基于短距无线通信的农网用户剩余电流在线监测技术研究及应用

发布时间：2017-08-25 00:23

  本文关键词：基于短距无线通信的农网用户剩余电流在线监测技术研究及应用

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【摘要】：近年来,我国农村地区低压电网剩余电流故障频发,这一方面影响了农村供电稳定性和可靠性,同时给农户的生命财产安全带来巨大威胁。剩余电流监测技术可以在线检测剩余电流的大小,并在剩余电流故障发生后为农电管理人员提供故障信息帮助快速恢复农户供电。本文研究了一种农网低压剩余电流在线监测技术,包括剩余电流采集器、数据集中器、剩余电流监测软件三大部分。农网管理人员可通过监测软件实时查询台区内农户剩余电流和末端电压情况,并根据上传信息排查故障和处理事故。本文首先介绍了课题的研究背景,并对剩余电流检测和在线监测技术的国内外发展现状进行综述。接着,介绍了电磁式、霍尔式、磁调制式三种剩余电流检测方法和最大值、平均值、RMS三种幅值量化方法,提出了“改进型最大值”剩余电流幅值量化方法。利用NS2软件从路由路径、传输延时、丢包率三个方面对短距无线通信技术进行仿真研究,得出了ZigBee技术在农网供电台区部署的可行性和可靠性。在系统功能和性能需求分析的基础上给出了农网低压剩余电流在线监测系统的总体设计方案,将系统分成剩余电流采集器、数据集中器、剩余电流监测软件三大部分。随后,根据系统中剩余电流采集器设计需求,将其分成主控芯片、剩余电流采集、电压采集、ZigBee、电源和备用电源等功能模块,分别给出各模块的电路原理图,并利用Altium Designer设计出4cm X 5cm大小的剩余电流采集器PCB图并予以实现。在此基础上,给出了采集器在数据通信协议、主程序的软件设计,以及ZigBee模块的软件配置。参考C45剩余电流保护器尺寸和机械接口规格设计了剩余电流采集器的机械结构。根据系统中数据集中器的功能需求,将集中器分为ZigBee模块、电源模块、存储模块、时钟模块、多模式(GPRS、蓝牙、RS485)通信模块等模块,给出各模块的电路原理图,并利用Altium Designer设计出其PCB图,并完成硬件测试。在此基础上,从数据存储管理、GPRS和蓝牙通信协议、RS485总线通信协议、集中器主程序等方面进行数据集中器的软件设计。此外,设计完成了基于B/S结构云端数据库的剩余电流在线监测软件和基于Android系统APP的移动智能终端剩余电流监测软件。基于B/S结构的在线监测软件包含Socket数据通信软件和Web在线监测软件两部分,完成了基于Socket和IPC机制的Socket数据通信软件的程序设计,并分别从前端Web界面、后端MySQL数据库、后端PHP脚本完成了Web在线监测软件的前端和后端程序设计,其中PHP脚本通过IPC机制与Socket数据通信程序通信实现了在Web界面上的实时数据查询和参数配置读取功能。完成了Android在线监测APP的设备扫描连接和数据监测两大UI的设计,以及与UI对应的Activity类和一些工具类(蓝牙连接处理、SQLite数据库操作等)的设计,给出这些类的UML类图。最后,完成了系统的总体联调测试和现场安装试用。对剩余电流采集器进行充放电测试、标定测试、功耗测试,完成剩余电流采集器和数据集中器的组网测试,并进一步完成系统在浙江义乌和湖北枣阳台区的现场安装和试用。通过基于B/S结构的在线监测软件、Android在线监测/PP、Commix串口通信软件对系统进行功能测试。测试结果表明,剩余电流在线监测系统能够记录下供电台区内剩余电流故障和电压超限报警,同时提供实时数据查询、剩余电流末端和电压监测等功能,可帮助农电工随时台区农户的剩余电流、末端电压情况,为农电工排查农网剩余电流故障提供帮助。
【关键词】：剩余电流 ZigBee技术 在线监测 B/S结构 Android APP
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN92;TM76
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 剩余电流检测技术11-12
• 1.2.2 在线监测技术12-15
• 1.3 论文内容及章节安排15-16
• 1.3.1 本文研究内容15
• 1.3.2 本文章节安排15-16
• 第二章 农网剩余电流在线监测系统总体设计16-34
• 2.1 剩余电流检测16-24
• 2.1.1 剩余电流及其形成16
• 2.1.2 剩余电流检测16-22
• 2.1.3 改进型最大值法22-24
• 2.2 ZigBee技术在农网剩余电流监测应用分析24-30
• 2.2.1 ZigBee技术简介24-25
• 2.2.2 NS2仿真软件简介25-26
• 2.2.3 ZigBee网络部署可行性分析26-29
• 2.2.4 ZigBee网络部署可靠性分析29-30
• 2.3 系统设计目标分析30-31
• 2.4 系统总体方案设计31-32
• 2.5 本章小结32-34
• 第三章 剩余电流采集器和数据集中器设计34-60
• 3.1 剩余电流采集器设计34-47
• 3.1.1 剩余电流采集器技术需求34-35
• 3.1.2 剩余电流采集器硬件设计35-41
• 3.1.3 剩余电流采集器软件设计41-47
• 3.1.4 剩余电流采集器机械结构设计47
• 3.2 数据集中器设计47-58
• 3.2.1 数据集中器需求分析47-48
• 3.2.2 数据集中器硬件设计48-53
• 3.2.3 数据集中器软件设计53-58
• 3.3 本章小结58-60
• 第四章 剩余电流监测软件设计60-84
• 4.1 剩余电流监测软件总体设计60-61
• 4.2 基于B/S结构的在线监测软件设计61-73
• 4.2.1 基于B/S结构的在线监测软件需求分析61
• 4.2.2 环境搭建61-62
• 4.2.3 Socket数据通信软件设计62-66
• 4.2.4 Web在线监测软件设计66-73
• 4.3 Android在线监测APP设计73-82
• 4.3.1 Android在线监测APP需求分析73-74
• 4.3.2 Android应用程序开发简介74-76
• 4.3.3 Android在线监测APP UI设计76-78
• 4.3.4 Android在线监测APP程序设计78-82
• 4.4 本章小结82-84
• 第五章 系统测试84-98
• 5.1 剩余电流采集器测试84-86
• 5.1.1 超级电容充放电测试84-85
• 5.1.2 剩余电流和电压标定测试85-86
• 5.1.3 功耗测试86
• 5.2 系统安装试用86-89
• 5.3 基于B/S结构的在线监测软件功能测试89-92
• 5.4 Android在线监测APP功能测试92-95
• 5.5 RS485总线通信功能测试95-96
• 5.6 本章小结96-98
• 第六章 总结与展望98-100
• 6.1 工作总结98
• 6.2 工作展望98-100
• 致谢100-102
• 参考文献102-106
• 作者简介(包括论文和成果清单)106

【参考文献】

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本文编号：733990