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基于嵌入式微控制器的低频减载装置的研究与设计

作　者: 唐利军
导　师: 余楚中
学　校: 重庆大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 低频减载减载准则动态频率特性 MCF52235
分类号: TM761
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 57次
引　用: 2次
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内容摘要

电力系统稳定是电网安全运行的关键,一旦遭到破坏,必将造成巨大的经济损失和灾难性的后果。现代电力系统都是跨区域互联系统,其特征是系统规模大、超高压输电距离远,机组容量大,因此明显改善了电力系统运行的可靠性和经济性,在正常运行条件下,系统频率质量可得到显著提高。但是,系统一旦遭受大扰动,其频率稳定性有可能急剧恶化,因此在系统遭受大扰动时如何维持频率稳定以保证供电质量已成为业界普遍关注的问题。在现代电力系统中,低频减载是保证电力系统正常运行的最后一道防线,是维持电力系统频率稳定的重要措施,无论在国内还是国外,低频减载在电力系统中都获得了广泛的应用。本文在分析国内外低频减载方案及其实现装置现状基础上,研究了电力系统的动、静态频率特性,比较了由单机带集中负荷模型得出的电力系统动态频率特性与实际电力工程系统所测量特性的不一致性,指出了用单机带集中负荷模型分析电力系统动态频率特性的局限性,对比了各种低频减载方法的优缺点,推导提出了本文所推荐的低频减载方法,设计了低频减载装置的软、硬件平台。本文完成了以下研究工作:①分析了电力系统的动、静态频率特性,得出电力系统频率和负载与电网提供的有功功率是否平衡有关的结论,为低频减载装置设计提供了理论依据。②提出了以系统频率及频率变化时间为减载判据构建新型低频减载装置是否减载的量化方法。③设计了一种基于32位嵌入式微控制器MCF52235为核心的新型低频减载装置硬件平台,该平台可在以太网通信环境中使用。④设计了一种基于“主程序+采样中断+低频减载控制中断+通信中断”构建系统软件框架的低频减载系统软件平台。从系统层次保证了系统数据采集的实时性和低频减载控制的及时性。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-9
1 绪论  9-17
  1.1 课题的研究背景及意义  9-12
    1.1.1 引言  9
    1.1.2 电力系统频率偏移的危害  9-11
    1.1.3 电力系统三道防线  11-12
  1.2 低频减载的发展与现状  12-15
    1.2.1 低频减载方案  12-14
    1.2.2 低频减载装置  14-15
  1.3 本文主要研究工作  15
  1.4 本章小结  15-17
2 低频减载方案研究  17-33
  2.1 电力系统频率特性  17-21
    2.1.1 电力系统静态频率特性  17-19
    2.1.2 电力系统动态频率特性  19-21
  2.2 传统低频减载方案的相关问题  21-26
    2.2.1 低频减载切负荷总量与切负荷原则  22-23
    2.2.2 基本段和后备段  23
    2.2.3 基本段首/末级动作频率整定  23
    2.2.4 基本段级数整定  23-24
    2.2.5 低频减载时限整定  24
    2.2.6 传统低频减载方案评价  24-26
  2.3 考虑频率变化率的低频减载方案  26-28
  2.4 低频减载方案的改进  28-32
    2.4.1 考虑频率变化时间的低频减载方案  30-32
    2.4.2 闭锁策略  32
  2.5 本章小结  32-33
3 低频减载硬件平台设计  33-55
  3.1 硬件平台总体方案设计  33-36
    3.1.1 处理器内核选型  33-34
    3.1.2 CPU 选型  34-35
    3.1.3 硬件平台总体方案  35-36
  3.2 电源模块  36
  3.3 MCF52235 最小系统  36-39
    3.3.1 芯片配置模块  36-37
    3.3.2 时钟模块  37-38
    3.3.3 复位模块  38
    3.3.4 调试模块  38-39
    3.3.5 电源模块  39
  3.4 数据采集模块  39-42
    3.4.1 电压采集模块  40-41
    3.4.2 频率采集模块  41-42
  3.5 通信模块  42-48
    3.5.1 串口通信模块  43
    3.5.2 CAN 通信模块  43-45
    3.5.3 以太网通信模块  45-47
    3.5.4 I~2C 通信模块  47-48
  3.6 人机交互模块  48-51
    3.6.1 液晶显示模块(LCD)  49-50
    3.6.2 按键与LED 指示灯  50-51
  3.7 开关量输入输出模块  51-53
    3.7.1 开关量输入模块  51-52
    3.7.2 开关量输出模块  52-53
  3.8 本章小结  53-55
4 低频减载软件平台设计  55-69
  4.1 引言  55
  4.2 软件框架设计  55-59
    4.2.1 实时系统及其实现  55-57
    4.2.2 几种常见的软件框架形式  57-59
    4.2.3 新型低频减载装置所采用的软件框架  59
  4.3 主程序模块  59-63
  4.4 采样中断程序模块  63-65
    4.4.1 频率实时测量  63-64
    4.4.2 电压采集  64-65
  4.5 低频减载控制中断模块  65-66
  4.6 人机交互模块  66-68
    4.6.1 液晶显示  67
    4.6.2 按键扫描  67-68
  4.7 通信中断程序模块  68
  4.8 本章小结  68-69
5 系统调试  69-73
  5.1 系统调试  69-70
  5.2 系统测试数据  70-71
  5.3 本章小结  71-73
6 总结与展望  73-75
  6.1 总结  73
  6.2 展望  73-75
致谢  75-77
参考文献  77-81
附录  81
  A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录  81

基于嵌入式微控制器的低频减载装置的研究与设计

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