智能化配电系统微机保护单元研究

发布时间：2017-08-07 00:23

  本文关键词：智能化配电系统微机保护单元研究

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【摘要】：近年来,随着社会经济和工业技术的高速发展,各行业对电力系统提出更高的要求,所以,电力系统高效稳定运行,已经成为各行业发展的基础。配电系统作为电力系统中与用户联系最直接的环节,其智能化的发展更为迫切,与此同时电力系统中装置的发展也要趋于网络化、智能化。而其中微机保护装置更是保证整个智能化配电系统供电稳定、可靠运行的重要组成部分。本文通过分析国内外智能化配电系统及其微机保护装置的现状,根据微机保护装置的需求分析,完成微机保护整体方案设计。选用基于Cortex-M3内核的高性能、低功耗微处理器STM32F103RBT6为核心控制芯片,并通过对保护算法的研究,保证在配电系统出现故障或运行状态不正常时,微机保护单元能够更加快速、准确地动作于继电器跳闸或者发出信号;上位机可以通过MODBUS协议与微机保护单元通信,完成远程控制功能。研究主要涉及的内容:微机保护装置硬件电路设计,保护算法研究,软件程序设计及系统性能验证测试。以主控芯片为核心,对整个装置的硬件和软件系统进行总体设计及各功能模块的设计;通过对小波算法及改进快速傅里叶算法(Fast Fourier Transformation,FFT)研究,提高数据处理速度。对样机进行上电运行,通过模拟电力系统故障,对相应保护功能进行测试,结果表明该微机保护装置对故障能够进行精确、快速处理,与上位机通信良好,各方面都已达到了设计要求,满足智能化配电系统的要求。
【关键词】：智能化配电系统 微机保护 STM32 保护算法 通信
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM774
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 研究课题的背景与科学意义11-12
• 1.2 智能化配电系统微机保护装置国内外发展现状12-14
• 1.2.1 智能化配电系统国内外发展现状12-13
• 1.2.2 微机保护装置国内外发展现状13-14
• 1.3 研究内容及论文组织结构14-15
• 1.4 本章小结15-16
• 第2章 需求分析与总体方案设计16-19
• 2.1 微机保护装置的需求分析16
• 2.2 整体设计方案16-18
• 2.2.1 微机保护功能及工作原理分析17
• 2.2.2 保护单元通信协议选择17-18
• 2.3 本章小结18-19
• 第3章 保护算法与保护方案研究19-28
• 3.1 微机保护算法概述19
• 3.2 保护算法研究19-24
• 3.2.1 傅里叶算法研究19-20
• 3.2.2 小波算法研究20-21
• 3.2.3 模拟信号离散化研究21-24
• 3.3 保护方案研究24-27
• 3.3.1 短路故障保护25
• 3.3.2 过负荷保护25-26
• 3.3.3 零序电流保护26
• 3.3.4 欠压、过压保护26-27
• 3.3.5 三相一次重合闸27
• 3.4 本章小结27-28
• 第4章 微机保护硬件设计28-43
• 4.1 系统硬件总体设计28-29
• 4.2 主控模块设计29-32
• 4.2.1 主控芯片STM32 的选择及介绍29-31
• 4.2.2 主控模块电路设计31-32
• 4.3 数据采集模块设计32-36
• 4.3.1 模拟量输入模块设计32-34
• 4.3.2 开关量输入输出模块设计34-36
• 4.4 通信模块设计36-38
• 4.5 人机交互模块设计38-39
• 4.5.1 按键电路设计38-39
• 4.5.2 LCD显示电路设计39
• 4.6 电源模块设计39-40
• 4.7 JTAG调试接口40-41
• 4.8 硬件电路设计注意事项41-42
• 4.9 本章小结42-43
• 第5章 微机保护软件设计43-52
• 5.1 软件总体研究43-44
• 5.1.1 程序设计原则43-44
• 5.1.2 系统软件框架设计44
• 5.2 软件设计平台44-45
• 5.2.1 主控芯片开发环境44
• 5.2.2 STM32 固件库函数44-45
• 5.3 各模块软件设计45-51
• 5.3.1 主程序设计STM32 配置45-46
• 5.3.2 数据采集模块程序设计46-47
• 5.3.3 保护模块程序设计47-49
• 5.3.4 通信模块程序设计49-50
• 5.3.5 人机交互模块程序设计50-51
• 5.4 本章小结51-52
• 第6章 系统性能验证测试52-60
• 6.1 系统调试52-54
• 6.2 实验结果分析54-57
• 6.2.1 保护功能结果与分析54-56
• 6.2.2 通信性能分析56-57
• 6.3 系统可靠性分析57-59
• 6.3.1 影响系统可靠性的因素57-58
• 6.3.2 硬件可靠性措施58
• 6.3.3 软件可靠性措施58-59
• 6.4 本章小结59-60
• 结论60-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-66
• 附录66-70
• 附录1 微机保护装置硬件原理图66-67
• 附录2 微机保护单元电路板67-68
• 附录3 FFT的程序实现68-70
• 作者简介70-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果71-72

【参考文献】

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本文编号：632125