智能电网高级量测体系智能电表的研究

论文摘要

现代电力系统面临诸多挑战,包括分布式能源的双向潮流问题、电力公司和终端用户互动的迫切需求问题、配电网的可靠性和电能质量问题等。国内外普遍认为发展智能电网是解决这些问题的必然途径。高级量测体系是实施智能电网的第一步,而智能电表是实施高级量测体系的第一步。为促进智能电表的的研发设计和技术创新,极有必要对其进行详细地研究。本文首先分析了智能电能表系列标准、电能质量系列标准和多功能电能表系列标准,总结了智能电表的概念,进行了智能电表的功能设计,并重点研究了测量和通信功能的实现方法。在测量算法中重点研究了基于四象限测量的电能计量方法,滑差式需量测量方法,并给出了电压偏差、频率偏差、三相不平衡度、谐波等电能质量参数的计算方法。分析了智能电表的通信需求,设计的智能电表具有RS485和以太网通信功能,支持多功能电能表通信协议DL/T645和Modbus协议,给出了RS485上的DL/T645协议和Modbus协议实现方法,以及基于以太网和嵌入式TCP/IP协议栈的Modbus/TCP协议实现方法。基于DSP+ARM双CPU架构设计了智能电表硬件,其中DSP芯片选用TMS320F2812,ARM芯片选用LPC2478。根据模块化编程思想,设计了DSP软件功能模块,实现了基本电力参数测量、电能计量、需量测量、电能质量监测以及事件记录功能;移植μCOS-II嵌入式操作系统到ARM平台上,规划设计了相应的任务,实现了通信和人机交互功能。最后,对本文设计的智能电表进行了测试,测试结果表明该智能电表在参数测量和通信方面都满足设计要求。本文所设计的智能电表具有强大的测量和通信功能,对国内电能表及同类产品的开发具有一定的参考价值,对我国智能电网及其高级量测体系的建设也具有积极的促进意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究目的和意义
• 1.2 智能电表的国内外研究现状和发展趋势
• 1.2.1 电表的发展过程
• 1.2.2 电子和通信技术在智能电表中的应用现状
• 1.2.3 智能电表的发展趋势
• 1.3 本课题主要研究内容
• 第2章 智能电表相关标准分析和功能设计
• 2.1 引言
• 2.2 智能电表相关标准简介
• 2.2.1 智能电能表系列标准
• 2.2.2 电能质量系列标准
• 2.2.3 多功能电能表系列标准
• 2.3 智能电表的概念和相关标准分析
• 2.3.1 智能电表的概念
• 2.3.2 智能电表相关标准分析
• 2.4 智能电表功能设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 电能计量与电能质量监测算法的研究
• 3.1 引言
• 3.2 电能计量算法
• 3.2.1 电能计量的原理
• 3.2.2 电能的四象限计量
• 3.3 需量测量算法
• 3.4 电能质量监测算法
• 3.4.1 供电电压允许偏差的算法
• 3.4.2 三相电压不平衡度的算法
• 3.4.3 电力系统频率偏差的算法
• 3.4.4 公用电网谐波的算法
• 3.5 本章小结
• 第4章 智能电表通信的实现
• 4.1 引言
• 4.2 智能电表通信需求分析
• 4.3 DL/T645 协议分析与实现
• 4.3.1 DL/T645 协议概述
• 4.3.2 智能电表DL/T645 通信实现
• 4.4 Modbus 协议分析与实现
• 4.4.1 Modbus 协议概述
• 4.4.2 智能电表Modbus 应用层协议制定
• 4.4.3 智能电表Modbus/RS485 通信实现
• 4.4.4 智能电表Modbus/TCP 通信实现
• 4.5 本章小结
• 第5章 智能电表软硬件设计和测试
• 5.1 引言
• 5.2 智能电表硬件设计
• 5.2.1 DSP 电路
• 5.2.2 ARM 电路
• 5.2.3 电力信号采集单元
• 5.2.4 通信电路
• 5.3 智能电表软件总体设计
• 5.4 DSP 软件设计
• 5.4.1 电能计量模块
• 5.4.2 需量测量模块
• 5.4.3 电能质量监测模块
• 5.4.4 DSP 其他功能的软件设计
• 5.5 ARM 软件设计
• 5.5.1 μCOS-II 操作系统平台构建
• 5.5.2 通信驱动程序设计
• 5.5.3 Modbus 通信任务
• 5.5.4 DL/T645 通信任务
• 5.6 系统调试
• 5.6.1 测量功能调试
• 5.6.2 通信功能调试
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢