分布式电源并网中电能质量在线监测装置的开发与应用

发布时间：2017-07-26 09:04

  本文关键词：分布式电源并网中电能质量在线监测装置的开发与应用

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【摘要】：近年来,电力系统主要依靠大型集中式供电来满足日益增长的电力需求,但这种方式带来的环境问题和大面积停电问题,给社会造成巨大经济损失。利用风能和太阳能等清洁能源的分布式电源,环境友好,而且可以弥补大电网安全稳定性的不足,逐渐受到人们的重视,在电网中所占比例不断提高。但由于分布式电源的自身的特点,分布式电源并网在提高电网安全稳定性的同时,也给电网引入了许多电力扰动,引发了大量电能质量问题。目前国内外对于分布式电源并网后对电网电能质量的影响研究还比较少,同时,各种对电能质量敏感的用电设备不断普及,人们对电能质量及可靠性的要求越来越高,电能质量直接关系到国民经济的总体效益,这使得分布式电源并网中的电能质量问题研究显得尤为迫切。本课题结合实际需求,同时根据分布式电源的特点,设计了一款应用于分布式电源并网的电能质量在线监测装置。本文首先分析了各项电能质量指标和判别计算方法,以及分布式电源并网中电能质量问题的产生原因及问题类型,明确了电能质量在线监测装置的功能需求。电能质量在线监测装置能够测量基本电力参数、暂态扰动和进行SOE事件记录,设计中使用快速傅里叶变换、小波变换和宽量程相位差频率测量法进行参数计算和分析。为实现装置的在线监测并结合分布式电源的特点,本设计实现了RS-485、以太网和GPRS通信功能,实现电能质量在线监测装置之间的互联,组成监控网络进行电能质量参数的实时监测与上传。根据对电能质量在线监测装置的需求分析和性能指标要求,本设计采用STM32F405和STM32F107的双CPU解决方案。基于CortexM4内核的STM32F405具有强大的是数据计算能力,主要负责电力信号采集和分析、与STM32F107进行SPI通信等功能。STM32F107主要负责通信功能：使用自身的以太网模块实现以太网通信,使用SIM900A模块实现GPRS无线通信。双CPU解决方案有效保证了参数计算和通信的实时性。根据系统硬件设计方案,软件设计按照模块化进行。STM32F405主要分为：信号采集与分析模块、SPI通信模块、SOE事件处理模块、人机交互模块和数据存储模块等部分。STM32F107使用嵌入式操作系统μC/OS-II和LwIP协议栈,主要分为以太网通信模块、GPRS通信模块和RS-485通信模块。论文最后对电能质量在线监测装置进行了误差分析并提出了改进措施,增加了抗干扰设计,进行了大量的测试工作,经过验证,测试结果满足设计要求。
【关键词】：分布式能源 电能质量 小波变换 FFT STM32F405
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM76
【目录】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 课题研究背景14
• 1.2 分布式电源并网概述14-17
• 1.2.1 分布式电源内涵及特点14-15
• 1.2.2 分布式电源应用现状15-17
• 1.2.3 分布式电源发展趋势17
• 1.3 电能质量监测装置的研究意义17-18
• 1.4 课题主要研究内容18-19
• 1.5 创新点19-20
• 第二章 电能质量在线监测装置需求分析20-27
• 2.1 电能质量问题的提出20-23
• 2.1.1 电能质量定义20
• 2.1.2 电能质量指标20-23
• 2.2 分布式电源并网电能质量问题研究23-27
• 2.2.1 目前分布式电源的主要形式23-25
• 2.2.2 分布式电源并网对电能质量影响25-26
• 2.2.3 分布式电源并网引起的电能质量新问题26-27
• 第三章 电能质量在线监测装置硬件设计方案27-37
• 3.1 电能质量在线监测装置硬件总体设计27-29
• 3.2 主要功能模块电路分析29-37
• 3.2.1 主控制器STM32F40529
• 3.2.2 通信控制器STM32F10729-30
• 3.2.3 信号调理与采样电路30-31
• 3.2.4 数据存储模块31-32
• 3.2.5 时钟同步模块32-33
• 3.2.6 以太网通信模块33-34
• 3.2.7 人机交互模块34
• 3.2.8 GPRS通信模块34-35
• 3.2.9 RS-485/MODBUS通信模块35-37
• 第四章 电能质量分析算法37-53
• 4.1 基本电力参数算法37-41
• 4.2 基于快速傅里叶变换的谐波分析41-44
• 4.3 基于小波变换的暂态扰动分析44-48
• 4.3.1 小波变换分析及算法45-46
• 4.3.2 小波变换在暂态扰动信号分析中的应用46-48
• 4.4 宽量程相位差频率测量法48-53
• 4.4.1 宽量程相位差频率测量法的原理48-50
• 4.4.2 宽量程频率测量算法的实现方法50-53
• 第五章 电能质量在线监测装置软件设计方案53-74
• 5.1 软件总体设计流程53
• 5.2 STM32F405系统程序设计53-63
• 5.2.1 系统主程序设计53-55
• 5.2.2 数据采集和计算程序设计55-57
• 5.2.3 SPI通信程序设计57-58
• 5.2.4 SOE判定程序设计58-60
• 5.2.5 液晶显示程序设计60-62
• 5.2.6 数据存储程序设计62-63
• 5.3 STM32F107子系统程序设计63-74
• 5.3.1 子系统主程序设计65-67
• 5.3.2 以太网通信程序设计67-70
• 5.3.3 RS-485/MODBUS程序设计70-71
• 5.3.4 GPRS通信程序设计71-74
• 第六章 电能质量在线监测装置系统测试74-85
• 6.1 误差分析与抗干扰设计74-75
• 6.1.1 误差分析和改进措施74
• 6.1.2 抗干扰设计74-75
• 6.2 测量与保护功能测试75-85
• 6.2.1 基本电力参数测试75-80
• 6.2.2 电能质量参数测试80
• 6.2.3 SOE功能测试80-81
• 6.2.4 数据通信测试81-84
• 6.2.5 人机交互测试84-85
• 第七章 总结及展望85-87
• 7.1 结论85-86
• 7.2 展望86-87
• 参考文献87-91
• 致谢91-92
• 攻读硕士学位期间的研究成果92-93
• 附件93

【参考文献】

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本文编号：575592