牵引变电站负荷特性记录装置的硬件设计与开发

论文摘要

随着电气化铁道的发展,电气化铁路牵引负荷在电力系统负荷中占的比重日益增大,其运行对公用电网运行工况的影响日趋严重。电气化铁道牵引负荷的建模已经成为电力系统综合负荷建模的重要内容,相应的负荷特性采集与处理系统则是牵引变电站综合负荷建模的重要技术支持设备。本文充分利用现代计算机和数字信号处理技术发展的优秀成果,以数字信号处理器DSP的多功能集成板卡为核心,开发了牵引变电站负荷特性记录装置,提出了适合于牵引变电站运行要求的负荷特性记录装置的设计方案,确定了其器件选型,完成了主电路设计;采用“同时采样,分时转换”的采样处理方式,利用复杂逻辑可编程器件CPLD物理结构简单、高速、高可靠性、芯片容量大、可重复使用等优点,实现了具有严格时序和逻辑要求的A/D采样转换控制;完成了控制电路及控制软件设计;前台采集装置和后台处理机之间采用USB接口通信,利用USB外设操作简单、连接类型标准单一、易于扩展以及USB总线传输速度快、支持热插拔、通用性强的优势,较好的解决了前台采集装置与后台处理机之间的可靠、实时数据传输问题;在完成系统设计的基础上,对装置的各功能电路进行了系统仿真以及硬件电路的调试与测试,验证了设计方案的可行性及整机工作的正确性。本文开发的负荷特性记录装置的硬件构成及控制软件结构遵循模块化和通用性的设计原则,预留了硬件功能插件接口及前台控制与数据处理软件接口,并为负荷特性采集系统的软件设计提出了具体的设计思路和原则方案。本装置不仅能直接应用于电气化铁路牵引变电站,同时也适应公用电网变电站负荷特性采集要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 电气化铁路牵引负荷的影响
• 1.2.1 对电网安全性和可靠性的影响
• 1.2.2 对电力设备的影响
• 1.2.3 对经济性的影响
• 1.2.4 对电能质量的影响
• 1.3 电力负荷建模的意义及牵引负荷建模的研究现状
• 1.3.1 电力负荷建模的重要意义
• 1.3.2 电气化铁道牵引负荷建模的研究与应用现状
• 1.3.3 负荷建模基本方法
• 1.4 负荷特性记录装置的研究现状
• 1.5 本文的主要研究内容和主要贡献
• 第2章 电铁牵引负荷分析与建模方法研究
• 2.1 引言
• 2.2 电气化铁道牵引负荷特性分析及其运行机理
• 2.2.1 电力机车的发展
• 2.2.2 电力机车负荷结构
• 2.2.3 电力机车产生危害机理分析
• 2.3 牵引负荷建模方法研究
• 2.3.1 计算机仿真方法
• 2.3.2 综合负荷建模方法研究
• 2.4 小结
• 第3章 负荷特性记录装置硬件的方案设计
• 3.1 负荷特性记录装置的功能和特点
• 3.2 负荷特性记录装置开发的原则与要求
• 3.3 硬件系统主要器件的选择
• 3.3.1 CPU 的选型
• 3.3.2 A/D 转换器的选择
• 3.3.3 接口芯片及其他主要器件
• 3.4 系统构成
• 3.5 小结
• 第4章 装置硬件电路设计
• 4.1 负荷特性记录装置的总体设计思路
• 4.2 前置信号的调理
• 4.2.1 采样定理
• 4.2.2 滤波电路设计
• 4.2.3 滤波电路参数设定
• 4.3 A/D 转换器及其时序逻辑控制
• 4.3.1 A/D 转换器的控制时序及工作状态设计
• 4.3.2 多路复用开关控制部分
• 4.3.3 通道数设定部分
• 4.3.4 数据传输中断申请部分
• 4.3.5 CPLD-control 模块的其他部分
• 4.4 频率测量
• 4.5 硬件触发电路
• 4.6 系统主要部分的调试及解决办法
• 4.6.1 A/D 转换部分的修改和完善
• 4.6.2 硬件触发电路的调整
• 4.7 本章小结
• 第5章 装置软件设计方案
• 5.1 引言
• 5.1.1 软件功能与原则
• 5.1.2 软件开发工具
• 5.2 软件设计思路
• 5.2.1 DSP 初始化
• 5.2.2 数据采集子程序
• 5.2.3 数据预处理
• 5.2.4 与上位机的数据传输
• 5.3 负荷特性记录装置工作流程和软件流程图
• 5.4 动态判据的思路
• 5.5 小结
• 结论
• 本文的主要研究内容和成果
• 进一步研究工作展望
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 附录B VHDL 程序代码
• 致谢