变压器运行多通道并行数据采集装置的研制

论文摘要

变压器是电力系统和配电网络中昂贵且最重要的设备之一,其状态的好坏对保证供电网络的可靠运行意义重大。在当前的变压器状态监测中,虽然继电保护系统和定期维修能对变压器提供有效的保障,但是一方面影响电网的可靠性,降低电能质量,达不到降低维护成本的目的;另一方面这些传统方法属于常规的试验和检测,仅仅能够提供变压器故障或事故后的滞后信息,不能满足对变压器进行实时状态监测的需要。 根据对变压器绕组信号特点的理论分析,本文设计了一种基于嵌入式实时操作系统的多通道变压器并行数据采集硬件装置。在硬件电路实现上,注意选择电流电压变送器,合理设计了信号调理电路,采用了32位嵌入式微控制器和16位高精度A/D构成的硬件平台。在进行多通道数据采集时,克服了用一片A/D在速度上受到的限制问题,介绍了多通道、高速并行数据采集技术,并设计了数据采集电路和大容量的存储电路;制作了硬件电路的PCB板以及标准的金属封闭式机箱。并将此信号采集电路与嵌入式操作系统相连接,对采集的电流电压信号的进一步处理后与上位机通信。 在以往的变电站自动化系统与变压器保护装置之间的联系,绝大部分采用串口通信方式（RS-232,485总线等）,其通信速率和资源共享程度均受到限制。本文详细描述了CAN现场总线通讯单元的上下位机软硬件开发过程,并利用CAN总线实现设备的检测处理及与上层监测主机的通信,实现变压器监测系统对通信的实时性要求。 本文设计的数据采集系统,设计思想的新颖之处是利用现场总线技术,大大降低了网络流量,降低了传输延迟,采用通用的ARM7TDMI内核的LPC2294系统板,完成数据并行采集、监控及通讯功能软件编写,并且移植了嵌入式实时uC/OS-Ⅱ操作系统,增加了系统的稳定性、实时性和可靠性,降低了开发成本,这在网络化工业管理控制中有着一定的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 变压器状态监测研究的背景
• 1.2 实现变压器状态监测的现实意义
• 1.3 状态监测技术的发展现状
• 1.4 本系统设计技术方案
• 1.5 本文的主要研究内容
• 2 变压器多通道数据采集硬件设计
• 2.1 数据采集装置的组成
• 2.2 微处理器的选择
• 2.2.1 ARM体系结构
• 2.2.2 微处理器芯片的选择
• 2.3 微处理器外围电路
• 2.3.1 时钟和电源设计单元
• 2.3.2 芯片复位单元
• 2.3.3 系统电路存储单元
• 2.4 信号量采集单元
• 2.5 测频原理单元
• 2.6 A／D转换单元
• 2.7 人机接口电路
• 2.8 通讯单元设计
• 2.8.1 RS485通讯单元设计
• 2.8.2 CAN总线模块设计
• 2.9 硬件抗干扰措施
• 2.9.1 滤波技术
• 2.9.2 屏蔽技术
• 2.9.3 隔离技术
• 2.9.4 接地及电源技术
• 2.9.5 印刷电路板抗干扰措施
• 2.10 本章小结
• 3 装置的保护与算法分析
• 3.1 采集装置基本保护原理
• 3.2 全波傅氏算法
• 3.2.1 电压、电流的测量算法
• 3.2.2 频率测量和计算
• 3.3 本章小结
• 4 实时操作系统与软件设计
• 4.1 操作系统的建立
• 4.1.1 μC／OS-Ⅱ操作系统
• 4.1.2 μC／OS-Ⅱ的移植内容
• 4.1.3 移植代码到LPC2294
• 4.2 软件的组成结构
• 4.3 并行数据采集单元
• 4.4 网络通讯程序
• 4.5 软件可靠性的措施
• 4.6 本章小结
• 5 系统调试
• 5.1 ADS开发环境及EasyJTAG仿真器
• 5.2 软、硬件电路调试小结
• 5.3 误差分析
• 5.4 提高精度措施总结
• 6 结论
• 参考文献
• 附录A
• 在学研究成果
• 致谢