新型电力系统录波器的研究与设计

论文摘要

为保证电网的安全性,需要实时监测电网的电压、电流等参数,并且实时记录相关参数,这些数据对于了解电力系统用电情况,以及分析电能质量有着及其重要的作用,而且由于自然灾害、设备老化及各种人为原因,不可避免的会发生电力系统故障,根据电力系统录波器记录下来的数据,分析正常及故障状态下电力系统的运行规律,对运行人员进行预防、处理故障等都有极其重要的作用。研究电力系统录波器中电力检测的算法、硬件电路的设计和波形数据的记录有着重大的理论与现实意义。本文首先介绍了电力系统录波器的原理和基本的功能,阐述了电力系统录波器的主要任务及其意义,总结了电力系统录波器的分类和发展现状,针对目前存在的问题,给出了解决方案,并提出了新的创新点,给出了系统的整体设计方案,研制出了电力系统录波器。在深入研究电力系统录波器的结构和原理的基础上,提出了基于高速信号处理器DSP为核心的控制方案,以DSP控制AD7656对电压和电流进行数据采集,实现了对六路模拟信号同步采样的功能,保证数据采集的实时性和精确性；系统中应用的触摸屏解决了操作面板上繁琐按钮给用户的使用带来不便的问题；在数据存储方面,外扩了1G的存储器,实现了长时间和大容量存储的要求;应用的ZIGBEE无线通信模块,实现了数据无线传输的功能,此创新功能可以将多个录波器组网,实现无线网络控制。深入研究了录波启动判据算法和数据分析算法,将FFT算法应用在了录波启动判据中,使得录波启动更加精确快速,并将此算法在录波器上实现；增加了谐波分析算法,并计算出了功率因数、有功功率、无功功率、最大值、有效值等参数,方便用户对电力系统进行评估。本文根据上述设计,完成了电力系统录波器的设计与调试,并对电力系统录波器样机进行了测试,给出了各个功能模块的测试波形和数据,并对结果进行了总结分析,总结了不足,加以改进。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 电力系统录波器的背景
• 1.2 电力系统录波器简介
• 1.3 电力系统录波器的发展现状和存在的问题
• 1.4 本课题研究的主要任务及意义
• 第2章 电力系统录波器的设计
• 2.1 本电力系统录波器的研究背景
• 2.2 对本电力系统录波器的基本要求
• 2.3 电力系统录波器的设计方案及解决的关键技术
• 2.3.1 电力系统录波器设计方案
• 2.3.2 拟解决的关键技术
• 2.4 本章小结
• 第3章 高速数据采集模块的设计
• 3.1 数据采集系统概述
• 3.2 系统关键器件介绍
• 3.3 电压和电流模拟信号的采集电路
• 3.4 信号调理电路的设计
• 3.5 电源电路的设计
• 3.6 过零检测电路的设计
• 3.7 控制电路的设计
• 3.7.1 AD采集控制电路的设计
• 3.7.2 DSP控制电路的设计
• 3.8 数据采集模块的去干扰措施
• 3.9 数据采集模块的软件设计
• 3.10 本章小结
• 第4章 数据分析处理模块的设计
• 4.1 录波启动判据算法及数据分析算法研究
• 4.1.1 录波启动判据算法研究
• 4.1.2 数据分析算法研究
• 4.1.3 THD 计算
• 4.1.4 最大值计算
• 4.1.5 序分量计算
• 4.1.6 频率计算
• 4.1.7 功率因数及其他参数计算
• 4.2 数据储存模块的设计
• 4.2.1 存储器的选择与介绍
• 4.2.2 数据存储模块的硬件电路设计
• 4.2.3 数据存储模块的软件设计
• 4.3 无线通信传输模块的设计
• 4.3.1 无线通信传输模块的功能概述
• 4.3.2 无线通信器件介绍
• 4.3.3 无线通信模块的硬件电路设计
• 4.3.4 无线通信模块的软件设计
• 4.4 显示模块的设计
• 4.4.1 显示模块的功能概述
• 4.4.2 显示模块器件的介绍
• 4.4.3 显示模块的硬件电路设计
• 4.4.4 显示模块的软件设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 实验系统搭建及测试分析
• 5.1 实验系统搭建
• 5.2 实验测试及结果分析
• 5.2.1 测试传感器输出的模拟信号
• 5.2.2 测试触摸屏显示波形和数值及结果分析
• 5.2.3 无线通信模块的测试
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目
• 致谢