电力系统故障实时记录系统设计与通信接口的实现

论文摘要

电能质量监测领域的电信号监测与传输关系到国民经济发展。近年来随着电力系统中敏感型用电负载的日益增加,电能质量问题引起了人们的广泛关注。电能质量问题会导致用电设备严重受损和用户的巨大经济损失。因此,电力系统安全运作和符合标准的电能质量有着重要的意义。本文主要研究电力故障实时记录系统及其通信接口,它是电力系统发生故障时自动记录错误电力波形的一种系统,它还具有向上位机上传错误波形数据的功能。针对传统的微机型故障录波器在硬件配置、成本及可靠性上的问题,本文设计了一种以微控制器和数字信号处理器为系统硬件平台,个人电脑作为系统上位机的故障波形记录器,形成相对精简优化的软硬件结构。该系统采用了时下较为流行的DSP+ARM的体系结构。DSP选用TI公司的浮点处理器TMS320C33芯片,主要用于数据密集处理型操作,结合采样电路采集并处理各种模拟和开关量信号,然后将采集结果和阀值进行对比,实现故障启动判别,以达到对电力系统进行故障监测并在电力故障发生时负责记录系统的动态参量的目的。ARM处理器选用了ST公司的STR710,将其作为与监控计算机连接的桥梁,负责转发监控命令和故障记录等。为了准确分析和记录电力波形数据,系统采用了高精度16位双极性模数转换器芯片。本设计还为系统添加了多种网络功能,如以太网、RS-232、GPRS无线网络等,来满足近年来故障波形记录对网络功能越来越迫切的需求。在系统结构设计方面,本设计使用了客户端/服务器式结构,电力故障记录系统借助以太网、RS-232总线、GPRS方式等技术与监控计算机互联,对电力系统进行多点故障监测,实现故障信息传输与装置日常运行监测的双重作用。系统通过丰富的网络通信功能,达到了上位机与下位机通信的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状与发展趋势
• 1.3 本文的研究内容
• 1.4 文章结构
• 第2章 系统总体设计
• 2.1 系统总体构成
• 2.2 记录子系统
• 2.2.1 模拟前端电路
• 2.2.2 信号处理模块
• 2.2.3 通信调度模块
• 2.3 远程控制子系统
• 第3章 系统硬件设计
• 3.1 模拟前端电路硬件设计
• 3.2 信号处理模块硬件设计
• 3.2.1 数字信号处理器电路
• 3.2.2 模数转换器电路
• 3.2.3 逻辑控制单元电路
• 3.2.4 静态存储器电路
• 3.3 通信调度模块硬件设计
• 3.3.1 ARM处理器电路
• 3.3.2 Ethernet模块电路
• 3.3.3 RS-232串口通信电路
• 3.3.4 GPRS模块电路
• 3.3.5 GPS模块电路
• 3.3.6 NANDFLASH电路
• 3.3.7 CAN总线通信电路
• 3.4 信号处理与通信调度接口硬件设计
• 3.5 电源部分硬件设计
• 3.6 基本数据流向
• 3.7 本章小结
• 第4章 系统软件设计
• 4.1 CC集成开发环境简介
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 CC软件的硬件配置要求
• 4.1.3 CC主界面
• 4.2 DSP部分软件设计
• 4.2.1 软件设计的预期功能
• 4.2.2 数据采集
• 4.2.3 各算法处理流程与内存分配
• 4.2.4 录波处理函数
• 4.3 ARM开发工具
• 4.3.1 交叉开发环境
• 4.3.2 模拟开发环境
• 4.3.3 ARM ADS
• 4.4 ARM部分软件设计
• 4.4.1 软件设计的预期功能
• 4.4.2 DPRAM数据交换处理函数
• 4.4.3 Ethernet软件实现
• 4.4.4 GPRS软件实现
• 4.4.5 GPS软件实现
• 4.5 系统上位机软件设计
• 4.5.1 Ethernet通信在上位机的实现
• 4.5.2 RS-232通信在上位机的软件设计
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢