g变电站数据采集系统设计.doc
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1、毕业论文(设计)题目名称: 变电站数据采集系统设计 题目类型: 学生姓名: 赵文浩 院 (系): 电子信息学院 专业班级: 电气10803 指导教师: 唐桃波 辅导教师: 唐桃波 时 间: 至目录毕业论文(设计)任务书III毕业设计(论文)开题报告V长江大学毕业论文(设计)指导教师评审意见X长江大学毕业论文(设计)评阅教师评语XI长江大学毕业论文(设计)答辩记录及成绩评定XII中外文摘要XIII第一章 绪 论11.1 变电站电力参数检测的重要意义112 数字信号处理器(DSP)在电能检测中的应用213 电力参数检测的发展及现状情况414 电力参数及谐波测量方法研究615 本论文的研究内容7第二
2、章 变电站电力参数及谐波测量方法921 变电站电力参数测量内容及其计算原理922 谐波分析1323电力系统频率测量方法25第三章 基于DSP的电力参数测量装置的设计2931 系统硬件概述2932数据采集模块3033 数据处理单元3634数据存储单元4235 按键与液晶显示单元4236 通讯单元43第四章 系统软件设计4541系统软件总体概述4542 软件系统组成部分48第五章 误差分析、结论5451误差分析5452总结54参考文献56致 谢58毕业论文(设计)任务书院(系) 电子信息学院 专业 电气工程及其自动化 班级 10803 学生姓名 赵文浩 指导教师/职称 唐桃波 1. 毕业论文(设计
3、)题目:变电站数据采集系统设计2. 毕业论文(设计)起止时间: 年 月 日 年 月 日3毕业论文(设计)所需资料及原始数据(指导教师选定部分)4毕业论文(设计)应完成的主要内容使用计算机,DSP,数模转换器,CPLD等设计一个数据采集系统,能够快速测量出谐波,频率,有功无功,电压电流。5毕业论文(设计)的目标及具体要求至少测量12次谐波,可接入16路PT/CT信号6、完成毕业论文(设计)所需的条件及上机时数要求计算机一台,相关书籍资料,相关器件任务书批准日期 年 月 日 教研室(系)主任(签字) 任务书下达日期 年 月 日 指导教师(签字) 完成任务日期 年 月 日 学生(签名) 长江大学毕业
4、设计(论文)开题报告题 目 名 称 变电站数据采集系统设计 题 目 类 别 毕业设计 院 (系) 电子信息学院 专 业 班 级 电气10803 学 生 姓 名_ 赵文浩 _ _ _ 指 导 教 师_ 唐桃波_ 辅 导 教 师_ 唐桃波_ 开题报告日期 2012年3月9日 一、题目来源针对电力系统变电站的可靠运行,尤其是无人值守变电站的远程监控问题二、研究目的和意义随着我国电力事业的快速发展,电力系统对发、输 、配、用电量的采集也有了更高的要求。电量采集作为电力系统实时控制、监测、调度自动化的前提环节,毫无疑问具有重要的作用。三、阅读的主要参考文献及资料名称1康华光 电子技术基础数字部分 高等教
5、育出版社 . 2006.12李英顺 现代检测技术 中国水利水电出版社 20093张洪润 传感技术和应用教程 清华大学出版社 20094孙德文 微型计算机技术 高等教育出版社 2001.15张洪润 电子线路也电子技术 清华大学出版社 2005.4四、现状和发展趋势与研究的主攻方向数据采集系统广泛应用在科研、教育、工业、水利、医疗、物流等各行各业,形式多样,种类繁多。数据采集系统的应用与发展对我国的现代化建设有着非常重要的现实意义。在工业生产和科学技术研究的各行业中,常常利用PC或工控机对各种数据进行采集,如液位、温度、压力、频率等。现在常用的采集方式是通过数据采集板卡,常用的有A/D卡以及422
6、、485等总线板卡,常见的产品有西门子、研华工控、联想工控等国内外一些产品,该实现方法通常适用于规模较复杂的采样控制场合。对于一般的场合通常用功能比较单一的仪器设备,即时采集显示,再通过经验去分析。采用板卡方式的数据采集系统不仅安装麻烦、易受机箱内环境的干扰,而且容易受计算机插槽数量和地址、中断资源的限制等。这些采集系统,一般结构比较复杂,成本较高。在其它一些领域,如办公自动化方面,随着当前计算机和网络技术的发展,国内信息化水平的迅速提高,电子政务、电子商务的逐步推广,通过信息技术对原有业务的改造,政府、企业大多数都实现了“无纸化”办公流转。但多数的信息应用中,并不完全涵盖工作全部环节,许多文
7、档还是以纸质文档的形式存在,例如考试中的机读卡、人口普查表、彩票投注单、选票、定货单等。将这些信息录入计算机是一件非常繁琐的事情。如果通过键盘手工输入,不但费时费力且容易出错。在实时性要求较高的场合如选举中的统计选票自动、快速、准确地处理文档显得尤为重要。因此,对这些文档进行计算机自动录入具有重要的实现意义。目前在国内外有多种信息录入设备,如高速图象扫描设备,机读一卡设备等。这些产品的发展较为成熟,产品形式多样,能快速准确的完成对信息数据的录入。但这些产品也有各自的缺点,如产品结构复杂,价格高昂等。随着我国电力事业的快速发展,电力系统对发、输 、配、用电量的采集也有了更高的要求。电量采集作为电
8、力系统实时控制、监测、调度自动化的前提环节,毫无疑问具有重要的作用。但在电量采集过程中,由于存在谐波等干扰因素,因此如何准确、快速地采集电力系统中的各个模拟量一直是电力系统研究中的热点。根据采样信号的不同,采样可分为直流采样和交流采样两大类。直流采样算法简单、便于滤波,但维护复杂、延时较长、无法实现实时信号采集,因而在电力系统中的应用越来越受到限制。交流采样实时性好、相位失真小、投资少、便于维护,其缺点是算法复杂、对A/D转换速度和CPU, 处理速度的要求较高。我国自20世纪80年代引进数字信号处理器以来,数字信号处理器己在各个领域得到了广泛的应用,DSP理论和技术已成为领域的核心技术。由于D
9、SP芯片既具有高速数字信号的处理功能,又具有实时性、低功耗、高集成度等特点,因此在通信、工业控制、航空航天、医疗、国防等应用领域得到了很好的应用。目前在市场上有TI、AD、MOTOROLA、AT&T等公司的DSP芯片,其中,TI公司的TMS320系列DSP芯片是目前最有影响、最为成功的数字信号处理器。现在的高速数据采集处理一般采用高性能数字信号处理器和高速总线技术的框架结构。五、主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路1、主要研究内容确定数字化变电站的系统架构图、功能模块,明确系统工作流程及各模块的功能并分析数字化变电站的系统架构,论证其可行性,完成智能采集装置的软硬件设计。运用硬件电路设
10、计和软件实现的功能, 以实现对变电站的各种模拟量进行高速实时的数据采集, 最终大大提高了变电站综合自动化系统的整体性能。2、重点研究的关键问题a) 谐波采样算法问题b) DSP硬件连接问题c) 系统软件设计问题d)系统原理图,相应的软件实现流程图和相关的实现软件3、解决思路采集电路A/D转换TMS320F2812串行接口RTL8019AS以太网接口外部扩展3.1工作原理由于交流信号是一种近似周期正弦信号,基于变换的数字化分析方法具有较强的应用偷值。利用基于FFT的数字式测试仪可以准确的测量三相不平衡度,采样数据经过FFT变换除去各次谐波后,求得基波的幅值和相位。利用对称分量法求得电压、电流的正
11、序、负序和零序分量的幅值、相位和不平衡度。考虑到各种变换的特点,对诸如谐波、问谐波、波形下陷及噪声等以波形畸变为特征的稳态电能质量问题,多采用傅立叶变换及其改进算法;对于脉冲、谐振及电压突变等暂态信号的分析,多采用可以进行时频分析的小波变换。利用Mallat算法不仅能够准确检测到电压信号中尖锐变化的时刻,还能区分不同的电能质量扰动。改进的STFT(Shorttime FourierTransform)算法也能实现对电能质量的评估,其思想是先用宽窗对测量数据进行快速浏览,检测到扰动以后再用窄窗对扰动进行聚焦,结合扰动的定义,可以对电能质量问题进行评估分类。此外,为了提高待测电压、电流的信噪比,可
12、以利用现代谱分析的思想。随着电能质量研究的逐步深入,今后的工作将是设计和开发基于变换的实用装置,从而进行电能质量的检测分析及扰动类型的正确识别。六、完成毕业设计(论文)所需具备的工作条件工作条件:电脑1台,相关书籍资料,相关器件。计算机相关辅助软件 七、工作的主要阶段、进度与时间安排1,准备阶段 3.53.11拟划毕业设计的整体方案并完成开题报告。2,收集信息阶段 3.124.2查找相关资料并做好记录3,设计阶段 4.35.2分为硬件电路设计和程序设计两块,根据相关资料设计具体方案4,调试阶段 5.35.17按照设计方案进行设计调试并接受中期检查5,完善阶段 5.186.2检查,修改错误并优化
13、设计6,论文答辩阶段 6.36.10八、指导教师审查意见长江大学毕业论文(设计)指导教师评审意见学生姓名专业班级毕业论文(设计)题目指导教师职 称评审日期评审参考内容:毕业论文(设计)的研究内容、研究方法及研究结果,难度及工作量,质量和水平,存在的主要问题与不足。学生的学习态度和组织纪律,学生掌握基础和专业知识的情况,解决实际问题的能力,毕业论文(设计)是否完成规定任务,达到了学士学位论文的水平,是否同意参加答辩。评审意见:指导教师签名: 评定成绩(百分制):_分长江大学毕业论文(设计)评阅教师评语学生姓名专业班级毕业论文(设计)题目评阅教师职 称评阅日期评阅参考内容:毕业论文(设计)的研究内
14、容、研究方法及研究结果,难度及工作量,质量和水平,存在的主要问题与不足。学生掌握基础和专业知识的情况,解决实际问题的能力,毕业论文(设计)是否完成规定任务,达到了学士学位论文的水平,是否同意参加答辩。评语:评阅教师签名: 评定成绩(百分制):_分长江大学毕业论文(设计)答辩记录及成绩评定学生姓名专业班级毕业论文(设计)题目答辩时间 年 月 日 时答辩地点一、答辩小组组成答辩小组组长:成 员:二、答辩记录摘要答辩小组提问(分条摘要列举)学生回答情况评判三、答辩小组对学生答辩成绩的评定(百分制):_分 毕业论文(设计)最终成绩评定(依据指导教师评分、评阅教师评分、答辩小组评分和学校关于毕业论文(设
15、计)评分的相关规定)等级(五级制):_答辩小组组长(签名) : 秘书(签名): 年 月 日院(系)答辩委员会主任(签名): 院(系)(盖章)中外文摘要变电站数据采集系统设计学生:赵文浩,电子信息学院指导教师:唐桃波,长江大学摘要:随着数字化变电站的发展,以及近年来,随着社会和经济的发展,社会对电力的需求量与日俱增,电力供应局面日趋紧张。而且,由于非线性负荷的大量应用,导致在电力系统中产生大量的高次谐波,对电力系统造成了很大的危害。在这种情况,就需要对电力参数和谐波情况进行准确、实时地检测。本文介绍的这套电气参数交流采样系统是采用TMS320VC33型高速数字信号处理器 (DSP)和两片16位高
16、速A/D转换器ADS8364实现快速、精确地采集和计算各种电气参数。该系统还具有性能价格比高、维护方便的特点。关键词:数字化变电站;数据采集;TMS320F2812;DSPDesign of data acquisition system for SubstationAbstract:With the development of digital substation, as well as in recent years, with the development of society and economy, the social demand for electric power gro
17、w with each passing day, power supply tensions. But, due to the non-linear load of a large number of applications, resulting in power system produced a large number of harmonics on the power system, causing great harm. In this situation, the need for electric parameters and harmonic were accurate, r
18、eal-time detection. This paper describes the set of electrical parameters of AC sampling system is the use of TMS320VC33type high speed digital signal processor ( DSP ) and two pieces of16bit high speed A/D converter ADS8364 fast, accurate acquisition and calculation of various electrical parameters
19、. The system has the high performance price ratio, convenient maintenance.Keywords: digital substation; data acquisition; TMS320F2812; DSPXIII第一章绪论第一章 绪 论1.1 变电站电力参数检测的重要意义目前,随着技术进步,电力系统新投运的220kV及以下变电站试运行24时正常后即按无人值班模式运行。无人值班变电站是变电站一种先进的运行管理模式。它是指借助微机远动等自动化技术,值班人员在远方获取相关信息,并对变电站的设备运行进行控制和管理。远处值班人员需要
20、获得及时准确的相关信息,才能正常安全的采取相应的措施控制和管理变电站,这就需要更快更精确的设备系统。而众所周知,在工业生产和日常生活中,电力对社会和个人有着密切的关系和重要的意义,因为电流、电压过低过高,及设备寿命,严重的还会危及人身安全;均能影响各种电器设备的正常使用功效并且,对电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数和频率等电力参数的准确、快速地检测、监控可以及时掌握供电线路和设备运行状态,及时发现电网中的故障或隐患,进而采取合理和有效的措施,保证电力系统及设备运行良好。近年来,随着电力电子技术的迅速发展,在化工、冶金、电力传送、电气化铁道等行业,以及家用电器中非线性负荷的使用日渐增多,特
21、别是一些大功率整流设备和电弧炉等的大量应用,导致在电力系统中产生大量的谐波,进而引起电压、电流波形发生畸变,电力谐波不仅会严重危害供用电设备和电气仪表,使供电质量不断下降,影响计量设备的测量控制,不能准确地反映电力系统运行的情况,损害用户的利益,也会对电力系统本身造成不良的影响和危害。在很长一段时间来我们还没有一套完整的指标来衡量电能质量,通常关心的是电力供应量方面,较少关心电能质量和谐波情况,并且现有的一些检测器件还依赖于有百年历史的动圈式仪表和交流互感器之类的电工仪表,这些仪表只能显示电力参数的有效值和模拟值,误差大,精度低,不能满足实际测量的要求,有些也仅考虑了测量基波分量的情况,较少考
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