蓝牙无线技术在变电站中的应用研究

论文摘要

目前,变电站系统自动化正成为一种不可改变的趋势,这使得变电站的通信系统变得越来越重要。一直以来,变电站的测控系统采用双绞线、电缆和光纤等有线介质传输监控信号,但是有线通信方式的一些弊端是难以避免的,例如当监控点过多时传输线大量占用设备空间、影响设备绝缘结构、长距离传输线容易受到各种电磁干扰的影响以及系统不易改动和维护等等。与传统的有线通信方式相比,现代无线通信具有运行可靠、安装灵活、成本低廉等优点,且监控规模越大这些优点就越突出。可以预见,如果能将无线技术应用到变电站自动化监控系统中,将有利于系统性能的提升。然而,目前对将无线通信应用于变电站的相关研究,特别是针对无线通信在变电站严酷的电磁环境中工作可靠性的研究还相对缺失。本文综合分析了变电站监控系统对通信速率、可靠性、成本、功耗等方面的要求,分析了将蓝牙无线技术应用于变电站系统的可行性,同时在现场调研和文献调研的基础上,分析归纳了变电站内典型的电磁骚扰源,并在实验中设计和制作了产生了这些电磁骚扰信号的试验模型。本论文设计并制作了基于蓝牙协议的无线通信试验样机,并对蓝牙点对点通信系统进行了在上述变电站典型电磁干扰下的EMC试验。试验及分析的结果表明,本论文设计的蓝牙无线通信试验样机对于变电站中常见的电晕放电、间隙击穿等骚扰信号具有很强的电磁兼容能力,没有出现通信速率明显下降和连接中断的现象;但在高频分量强度较大的骚扰信号下,例如SF6和真空间隙击穿放电,蓝牙样机的通信速率会出现轻微但明显的下降。本论文设计并实现了一个基于蓝牙通信技术的变电站高压开关设备的无线测控系统,并设计了其多个无线模块单元之间的时钟同步方法。此外,本论文对蓝牙无线通信技术在变电站中的应用提出了改进的设想以及进一步研究工作的建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 无线通信在变电站中应用的研究现状
• 1.1 无线通信在变电站中应用的技术背景
• 1.2 无线技术应用于变电站的国内外研究现状
• 1.3 本课题的内容和任务
• 第2章 蓝牙无线技术详细介绍
• 2.1 概述
• 2.2 蓝牙协议体系结构
• 2.3 蓝牙芯片及其连接方式
• 2.3.1 硬件部分
• 2.3.2 蓝牙芯片模块结构
• 2.3.3 蓝牙模块连接方式
• 2.4 变电站通信系统与蓝牙无线技术
• 第3章 基于蓝牙协议的无线通信实验样机
• 3.1 概述
• 3.1.1 C8051F020 单片机简要介绍
• 3.1.2 ROK101008 模块简要介绍
• 3.2 实验样机的硬件设计
• 3.3 实验样机的软件设计
• 3.3.1 蓝牙主机与蓝牙控制器的HCI 协议接口
• 3.3.2 蓝牙主机的通信程序设计
• 第4章 变电站中可能存在的EMI 及对蓝牙通信的EMC 实验
• 4.1 变电站中的电磁干扰
• 4.2 信号测量及EMC 实验介绍
• 4.3 蓝牙通信信号的特征
• 4.4 各种干扰源的频域、时域特性，实验条件，试验结果
• 4.4.1 50 Hz 工频磁场下的EMC 实验
• 4.4.2 脉冲磁场下的EMC 实验
• 4.4.3 静电放电和局部放电
• 4.4.4 电晕放电及空气击穿下的EMC 实验
• 4.4.5 SF6 间隙放电下的EMC 试验
• 4.4.6 真空间隙放电下的EMC 试验
• 4.4.7 雷电波和操作过电压
• 4.5 实验总结
• 第5章 基于蓝牙协议的变电站高压开关设备测控系统
• 5.1 基于蓝牙协议的高压开关设备测控系统简介
• 5.2 基于蓝牙协议的高压开关设备测控系统的实现
• 5.3 时钟同步方案
• 5.4 基于蓝牙协议的高压开关设备测控系统的运行状况
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果