低压配电开关柜智能监控单元设计

论文摘要

近年来,经济的快速发展对我国电力工业的发展提出了更高的要求,提供更多的电能,具备更高的供电可靠性,更小的线路损耗,更长的使用寿命,更少的维护工作等等。针对上述要求,国家对电厂实行“西电东送”和“关停并转”等措施,解决供需矛盾,对电网进行“城网农网改造”,进一步优化电网结构,减少线损,在变配电所实行配网综合自动化,提高可靠性,进而达到无人值守。其中一个很重要的方面就是对开关及开关柜运行状态进行监控,传统的开关柜与现代电子技术相结合的智能化开关柜应运而生,它一方面满足传统开关柜的基本功能要求,另一方面将微电子技术引进柜内,使其有自检、自控和自我诊断的新功能,以满足配电网综合自动化的需要。一些高新技术如传感器技术、微电子技术、计算机技术和信息技术的飞速发展及其在各工业领域的成功应用,使智能化开关柜的开发和应用成为可能。本文配变监测终端的主要设计目标是:实时采集配电系统运行的模拟量和状态量,要求高精度、高准确性;接收中心站查询命令,将最新测量结果上报主站;能自动检测与识别配变故障,若有异常,立即向中心站发送告警消息和测量数据,同时,根据中心站命令控制外部开关设备;监测设备自身具有故障自检及自恢复功能;保证终端工作可靠性,满足电磁兼容性要求。本文的主要内容包括:首先,对目前国内传统开关柜与国外先进的智能开关柜进行了系统的分析和比较,指出了两种存在的不同及优缺点,并对目前国内传统开关柜提出了智能化改造设想,提出了系统设计思想。其次,分析了终端配电状态监控系统的硬件设计。系统硬件采用了芯片模块化并协同工作设计思想,单片机控制数据采集,这样设计的目的是为了提高数据采集的速度和精度,现场总线通讯芯片负责数据的上传和下载,两部分属独立设计,两者组成了本次设计的硬件电路。此外还详细介绍了硬件系统中的滤波电路设计、信号采集电路设计、显示按键单元设计、开关量输入及输出单元设计等。最后,介绍了系统固件程序设计和应用程序功能模块。系统固件程序包括单片机主程序、中断程序和SPC3的初始化程序等;应用程序包括:数据采集应用模块图、显示应用模块图、从站上传数据应用模块图,从站下载数据应用模块图等。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题背景及研究的现实意义
• 1.2 智能低压开关柜的国内外研究现状
• 1.2.1 国外发展历程
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 配电监控终端设计目标及要求
• 1.3.1 设计目标
• 1.3.2 设计要求
• 1.3.3 性能参数
• 1.4 设计过程中须考虑的若干关键问题
• 第2章 系统总体设计
• 2.1 智能低压开关柜监控系统的主要特点
• 2.1.1 监控系统的结构组成
• 2.1.2 低压智能化开关配电柜监控终端功能
• 2.1.3 监控终端系统通信网络
• 2.2 系统设计思路
• 2.3 上位机硬件选取
• 2.4 PROFIBUS-DP 分布式从站通信单元
• 2.4.1 监控系统的结构组成
• 2.4.2 从站通讯接口设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 PROFIBUS-DP 从站接口硬件设计
• 3.1 站通信接口电路主要芯片介绍
• 3.1.1 SPC3 芯片介绍
• 3.1.2 MCS-96 系列与87C196KC 芯片
• 3.2 建立87C196KC 与SPC3 构成的PROFIBUS-DP 从站
• 3.3 PROFIBUS-DP 从站接口通信电路设计
• 3.3.1 主控模块
• 3.3.2 RS485 通信接口模块
• 3.4 本章小结
• 第4章 监控终端的硬件设计
• 4.1 监控单元的硬件整体框图
• 4.2 信号采集方法
• 4.2.1 交流采集
• 4.2.2 交流采样的数学模型
• 4.3 模拟量信号采集模块
• 4.3.1 互感器的选择
• 4.3.2 电子变压器电路
• 4.3.3 低通滤波电路
• 4.3.4 A/D 转换通道
• 4.4 数字信号采集模块
• 4.5 液晶显示及其按键接口电路设计
• 4.5.1 液晶显示模块设计
• 4.5.2 按键输入电路
• 4.6 抗干扰电路设计
• 4.6.1 主要的干扰源及危害
• 4.6.2 抑制干扰的措施
• 4.7 本章小结
• 第5章 监控终端软件设计
• 5.1 软件设计的任务和方案
• 5.2 监控终端测量单元软件设计
• 5.2.1 主程序软件
• 5.2.2 交流采样子程序
• 5.2.3 液晶显示
• 5.3 监控终端通讯单元软件设计
• 5.3.1 SPC3 初始化
• 5.3.2 从站数据接收程序
• 5.3.3 从站数据发送程序
• 5.3.4 SPC3 中断处理程序
• 5.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果
• 附录