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嵌入式系统在电力系统无功优化中的应用

作　者: 陈爱宾
导　师: 程新功
学　校: 济南大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 无功补偿 ARM 时变限值网络通信动作次数
分类号: TM714.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 13次
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内容摘要

随着经济的迅速发展，居民和工业用电量在持续增长。人们对电能质量的要求也越来越高。电压和无功功率是电能质量的重要参数，对电网的稳定运行有重要影响，因此电压无功补偿控制是电力系统自动化的重要研究课题。目前对电力系统电压和无功功率的调节主要通过调节变压器档位和投切电容器组的方式实现，所以可靠有效的电压无功补偿控制器对电网无功优化有重要作用。为了方便有效地实现电压无功补偿控制，本文设计了一种采用嵌入式系统的时变限值无功补偿控制器。该补偿器采用Marvell公司的PXA270处理器，选用Windows CE(Windows CE, Wince)嵌入式操作系统作为控制器的运行平台；在数据通信方面，采用网络控制芯片DM9000A实现无功补偿控制器与数据采集与监视控制系统(SupervisoryControl And Data Acquisition，SCADA)之间的数据通信，从而取代传统的A/D信号采集方式，简化了补偿控制器与外围器件的接线；在无功补偿控制算法方面，以变压器分接头和电容器的最大动作次数作为约束条件，根据电网各时段的波动水平，使用分形和聚类算法实现电网补偿时段的划分。通过最优潮流(Optimal Power Flow，OPF)算法计算出电网中各节点的最优节点电压(U opt)和最优无功功率(Qo pt)，并根据变压器的电压调节范围、电容器的容量计算出各个时段的电压和无功功率的上下限值，从而得到使用新限值的9区图判据。根据电网实时电压、无功功率，补偿器利用区图判据来判断当前电网工作点所处的工作区域，从而执行相应的补偿方案。本文旨在保证电网无功优化更为合理。根据负荷的波动情况确定变压器、电容器的补偿时段，进而得到各个时段的补偿限值。使用9区图判据对电网进行无功补偿控制。实际应用结果表明采用网络通信的方式可以保证数据的稳定可靠地传输。实验表明时变限值的补偿控制策略能够保证变压器档位的调节和电容器组的投切发生在电网负荷变化剧烈的时段。通过对补偿设备最大动作次数的调整，可以延长变压器和电容器组的使用寿命。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-11
第一章绪论  11-17
  1.1 选题的背景和意义  11-12
  1.2 问题的提出  12
  1.3 国内外研究状况  12-15
  1.4 本文所做的主要工作  15-16
  1.5 本章小结  16-17
第二章时变限值无功补偿控制策略  17-23
  2.1 电压无功补偿的原理  17-18
  2.2 时变限值电压无功补偿控制方法  18-22
    2.2.1 多重分形参量的确定  18-20
    2.2.2 电网补偿时段的划分  20
    2.2.3 补偿时段限值的确定  20-22
  2.3 本章小结  22-23
第三章无功优化控制系统整体设计方案  23-25
  3.1 整体设计方案  23
  3.2 整体工作流程  23-24
  3.3 本章小结  24-25
第四章 ARM 无功补偿控制器的硬件设计  25-39
  4.1 补偿控制器的整体硬件设计  25
  4.2 PXA270 处理器  25-26
  4.3 电源管理模块的设计  26-28
    4.3.1 主供电模块电路设计  26-27
    4.3.2 CPU 供电模块电路设计  27-28
  4.4 存储模块的设计  28-31
    4.4.1 SDRAM 模块电路设计  29
    4.4.2 NOR Flash 模块电路设计  29-30
    4.4.3 NAND Flash 模块电路设计  30-31
    4.4.4 电子硬盘模块电路设计  31
  4.5 通信模块设计  31-35
    4.5.1 UART 模块的设计  31-33
    4.5.2 网卡模块电路设计  33-34
    4.5.3 USB 模块电路设计  34-35
  4.6 输入输出模块设计  35-38
    4.6.1 LCD 模块电路设计  35-36
    4.6.2 触摸屏和音频模块电路设计  36-37
    4.6.3 I/O 输出模块电路设计  37-38
  4.7 本章小结  38-39
第五章无功补偿控制器的软件设计  39-61
  5.1 软件平台的搭建  39
  5.2 引导程序的移植  39-42
    5.2.1 引导程序的功能和分类  39-40
    5.2.2 引导程序的移植  40-41
    5.2.3 引导程序的测试  41-42
  5.3 操作系统的定制  42
    5.3.1 系统相关配置  42
    5.3.2 系统内核的裁剪与生成  42
  5.4 驱动程序的设计  42-45
    5.4.1 串口驱动程序的设计  42-43
    5.4.2 网卡驱动程序的设计  43-45
  5.5 软件的整体设计方案  45-47
    5.5.1 软件的整体结构  45-46
    5.5.2 主程序的监控流程  46-47
  5.6 人机界面设计  47-51
  5.7 数据库模块设计  51-55
  5.8 网络通信程序设计  55-57
  5.9 算法模块程序设计  57-59
  5.10 本章小结  59-61
第六章系统测试  61-65
  6.1 运行测试  61
  6.2 结果分析  61-65
第七章结论与展望  65-67
参考文献  67-71
致谢  71-73
附录  73

嵌入式系统在电力系统无功优化中的应用

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