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电站五防系统过程层关键技术的设计与研究

作　者: 陈志昂
导　师: 王友钊
学　校: 浙江大学
专　业: 电子信息技术及仪器
关键词: 五防过程层 MODBUS FFT MUSIC
分类号: TM732
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 64次
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内容摘要

电站五防系统即电网防误闭锁系统是电力安全运营的保障。目前国内电力五防主要有机械式防误闭锁、电气式防误闭锁、微机式防误闭锁三种方式。IEC61850标准提出了电站系统分为变电站层、间隔层、过程层,国内的变电站五防系统不能够满足该标准提出的基本功能需求。本论文针对目前国内电力五防系统不足的现状,针对过程层展开研究,具体研究内容包括：1、设计了基于IEC61850标准的分层电力五防架构。根据国内电站的设备构成研究了过程层设备需求,针对电站五防系统对电站设备的实时性监测、控制的硬件需求,特别针对电站设备的分布式结构,定制了将电站设备数据采集、在线监测、控制于一体的过程层模块,实现了自适应需求的硬件架构设计方案,提升了电力五防的可靠性、安全性。2、根据过程层模块的硬件特点和通信需求,构建了基于RS485总线的符合IEC61580标准的MODBUS协议实现方法,实现了串口链路下与间隔控制单元的数据交换,并通过该方法的改进研究,进一步实现了通信远距离传输和抗串扰。3、研究了电能质量对电力系统的影响,基于谐波分析的算法针对模拟量采集数据展开分析,提出并实现了基于快速傅里叶变换和MUSIC算法相结合的谐波分析方法,并通过仿真实验对方案进行了验证,实现分辨率较高的电能质量的分析功能。论文最终提出了一种插接式电力五防的过程层设备结构,强壮通信协议的鲁棒性实现了通信远距离传输和抗串扰,提出并实现了能对电能质量实时分析的基于快速傅里叶变换和MUSIC算法相结合的谐波分析方法。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
1 绪论  9-14
  1.1 课题研究背景  9
  1.2 国内外研究现状  9-12
  1.3 课题研究内容和目标  12-14
    1.3.1 主要研究内容  12
    1.3.2 本系统的研究目标  12-13
    1.3.3 论文结构  13-14
2 电力五防系统及电能质量基础研究  14-24
  2.1 电力五防系统  14-18
    2.1.1 电力五防系统功能  14-17
    2.1.2 电力五防的接口模型  17-18
  2.2 电能质量  18-21
    2.2.1 供电电压偏差  19
    2.2.2 供电系统频率偏差  19
    2.2.3 三相电压不平衡  19-20
    2.2.4 电压波动和闪变  20-21
    2.2.5 公用电网间谐波  21
  2.3 无功功率补偿  21-24
    2.3.1 提高功率因数的意义  22
    2.3.2 无功功率补偿的方法  22-24
3 系统总体设计  24-29
  3.1 基于IEC61850的系统构架设计  24-26
    3.1.1 站控层  25
    3.1.2 间隔层控制单元  25
    3.1.3 过程层  25
    3.1.4 电气接线连锁层  25-26
  3.2 网络拓扑结构  26-29
    3.2.1 通讯标准选择  27
    3.2.2 通讯协议选择  27-29
4 硬件系统实现  29-43
  4.1 系统硬件结构模型  29-30
  4.2 间隔层控制单元  30-31
  4.3 过程层的模块硬件实现  31
  4.4 通信电路设计  31-33
  4.5 数字量模块电路设计  33-38
    4.5.1 处理器芯片选择  33-34
    4.5.2 DI模块通道电路  34-36
    4.5.3 DO模块通道电路  36-38
  4.6 模拟量信号采集模块  38-40
  4.7 锁具设计  40-41
  4.8 电源电路设计  41-43
5 软件设计与实现  43-53
  5.1 系统软件设计  43-47
    5.1.1 开关量输入模块软件设计  44
    5.1.2 开关量输出模块软件设计  44-45
    5.1.3 模拟量输入模块软件设计  45-47
  5.2 串口通信实现  47-53
    5.2.1.基于MODBUS协议的主机\从机结构  47-49
    5.2.2 消息帧的结构  49-50
    5.2.3 通信时序  50-52
    5.2.4 CRC冗余校验  52-53
6 谐波监测的算法研究  53-61
  6.1 电力谐波监测的方法研究  53-54
    6.1.1 基于瞬时无功功率监测法  53
    6.1.2 基于小波分析监测法  53
    6.1.3 基于神经网络监测法  53-54
    6.1.4 基于FFT的监测法  54
  6.2 基于FFT的谐波监测方法实现  54-58
    6.2.1 离散傅里叶变换  54-55
    6.2.2 离散傅里叶的快速计算  55
    6.2.3 FFT谐波监测的误差分析  55-56
    6.2.4 谱估计在电力谐波的应用  56-58
    6.2.5 数据采集方法  58
  6.3 系统算法验证  58-61
7 结论与展望  61-63
  7.1 总结  61
  7.2 展望  61-63
参考文献  63-65

电站五防系统过程层关键技术的设计与研究

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