入正常工作状态。在ATT7022B切换到正常操作后，必须重写精度校正参数以确保收集的数据准确可靠。5.5SPI通讯程序设计图5-1TT7022B读写时序图在设备模块中，STC12C5412通过SPI接口读取和写入ATT7022B。当STC12C5412向SPI接口的DIN端发送8位命令字时，ATT7022B和STC12C5412之间的数据传输开始。指令有两种类型：读和写指令，由指令的最高有效位分隔。如果最高有效位为1，则该指令为写指令；否则，该指令为写指令。如果最高有效位为0，则该指令为写指令。指令的低7位用于指示要读取或写入的内部ATT7022B寄存器的地址。ATT7022B的读写顺序如图5-1所示。如果该命令是写命令，则在接下来的24个SCLK周期中，DIN端子必须继续输入应写入ATT7022B内部寄存器的24位串行数据。如果该命令是读取命令，则ATT'1022B将根据读取命令进行寻址，然后在接下来的24个连续SCLK周期中，在DOUT引脚上串行输出寄存器的内容。数据传输始终是第一个高字节和最后一个低字节。ATT7022B的内部寄存器分为两部分：测量参数寄存器和校准参数寄存器。测量参数寄存器是只读寄存器，可以读取和写入校准参数寄存器。这两种类型的寄存器地址重叠。如果是写操作，则ATT7022B默认为:校准参数寄存器操作，如果是读操作，则ATT7022B在重启后会从默认测量参数寄存器中读取参数。打开电源。因此，要读取校准寄存器的参数，必须首先编写一条特殊的8+24位指令来完成寄存器的更改。设备模块的SPI通信程序的流程图如图5-2所示。为了防止记录，读取操作会反复切换到基础流寄存器。Reg_state状态标志用于指示当前的读取活动日志。如果Reg_state为1，则意味着当前读取操作保留在测量参数寄存器中，否则意味着当前读取操作保留在校准参数寄存器中。Reg_type表示要读取的寄存器的类型，1是用于测量参数的寄存器，0是用于校准参数的寄存器。图5-2SPI通讯流程图5.6采集与校准5.6.1参数采集程序及计量数据发送程序简述参数获取程序主要是从ATT7022B读取STC12C5412收集的数据，根据数据帧格式处理单相电压，电流，有功/无功，有功/无功等参数，然后输入STC12C5412。保存。羊肉。当测量数据传输命令到达时，数据传输程序将根据帧格式将这些参数依次发送到主机。5.6.2校准程序设计校准过程包括在校准过程中将ATT7022B与标准