智能变电站监测系统的设计与研究

发布时间：2017-03-26 21:15

  本文关键词：智能变电站监测系统的设计与研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：如今,伴随着工业4.0的到来,整个社会的用电负荷逐年增加,必须保证用户安全可靠的使用电能,为此国家提出大力发展智能电网。近年来,无线网络技术也有了一些新的突破,无线网络的优势逐渐得到认可,其带来的结果是越来越多的无线网络技术应用于智能电网的各个环节。采用智能化设备的智能变电站是智能电网的重要组成部分,其能否稳定的运行决定了用户能否可靠的使用电能,而变电站的监测系统可以实时监测到变电站内重要设备的运行状态,从而大大提高了供电的质量和供电的可靠性。本文针对目前变电站监测系统依然使用有线传输而且各个功能单元由于使用不同厂家的产品使得监控功能相互独立而带来的种种弊端,综合考虑了目前的无线传输技术、变电站内强电磁干扰、系统的可靠性、经济性、易于扩展性等因素,使用Zig Bee技术、计算机技术和数据库等技术,设计了一套智能变电站监测系统。该系统按功能划分主要由环境监测子系统、门禁子系统以及运行状态监测子系统构成。环境监测子系统实现了对变电站站区、高压配电室、蓄电池室、主控室等部位温湿度的监测;门禁子系统实现了变电站大门、高压配电室、主控制室门禁的智能化;运行状态监测子系统对变压器、SF6气体状态、电缆沟水位、电缆头等部位进行监测。所有的监测信息实时在上位机显示并保存至本地数据库中,并经过光纤发送至远端服务器。本文分析监测系统所要完成的功能,把监测系统划分为Zig Bee网络单元、本地监控中心以及远端服务三个部分,进而对每个部分的功能做了详细的叙述。在设计Zig Bee网络单元时,针对具体的变电站布置Zig Bee节点的分布,并用专业网络仿真软件OPNET做了仿真,并对基于差分的时隙CSMA/CA算法进行优化。之后本文对比了常见的几种Zig Bee射频芯片,经比较选用TI的CC2530芯片,设计了Zig Bee网络节点的硬件电路、软件程序和上位机软件。最后对系统进行了测试,测试结果表明,该系统具有可靠性高、低功耗、成本低、易于使用与管理等优点。
【关键词】：变电站 监测系统 Zig Bee OPNET LabVIEW
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM76;TM63
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 课题背景和研究意义10-12
• 1.1.1 研究背景10-11
• 1.1.2 研究意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.2.1 智能变电站监测系统研究现状12-13
• 1.2.2 无线传感器网络技术的研究现状13
• 1.2.3 ZigBee技术的研究现状13-14
• 1.3 本论文主要研究内容14-15
• 2 变电站监测系统的总体设计15-33
• 2.1 短距离无线通信技术的比较15-16
• 2.2 系统总体设计方案16-19
• 2.2.1 ZigBee网络单元18-19
• 2.2.2 本地监控中心19
• 2.2.3 远端服务19
• 2.3 ZigBee网络的仿真19-29
• 2.3.1 OPNET简介19-22
• 2.3.2 配置ZigBee网络节点22-23
• 2.3.3 网络模型的建立及仿真23-27
• 2.3.4 仿真结果分析27-29
• 2.4 时隙CSMA/CA的优化29-32
• 2.4.1 多层差分CSMA/CA算法30-31
• 2.4.2 仿真及分析31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 3 系统的硬件设计33-43
• 3.1 主芯片的选择33-35
• 3.1.1 CC2530芯片特点33-34
• 3.1.2 EM351/357芯片特点34
• 3.1.3 MC1319X芯片特点34-35
• 3.2 协调器节点硬件设计35-37
• 3.3 路由器节点硬件设计37
• 3.4 终端设备节点的硬件设计37-42
• 3.4.1 温湿度终端节点38
• 3.4.2 SF_6气体监测节点38-40
• 3.4.3 电缆沟的水浸监测40
• 3.4.4 温度终端节点40
• 3.4.5 门禁节点40-42
• 3.5 本章小结42-43
• 4 系统的软件设计43-58
• 4.1 Z-Stack协议栈工作流程45-47
• 4.2 ZigBee节点软件设计47-51
• 4.2.1 协调器数据处理流程48-49
• 4.2.2 路由器数据处理流程49
• 4.2.3 终端设备数据处理流程49-51
• 4.3 上位机软件设计51-57
• 4.3.1 登录界面设计53
• 4.3.2 监测界面设计53-57
• 4.4 本章小结57-58
• 5 系统的测试58-67
• 5.1 通信距离测试58-59
• 5.2 功耗分析59-63
• 5.2.1 低占空比机制的实现59-61
• 5.2.2 功耗的计算61-63
• 5.3 系统功能测试63-66
• 5.3.1 ZigBee网络单元功能测试63-65
• 5.3.2 上位机功能测试65-66
• 5.4 本章小结66-67
• 6 总结与展望67-69
• 6.1 总结67-68
• 6.2 展望68-69
• 参考文献69-72
• 攻读硕士期间发表的学术论文及所取得的科研成果72-73
• 致谢73-74

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