論文題目淺析智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)小二號黑體居中小二號黑體居中空二行空二行羅馬字母空一行目錄羅馬字母空一行摘要……………………I第一章緒論……………………11.1××××××××××……………31.1.1××××××××……………………4第二章×××……………62.1××××××××××……………6..小四號宋體,小四號宋體,行間距為20磅.第X章××××××××…………………21參考文獻……………………23附錄……………24致謝…………28PAGEI摘要盡管當(dāng)前電氣系統(tǒng)的運行變得越來越成熟并且參數(shù)設(shè)置變得越來越完善，但是由于電氣網(wǎng)絡(luò)的廣泛分布，它目前處于智能輸配電網(wǎng)絡(luò)中中國的農(nóng)村地區(qū)，氣候和地理環(huán)境的快速變化，以及龐大的用戶群。進展仍然困難。現(xiàn)有的電網(wǎng)通常是剛性系統(tǒng)，并且智能程度仍然很低。電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制能力并不理想。系統(tǒng)的自我修復(fù)和自我修復(fù)功能完全取決于物理冗余。對用戶的服務(wù)形式簡單，信息簡單，缺乏，良好的信息交流機制。智能監(jiān)控終端是通往智能傳輸/分配網(wǎng)絡(luò)的非常關(guān)鍵的物理鏈接。顯然，為所有信息交互，配電和其他智能電網(wǎng)運營提供硬件支持非常重要。此鏈接中缺乏技術(shù)將無法對電網(wǎng)進行智能化。此設(shè)計基于中國配電網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀和配電自動化的要求，并在查閱大量相關(guān)文件并分析其發(fā)展狀況和趨勢的前提下國內(nèi)外配電終端。關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)，智能監(jiān)測終端，配電自動化第一章緒論1.1研究背景1.1.1研究的意義電氣系統(tǒng)和電網(wǎng)已經(jīng)工作了很長時間，各種參數(shù)設(shè)置和維護經(jīng)驗已經(jīng)非常成熟。作為當(dāng)今能源流量最高的系統(tǒng)，其穩(wěn)定，可靠和安全的運行影響著整個國家。公民教育，醫(yī)療甚至工業(yè)防御是綜合國力的體現(xiàn)。但是，對電網(wǎng)運行的要求顯然不能局限于穩(wěn)定性，因為這些要求每天都在變化。智能電網(wǎng)絕對是電力系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢。盡管它可以可靠地供電和分配電源，但它更智能，更易于使用。它的發(fā)展越來越引起中國有關(guān)部門的關(guān)注。作為智能電網(wǎng)實施終端檢測的重要組成部分，電流表仍缺乏許多功能，并且在分析電能和數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量方面性能中等。因此，本設(shè)計研究具有明確的意義和目的，其目的是準確記錄配電網(wǎng)的實時數(shù)據(jù)，并進行電能質(zhì)量和故障管理的相關(guān)分析。智能電網(wǎng)可以通過電子終端，實時，高速，電力，電信，電視，智能設(shè)備控制以及充電，讀取，雙向供電，集成，在網(wǎng)絡(luò)用戶，用戶和企業(yè)之間形成網(wǎng)絡(luò)交互和即時連接。數(shù)據(jù)，電池，多功能開發(fā)和用戶。轉(zhuǎn)售電能；將數(shù)據(jù)集成到系統(tǒng)中，改善中央電源系統(tǒng)的集成，獲得有效的關(guān)鍵負載保護，并將多個電源和客戶終端與公用電網(wǎng)無縫互連，以提高整體的整體可靠性，可用性和效率電網(wǎng)。1.1.2國內(nèi)外配電檢測技術(shù)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀智能配電網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展目標是充分利用現(xiàn)代管理理念，并采用先進的計算機，電力電子，數(shù)字控制，通信，信息和傳感器來實現(xiàn)更高的目標。積分。配電網(wǎng)使配電網(wǎng)可靠，運行效率，電能質(zhì)量和主要技術(shù)裝備水平更高。目前，中國超過90％的用戶中斷是由配電網(wǎng)造成的，一半的傳輸損耗發(fā)生在配電網(wǎng)中。因此，高效穩(wěn)定的智能電網(wǎng)已成為智能電網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了從頭開始構(gòu)建智能配電網(wǎng)絡(luò)，智能配電終端系統(tǒng)的開發(fā)和使用是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。當(dāng)前，配電系統(tǒng)中有成熟的配電自動化終端。這些終端通常具有串行接口或網(wǎng)絡(luò)接口。支持多種協(xié)議，可以執(zhí)行遙測和遠程控制。但是，這些終端通常不具有保護功能或分布式智能功能，并且隔離和故障轉(zhuǎn)移取決于主站。中國國家電網(wǎng)公司在2010年發(fā)布的《智能電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備系統(tǒng)研制規(guī)劃》僅明確規(guī)定了終端的研發(fā)內(nèi)容和預(yù)期目標。研發(fā)的內(nèi)容是進行配電網(wǎng)絡(luò)的全景數(shù)據(jù)收集，保護和控制：主題演講的目的是開發(fā)狀態(tài)監(jiān)測，電能質(zhì)量監(jiān)測，測量，控制和保護智能設(shè)備。功能完備的配電網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了初級設(shè)備和設(shè)備的高度集成?，F(xiàn)有的電網(wǎng)通常是一個剛性系統(tǒng)，并且智能水平仍然很低。電力輸入輸出和電力輸出缺乏良好的靈活性。電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制能力并不理想。系統(tǒng)的自我修復(fù)和恢復(fù)功能完全取決于物理冗余。用戶服務(wù)表格很簡單。信息簡單，缺乏共享信息的良好機制。1.1.3智能配電網(wǎng)發(fā)展趨勢電網(wǎng)是經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施。近年來，電網(wǎng)安全運行的目標環(huán)境正在發(fā)生巨大變化。電網(wǎng)的負荷正在迅速增長，能源市場的運行因素對電網(wǎng)的運行影響越來越大。接受各種非人為因素，例如全球變暖，給電網(wǎng)的正常運行帶來了許多新挑戰(zhàn)。隨著時間的流逝，電網(wǎng)不斷吸收工業(yè)化和計算機化的成就，因此各種先進技術(shù)已經(jīng)集成并應(yīng)用到電網(wǎng)中，與傳統(tǒng)能源技術(shù)的有機結(jié)合得到了極大的改善。能源系統(tǒng)的功能。如今，能源技術(shù)的發(fā)展帶來了電網(wǎng)的主要思想，并提出了許多新功能，例如自修復(fù)，兼容性，集成，優(yōu)化等，并且能源市場對此水平提出了更高的要求。自動化和電網(wǎng)信息。可以預(yù)見，隨著多個行業(yè)的技術(shù)更新，電網(wǎng)的智能化將成為必然趨勢。1.2國內(nèi)外配電檢測技術(shù)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀分布式傳感技術(shù)是從傳統(tǒng)的電磁控制和測量設(shè)備技術(shù)發(fā)展而來的。電氣測量理論和儀器技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了許多重要步驟。早期，電氣測量技術(shù)主要基于模擬測量，并且使用了基于電磁通量原理的現(xiàn)代儀器，如電壓表，電流表和功率計。在線測量各種網(wǎng)格參數(shù)。然而，機械結(jié)構(gòu)和電磁通量的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，測量精度難以提高，并且由于不能提供諸如有功功率和功率因數(shù)的電矢量而難以輸出數(shù)字信號。因此，難以傳播網(wǎng)絡(luò)的智能工作。在20世紀50年代，數(shù)字電子技術(shù)和微電子技術(shù)的引入促進了電測量技術(shù)和儀器的發(fā)展，而模擬電測量儀器逐漸被數(shù)字儀器所取代。密鑰采樣是此階段的主要方法。首先，將直流對象的測量值量化為恒定電壓值，然后計算電壓和頻率，然后對時移進行校正和濾波以將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的直流值，然后通過測量平均值來測量此參數(shù)的有效性。值。該方法的軟件設(shè)計簡單，計算速度快。只能通過縮放采樣值來獲得測量值。但是，直流采樣方法存在一些問題。例如，測量精度直接受到整流器電路的精度和穩(wěn)定性的影響，并且難以調(diào)整整流器電路的參數(shù)。自20世紀80年代中期以來，電氣儀器和測量技術(shù)已進入快速發(fā)展的新階段。大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展減小了可放置在設(shè)備內(nèi)部的芯片的尺寸，這使該設(shè)備具有智能功能，如控制，存儲，計算，邏輯判斷和自動操作。在解決測量問題的廣度和深度方面取得了重大進展。隨著計算機技術(shù)的不斷進步和功率參數(shù)實時測量的提高，交流采樣技術(shù)已逐漸取代了傳統(tǒng)的直流采樣方法。在20世紀90年代中期，計算機和微電子技術(shù)的發(fā)展以及船舶視圖自動化系統(tǒng)的實施進一步促進了對電能質(zhì)量問題的研究和監(jiān)測設(shè)備的發(fā)展。過去，幾個高速，高分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采樣和保持設(shè)備，多路復(fù)用器和轉(zhuǎn)換器被用來形成同步采樣模塊，并且這些模塊逐漸被專用的高精度同步采樣模塊所取代。AD7864，AD73360等源自AD公司，特別是隨著功能功率測量芯片的出現(xiàn)以及16位和32位嵌入式芯片的發(fā)展，處理速度和集成度不斷提高，強大的技術(shù)可以部署設(shè)備。1.3本文主要內(nèi)容與結(jié)構(gòu)中國船舶的現(xiàn)狀以及實現(xiàn)配電監(jiān)控自動化的目的和重要性，討論監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀，并比較不同的現(xiàn)有配電監(jiān)控終端。針對實際應(yīng)用中的精度，價格，通訊，可靠性等問題，提出了一種高精度，高可靠性的配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案，并完成了樣機的生產(chǎn)調(diào)試。第二章系統(tǒng)總體設(shè)計2.1主控方案選擇在審查了許多相關(guān)文件之后，對照明參數(shù)的測量和控制進行了全面分析，在供應(yīng)站區(qū)域沒有過程控制，也沒有在線監(jiān)視。中國的農(nóng)業(yè)電網(wǎng)能源已經(jīng)整合，綜合分析結(jié)果更符合實際情況。控制方案如下。首先，德州儀器（TI）TMS320F28335TMS320F28335是德州儀器（TI）發(fā)布的高性能32位浮點數(shù)字信號處理器。主頻率可以達到150MHz，并且具有單精度浮點運算單元。豐富的片上資源，256k×16位閃存，34k×16位SRAM，3個32位CPU定時器，3個SCI（UART）模塊，1個SPI模塊，1個I2C總線，2個CAN總線通道和McBSP總線一個以上的TMS320F28335系統(tǒng)（例如通道模塊）控制內(nèi)核并控制外圍芯片的操作。它主要完成船舶運行預(yù)測數(shù)據(jù)的實時處理，事件記錄，電能質(zhì)量分析，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲，遠程通信以及開關(guān)量輸出的二次處理。ADE7878主要完成船舶預(yù)報運行數(shù)據(jù)的一次性收集和計算，并將通過船舶預(yù)報收集的實時運行數(shù)據(jù)通過SPI連接到TMS320F28335。配電網(wǎng)絡(luò)中的電流信號通過LCTA21CE。超緊湊型精密電流傳感器（40A/20mA）收集并組合一些外圍采樣電路，將其轉(zhuǎn)換為差分電壓信號，然后將其傳輸至ADE7878的電流信號輸入端子。電壓信號采集通過LCTV31CE精密電壓轉(zhuǎn)換器（2mA/2mA）直接發(fā)送到ADE7878電壓信號輸入端子。外圍電路模塊包括實時時鐘電路，數(shù)據(jù)存儲電路，監(jiān)控電路和RS485通信電路。該程序的總體結(jié)構(gòu)如下。電流互感器電流互感器電壓互感器DSPTMS320F28335電能計量ADE7878實時時鐘電流輸入通道電壓輸入通道計時誤差信號數(shù)據(jù)儲存看門狗RS485通信圖2-1基于TMS320F2835DSP芯片的監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)圖2.2AT91SAM7S256單片機該芯片是基于Atmel生產(chǎn)的ARM7TDMI的高性能32位RISC微處理器，具有高達64KB的SRAM和256KB的高速閃存，以及受保護的8級優(yōu)先級中斷向量。外部中斷源。1個快速中斷源，3個通道16位定時器，32個可編程的多個I/0，每個I/0最多2個外設(shè)，1個8通道10位SAR模數(shù)轉(zhuǎn)換器，1個SPI和1個片上有2個具有豐富資源的UART，例如2個WEI接口，它們提供2種調(diào)試方法：JT和DEBUG?；窘Y(jié)構(gòu)參數(shù)如下：核心處理器：ARM7核心大小：16/32位速度：55MHz連接性：I2C，SPI，SSC，UART/USART，USB外圍設(shè)備：低壓檢測/復(fù)位，DMA，POR，PWM，WDT輸入/輸出數(shù)量：32程序存儲容量：256KB（256Kx8）程序存儲器類型：FLASHRAM容量：64Kx8電壓功率（Vcc/Vdd）：1.65V?1.95V數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器：A/D8x10b振蕩器類型：內(nèi)部工作溫度：-40℃?85℃封裝/外殼：64-LQFP包裝：紙盤綜上所述，德州儀器（TI）的TMS320F28335系列芯片相對昂貴，而通用性和兼容性卻相對較差，因此我決定在本設(shè)計中選擇AT91系列微控制器作為主控制芯片。2.3配電終端設(shè)計需求監(jiān)控系統(tǒng)需要實時監(jiān)控顯示的網(wǎng)絡(luò)功率參數(shù)，包括電壓有效值，電流有效值，三相總有功功率和頻率。根據(jù)設(shè)計目標，本設(shè)計中配電網(wǎng)智能監(jiān)控終端的具體功能要求應(yīng)為：（1）提供測量數(shù)據(jù)的實時傳輸功能可以記錄三相交流點的測量數(shù)據(jù)，包括三相電壓，三相電流，視在功率，頻率和諧波以及該時間或固定時間的其他物理量，并計算峰值和各種平均值參數(shù)。值和超時可以在主站需要時及時發(fā)送數(shù)據(jù)。（2）故障監(jiān)視和報警功能它可以自動檢測異常運行狀況，例如變壓器輸出缺相，功率損失，電壓損失，過大的電壓和電流限制，并將故障項目和異常警報信息報告給站長。（3）通信和數(shù)據(jù)傳輸功能短程有線通信通過RS485完成，并且GPRS無線模塊用于遠程控制主站。絕對要上傳各種統(tǒng)計和測量數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)遠程參數(shù)設(shè)置功能和時間同步功能。（4）設(shè)備診斷和恢復(fù)功能具有監(jiān)控設(shè)備的自我診斷，關(guān)機數(shù)據(jù)保護和自動故障恢復(fù)功能。（5）更改監(jiān)視和健康控制功能您可以收集三相斷路器狀態(tài)量。當(dāng)開關(guān)狀態(tài)改變時，它可以記錄并報告基站的當(dāng)前狀態(tài)和出現(xiàn)時間，并且開關(guān)組合可以由繼電器控制。此外，它必須能夠從外部脈沖能量計讀取數(shù)據(jù)信息。2.4配電網(wǎng)監(jiān)測終端的總結(jié)和工作原理根據(jù)我們的知識和在相關(guān)文獻中的討論，我們決定基于TRU和FTU等許多國內(nèi)外技術(shù)解決方案，使用高精度ADE7878功率測量芯片來收集交流信號。三相負載電流和三相物理量（例如電壓，無功功率和功率因數(shù)）和主控制板使用AT91SAM7S256微控制器和通信模塊。它由一個按鈕和一個顯示模塊組成。它基于配電變壓器監(jiān)控終端的兩個主要功能：電源參數(shù)的收集，智能監(jiān)控和數(shù)據(jù)通訊管理以及配電和監(jiān)控的三級結(jié)構(gòu)設(shè)計思想。本文的終端將在下一章中進行設(shè)計。以及主控制面板和儀表模塊。詳細說明。配電變壓器監(jiān)控終端使用信號和數(shù)據(jù)采集電路來收集配電系統(tǒng)和電源中的實時功率參數(shù)，例如三相電壓，三相電流，有功功率，無功功率，功率因數(shù)，線路頻率等。疾病。被告知。例如，斷路器，隔離開關(guān)和其他設(shè)備的運行狀態(tài)，以及警報等信號。然后，終端將收集的數(shù)據(jù)發(fā)送到中央控制單元的微處理器，以進行數(shù)據(jù)分析和計算處理。中央控制組件根據(jù)系統(tǒng)要求存儲下一次呼叫的查詢，計算，處理和統(tǒng)計信息?；蛘撸梢酝ㄟ^數(shù)據(jù)通信接口將數(shù)據(jù)發(fā)送到電子分配站，或直接發(fā)送到主控制站管理系統(tǒng)和其他終端設(shè)備。同時，根據(jù)數(shù)據(jù)采集和處理結(jié)果，可以對功率因數(shù)進行實時補償或輸出控制信號。同時，中央控制組件可以從系統(tǒng)的主控制站接收控制命令，完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸和控制功能，并連接到網(wǎng)絡(luò)。人機界面電路主要由鍵盤和顯示電路組成，用于終端參數(shù)設(shè)置，數(shù)據(jù)修改，數(shù)據(jù)顯示和查詢等。數(shù)據(jù)通信接口電路用于終端與變電站或主站與其他設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。該電路通常被設(shè)計為多個接口電路，以滿足系統(tǒng)的各種通信方法的需求?？刂戚敵鲭娐分饕糜诟南到y(tǒng)的無功功率，以及在特殊或緊急情況下進行更改。本設(shè)計的智能監(jiān)控終端由信號和數(shù)據(jù)采集電路，數(shù)據(jù)分析和處理電路，控制輸出電路以及人機界面電路組成。配電變壓器管理監(jiān)視系統(tǒng)連接到系統(tǒng)中所有分布在配電變壓器中的配電變壓器監(jiān)視終端，并且可以連接到運行狀態(tài)和配電狀態(tài)所有變壓器的運行。配電網(wǎng)絡(luò)中所有充電點的電能測量數(shù)據(jù)。從電網(wǎng)模型的統(tǒng)一管理中，形成配電管理系統(tǒng)本身與其他配電管理子系統(tǒng)共享的數(shù)據(jù)資源，分析配電和運輸條件，優(yōu)化整個電網(wǎng)。無功功率，線損分析和能源市場分析統(tǒng)計數(shù)據(jù)，評估，系統(tǒng)性能指標和其他功能的分析。第三章主控電路設(shè)計與實現(xiàn)3.1主控總體結(jié)構(gòu)主控制板是整個監(jiān)視終端的中央部分。它主要負責(zé)接收信息以進行主站的咨詢和控制；計算并統(tǒng)計分析模塊的收集結(jié)果，以生成各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)；監(jiān)控交換機狀態(tài)，并在出現(xiàn)異常時及時發(fā)出警報。并檢查開關(guān)的打開和關(guān)閉；本地存儲，真實數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。使用RS485和GPRS兩種通訊方式將實時數(shù)據(jù)和現(xiàn)場信息傳輸?shù)街骺卣尽?.2主控模塊電路1.AT91SAM7S256微控制器部分該芯片基于ARM7TDMI微處理器。根據(jù)配電網(wǎng)智能監(jiān)控終端的設(shè)計要求，結(jié)合其片上資源，有必要擴展AT91SAM7S256的相應(yīng)功能，主要包括以下幾個方面：（1）由于AT91SAM7S256不為地址/數(shù)據(jù)總線提供外部接口，因此人機界面控制和外部擴展需要將總線擴展為128MbitsNANDFlash。（2）AT91SAM7S256僅具有兩個UART，不能滿足終端UART通信接口的要求，因此有必要擴大孔并擴展兩個UART接口。（3）FM3116點存儲器用于存儲儀表讀數(shù)數(shù)據(jù)，同時提供外部監(jiān)視，實時時鐘和其他功能。2.鐵電存儲器鐵電存儲器（FRAM）是近年來落后的新型處理器。原理是將鐵電晶體的鐵電效應(yīng)用于數(shù)據(jù)存儲。由于鐵電效應(yīng)是鐵電晶體固有的極化特性，因此與電磁效應(yīng)無關(guān)，因此存儲內(nèi)容不受磁場等因素的影響，可以用作普通存儲器。它具有可變的存儲特性。無需定期更新內(nèi)存。停電后將立即保存它。它具有寫入速度快，電壓低，功耗低，擦除耐久性高和抗輻射性強的特點。非常適合數(shù)據(jù)采集和寫入場合。數(shù)據(jù)長時間存儲時。過去，由于EPROM的最高寫入速度和較低速度，傳統(tǒng)的能量存儲和測量解決方案通常將能量脈沖臨時存儲在SRAM中，并在存儲到SRAM之前先累積到一定值。EPROM。以這種方式關(guān)閉后，部分能量脈沖值將丟失，從而降低了電表的精度。借助鐵電存儲器，每個能量脈沖都直接存儲在FRAM中，以確保實時能量寫入并消除停機檢測電路，從而確保最大的數(shù)據(jù)可靠性。FM3316是下一代RAMTRON16KB鐵電存儲器。該存儲器還具有諸如實時時鐘，欠壓復(fù)位，看門狗計數(shù)器和非易失性事件計數(shù)器的功能。當(dāng)系統(tǒng)關(guān)閉或電壓低時，實時時鐘和事件計數(shù)器需要備用電源以維持正常運行。如圖3.3.2所示，F(xiàn)M3116使用TWI與AT91SAM7S256進行通信，以存儲電表模塊的電能參數(shù)信息。當(dāng)存儲的數(shù)據(jù)達到一定容量時，數(shù)據(jù)將被傳輸?shù)絅AND閃存中，以確保數(shù)據(jù)的實時性能。同時，事件計數(shù)器用于記錄要復(fù)制的外部設(shè)備的能量脈沖，因此即使關(guān)閉系統(tǒng)電源，系統(tǒng)也不會丟失能量測量信息。當(dāng)AT91SAM7S256工作異常或電源電壓低于2.9V時，F(xiàn)M3116將復(fù)位AT91SAM73.擴展總線和串行端口系統(tǒng)使用128Mb的NANDFlashK9F2808U0A存儲LCD字符漢字庫，應(yīng)用程序備份和各種參數(shù)。AT91SAM7S25612通道GPI0用于模擬外部總線所需的ALE/AD0`8信號。3.3開關(guān)檢測和控制開關(guān)量獲取電路模塊主要用于監(jiān)視配電開關(guān)的狀態(tài)。您可以將數(shù)據(jù)實時上傳到主控制模塊，并從主控制模塊獲取反饋信息，并控制或報警相應(yīng)的開關(guān)。與高壓輸電側(cè)一樣，配電側(cè)的功率斷路器包括斷路器，斷路器等。因此，斷路器檢測應(yīng)包括斷開狀態(tài)和斷開狀態(tài)等信息。設(shè)備關(guān)閉，保護，自動重合閘的運行狀態(tài)以及設(shè)備的預(yù)期運行狀態(tài)。為確保收集的信息正確無誤，收集聯(lián)系信息時應(yīng)采取隱私措施。為了確保所收集的信息正確可靠，在收集聯(lián)系信息時必須采取必要的隔離措施，以防止干擾信號進入單芯片系統(tǒng)。該項目使用光耦合器實現(xiàn)內(nèi)部電路與外部電路之間的電氣隔離，如圖3-4所示。開關(guān)觸點串聯(lián)在輸入電路中。R1和C組成一個低通濾波器，以濾除高頻干擾。同時，電阻器R1在限流中也起著作用。R2用作光危害陽極輸入端的拉出電阻。在打開狀態(tài)下，拉下陽極以避免輕微損壞，并確保在打開狀態(tài)下信號的穩(wěn)定性。Z1是一個12V緩沖管，用于過濾掉12V以下的干擾信號，而D1保護光災(zāi)難免受反向擊穿。另外，在光災(zāi)的兩端都使用獨立的電源，并且它們沒有共享的基座，因此，光的根源可以起到隔離的作用。開關(guān)量獲取的工作原理是：當(dāng)配電開關(guān)處于閉合狀態(tài)時，輔助觸點閉合，信號經(jīng)電路輸入到光電耦合電容器，然后根據(jù)收集光電二極管輸出的高電平和低電平來調(diào)整開關(guān)狀態(tài)。3.4按鍵控制和人機交互在整個監(jiān)視終端中，編碼是最重要的輸入組件之一。它用于手動操作終端以執(zhí)行諸如升高，降低，確認，取消和重新啟動的功能。該終端根據(jù)設(shè)計要求設(shè)計了5個按鈕，這些按鈕由AT91微控制器的2通道ADC收集。具體的實現(xiàn)原理是：按下K1或K3時，KEY1或KEY2的電平為3.3V，按下K2或K4時。不活動時，由于電阻的分壓，接收到的信號為1.5V。通過收集和識別不同的電壓，可以判斷按鍵輸入。3.5顯示模塊根據(jù)設(shè)計要求和實際情況，此監(jiān)視終端的顯示模塊決定使用LED指示器和LCD屏幕的組合。液晶屏部分采用192*64點液晶顯示，可以顯示漢字，數(shù)字，甚至圖形。LCD模塊的復(fù)位信號由GPIO提供的其他外圍電路共享，而數(shù)據(jù)和其他控制信號由擴展總線提供，并且LED由3ULN2003A驅(qū)動，指示開關(guān)控制信號，電源電路，電能計量和通信電路的工作狀態(tài)。3.6通訊模塊本設(shè)計的監(jiān)控終端采用兩種通訊方式：RS485和GPRS。RS485負責(zé)與過程儀表通信并讀取其能量測量信息，而GPRS網(wǎng)絡(luò)則負責(zé)與遠程基站進行通信。（1）RS485RS485是電力系統(tǒng)行業(yè)中使用最廣泛的標準接口。點對點差分數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎庖?guī)范。該接口可以在單條雙絞線上實現(xiàn)半雙工主從多點通信，具有出色的噪聲抑制能力和高可靠性。終端選擇SN65LBC184D以完成RS485通信收發(fā)器功能。該芯片具有瞬時高壓抑制功能，可以承受靜電放電和雷擊，避免了由交流誤差引起的異常高壓脈沖的影響，并且可以適應(yīng)惡劣的環(huán)境。RS485通訊接口電路如圖3-7所示。在緩慢充電和快速釋放電路以及“NO”門之后，主控制模塊的TXD擴展串行端口將信號發(fā)送到/RE和DE，并且沒有門來控制發(fā)射器和接收器的激活。當(dāng)RS485接口發(fā)送數(shù)據(jù)時，TXD輸出為低電平，電容器立即通過D23放電，NOT輸入為低電平，DE和/RE輸入為高電平，并且SN65LBC184D控制器輸出為開。相反，當(dāng)RS485接收數(shù)據(jù)時TXD輸出為高電平時，D23鎖定，信號通過R58將逆變器輸入更改為高電平，然后DE和/RE輸入為低電平，并且SN65LBC184D接收器輸出打開?？紤]到終端的實際通訊環(huán)境可能很差，RS485通訊接口，特別是電源，通訊接口及其他連接的信號線，必須采取一定的防雷，抗干擾措施。到外面的世界。如圖3.8所示，SC16IS752和SN65LBC184D的擴展串行端口必須通過光耦合器隔離，并且SN65LBC184D的RS485信號線必須連接到防雷電路。VR3和VR4具有自動恢復(fù)安全功能，可以防止信號線過載。D22是可防止信號線之間過電壓的穩(wěn)壓管。（2）GPRS通信GPRS通用無線分組服務(wù)是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，可提供端到端的廣域無線IP連接。簡而言之，GPRS是一種高速數(shù)據(jù)處理技術(shù)，它以“數(shù)據(jù)包”的形式向用戶傳輸數(shù)據(jù)。GPRS始終在線，實時通信，流量統(tǒng)計，安全可靠，根據(jù)覆蓋范圍廣的優(yōu)勢，終端通過GPRS通信與主站通信，實現(xiàn)遠程控制和GPRS傳輸。配電變壓器端子數(shù)據(jù)。第四章電能表模塊的設(shè)計與實現(xiàn)4.1電能表模塊總體結(jié)構(gòu)電能表模塊的職責(zé)是采集電力系統(tǒng)的多項物理量。根據(jù)設(shè)計要求，本配變監(jiān)測終端的總體硬件結(jié)構(gòu)圖如圖4-1所示。圖4-1表模塊硬件結(jié)構(gòu)圖經(jīng)過繼電器和互感器得到的弱電回路信號，在經(jīng)過ATT7022B采樣運算后，得到三相電壓、電流、功率因數(shù)等參數(shù)，再通過接口送到表模塊主空氣STC12C5412，同時該主控器會接收CPU的控制信號，對采集的數(shù)據(jù)驚醒初步處理，再通過自定義的串行通信協(xié)議將結(jié)果發(fā)送給主控板。4.2三相電能計量芯片ATT7022B4.2.1芯片簡介ATT7022B時鐘模塊的核心組件是三相基波/諧波能量測量芯片，具有高可靠性，高精度和高穩(wěn)定性，適用于三相三相或三相四線系統(tǒng)。在系統(tǒng)應(yīng)用中，1000:1動態(tài)范圍功率測量精度優(yōu)于0.1％，RMS電壓和電流測量精度優(yōu)于0.5％5％。ATT7022B具有許多優(yōu)勢，例如全面的測量參數(shù)，完善的校準功能，簡化的硬件設(shè)計，降低的設(shè)計成本以及較短的軟件開發(fā)周期。ATT7022B集成了高精度16位7通道ADC和高速24位DSP，可以測量電流，有效電壓，有功/無功/視在功率，有功/無功/視在電能和其他參數(shù)。ATT7022B還可以分別測量基本能量，測量總有功/無功能量，基本有功/無功能量，諧波有功/無功能量，視在能量和其他參數(shù)，以消除諧波能量對發(fā)電機的負面影響。測量。能源行業(yè)的公平計費提供了基準。此外，ATT7022B的第7個ADC可用于防止電盜，并且芯片上具有內(nèi)置溫度傳感器以支持軟件校準。所有測量和校準參數(shù)都可以在外部MCU和ATT7022B提供的SPI接口之間傳輸。4.2.2ATT7022B引腳描述ATT7022B的主要引腳布局如表4-1所示：表4-1ATT7022B主要引腳功能引腳標識特性功能描述1RESET輸入復(fù)位管腳，地點憑有效2SIG輸出ATT7022B上電復(fù)位或一場原因重新啟動時，SIG變?yōu)榈碗娖?，?dāng)外部MCU通過SPI寫入較表數(shù)據(jù)后，SIG立即變?yōu)楦唠娖健?、46、79、10V1P/V1NV3P/V3NV5P/V5N輸入A、B、C相電流通道正、負模擬輸入引腳。完全差動輸入方式，正常工作最大信號電平為+_1.5V，最大承受電壓+-6V。13、1416、1719、20V2P/V2NV4P/V4NV5P/V5N輸入A,B,C相電壓信道正、負模擬輸入引腳。完全差動輸入方式，正常工作最大信號電平為士1.5V，最大承受電壓+-6V。21、22V7P/V7N輸入第七路ADC的正、負模擬輸入引腳。完全差動輸入方式。正常工作最大信號電平為+-1.5V，最大承受電壓為+-6V。5REFCAP輸出基準電壓，2.4V11REFOUT輸出基準電壓輸出，用作外部信號的直流偏置。26SEL輸入三項三線(低電平)/三相四線(高電平)選擇。27CF1輸出有功電能脈沖暑促，其頻率反應(yīng)合相平均有功功率的大小。28CF2輸出無功電能脈沖輸出30CF3輸出基波有功電能脈沖輸入/RMS視在電能脈沖輸出31CF4輸出基波無功電能脈沖輸入/PQS視在電能脈沖輸出35CS輸入SPI片選信號，下降沿有效36SCLK輸入SPI串行時鐘輸入37DIN輸入SPI串行數(shù)據(jù)輸入38DOUT輸出SPI串行數(shù)據(jù)輸出4.2.3ATT7022B功能概述集成的6通道二階sigma-deltaADC，參考電壓電路和所有數(shù)字信號處理電路用于測量功率，能量，均方根，功率因數(shù)和頻率。它可以測量相和相有功功率，無功功率，視在功率，有功功率和無功功率之和。它還可以測量每個參數(shù)相位的電流，有效電壓值，功率因數(shù)，相角，頻率和其他值。滿足多功能和多功能三相功率計的需求。它支持整個數(shù)字域的增益和相位校正，即純軟件校正。有功和無功電能脈沖輸出CF1和CF2提供瞬時有功和無功功率信息，可以將其直接連接到標準電表以糾正錯誤。有關(guān)詳細的校準說明，請參閱第3節(jié)。它可以測量基本有功功率和無功功率，并提供CF3和CF4脈沖輸出，以提供實時的基本有功功率信息和基本無功信息，以及可直接用于基本校準。視在功率輸出有兩種類型：視在功率RMS和視在功率PQS。CF3和CF4也可以配置為視在能量脈沖輸出。提供一個SPI接口，可以輕松地將測量參數(shù)和校準參數(shù)傳輸?shù)酵獠縈CU。4.2.4ATT7022B數(shù)據(jù)處理原理在查閱了ATT7022B用戶手冊和其他相關(guān)材料后，我了解到該芯片具有諸如模數(shù)轉(zhuǎn)換，電壓/電流相序檢測，功率方向判斷和電壓損耗檢測等功能。并且它提供了硬件重置和軟件重置。方式。結(jié)合所學(xué)的電路知識，配電變壓器功率參數(shù)測量公式中監(jiān)控端子的設(shè)計原理如下：電壓有效值：(4.1)電流有效值：(4.2)有功/無功功率測量：單相有功功率：(4.3)合相有功功率：(4.4)去除直流分量后，可以通過一系列過程來獲得每個相的有功功率，例如對電流和電壓信號進行乘法，加法和數(shù)字濾波。電壓和電流采樣數(shù)據(jù)最多包含21個諧波，因此根據(jù)公式4.3計算得出的有功功率也至少包含21個諧波。組合有功功率根據(jù)公式4.4計算。單相無功功率：(4.5)合相無功功率：(4.6)無功的算法與有功一樣，區(qū)別在于電壓信號要超前90度。視在功率測量：PQS視在功率：(4.7)RMS視在功率：(4.8)由于ATT7022B可以直接提供電流和電壓的有效值，所以本設(shè)計中僅采用RMS視在功率計算。有/無功電能測量：有功能量：(4.9)無功能量：(4.10)合相代數(shù)和累加：(4.11)合相絕對值累加：(4.12)當(dāng)完成上述的參數(shù)采集與運算后，這些參數(shù)以補碼的形式被保存到ATT7022B相對應(yīng)的24位計量參數(shù)寄存器中，用SPI讀出之后只需要進行簡單的換算即可得到實際測量值。4.3信號轉(zhuǎn)換電路由于此監(jiān)視終端的設(shè)計和適用范圍主要適合于監(jiān)視配電側(cè)的配電變壓器參數(shù)，因此需要使用電壓/電流互感器套件來測量流向弱電流電路的交流電，同時實現(xiàn)兩側(cè)的電氣絕緣。4.3.1電流采樣輸入方案電流采樣采用差分輸入模式，并且輸入級疊加有2.4V直流偏置電壓。偏置電壓由ATT7022B的參考電壓輸出REFOUT提供。4.3.2電壓采樣輸入方案電壓采樣輸入信號可以達到500V，ATT7022B的電壓輸入范圍為0-1V（有效值），因此ATT7022B的電壓輸入采用內(nèi)部放大4倍。遵循最小絕緣距離，高精度和高穩(wěn)定性的原則，分壓器網(wǎng)絡(luò)由四個溫度特性更好的590kΩ（約600kΩ）和一個精度為1％的1.2kΩ插入式金屬膜電阻組成。當(dāng)以這種方式輸入額定電壓時，電壓差分輸入電壓的有效值約為0.5V。4.4數(shù)據(jù)采集與處理電路在比較并檢查了各種微控制器之后，此設(shè)計的監(jiān)視終端決定使用改進的8051微控制器STC12C5412作為主控制器。STC12C5412是一款高性能，低成本的微控制器。主要性能特點是：該指令代碼與現(xiàn)有的8051完全兼容。在1T模式下，速度比普通8051快。支持12KB的片上FLASH程序存儲器，512B的片上數(shù)據(jù)RAM，EEPROM功能提供兩個串行通信接口UART和SPI集成硬件監(jiān)控設(shè)備在系統(tǒng)中可編程/在應(yīng)用程序中可編程寬工作電壓范圍通過4KV高速脈沖干擾測試。STC12C5412的12KB閃存程序存儲器分為24個扇區(qū)，每個扇區(qū)的大小為512KB，所有這些扇區(qū)都可以執(zhí)行IAP讀寫操作，并且適合存儲ATT7022B校準參數(shù)。但是，由于每個扇區(qū)都是逐字節(jié)編程的，并且逐個扇區(qū)地被擦除，因此在校準過程中，最后兩個扇區(qū)被選擇來交換更新的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集和處理電路如圖4-6所示。STC12C5412和ATT7022B之間有6條數(shù)據(jù)/控制線。其中，CS，SCLK，DIN和DOUT用于SPI通信。SIG是當(dāng)ATT7022B打開或異常重啟時，由STC12C5412的外部中斷1接收到的響應(yīng)信號。如果希望ATT7022B和STC12C5412在MCU上電并重啟后同步工作，則需要控制ATT7022B通過STC12C5412端口P1.0重啟。信號通過四通道電源脈沖DART通信接口（CF1`CF4），電源和20信號線在儀表模塊和主控制板之間傳輸包含復(fù)位信號的內(nèi)核。第五章系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1單片機程序總體設(shè)計在比較并檢查了各種單片機之后，本設(shè)計的監(jiān)視終端決定使用改進的8051單片機STC12C5412作為主控制器。STC12C5412是一款高性能，低成本的單片機。其主要性能特征如下：指令代碼與傳統(tǒng)的8051完全兼容；在1T模式下，速度比普通8051快；帶有12KB的片上FLASH程序存儲器，512B的片上數(shù)據(jù)RAM，支持EEPROM功能；提供兩個串行通信接口，UART和SPI；集成硬件看門狗；在系統(tǒng)中可編程/在應(yīng)用中可編程；具有寬工作電壓范圍；通過了4KV快速脈沖干擾測試。STC12C5412中的12KB閃存程序存儲器分為24個扇區(qū)，每個扇區(qū)的大小為512KB，所有這些扇區(qū)都可以執(zhí)行IAP讀寫操作，并且適合存儲ATT7022B校準參數(shù)。但是每個扇區(qū)均按字節(jié)進行編程，并按扇區(qū)進行擦除，因此在校準過程中，選擇了最后兩個扇區(qū)以交換更新的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集和處理電路如圖4-6所示。STC12C5412和ATT7022B之間有6條數(shù)據(jù)/控制線。其中，CS，SCLK，DIN和DOUT用于SPI通信。SIG是當(dāng)ATT7022B打開或異常復(fù)位時，由STC12C5412的外部中斷1接收到的響應(yīng)信號。如果您希望ATT7022B和STC12C5412在加電并重新啟動MCU之后同步工作，則需要控制ATT7022B通過STC12C5412端口P1.0重新啟動。5.2主程序及中斷程序設(shè)計主程序流程圖如圖5-1所示。初始化主要是關(guān)于STC12C5412內(nèi)部功能模塊的操作模式，參數(shù)和中斷的配置以及ATT7022B參數(shù)的校準精度。ATT7022B必須通過參數(shù)精度校正，以確保收集的結(jié)果滿足系統(tǒng)的精度要求。初始化完成后，主程序通過查詢相應(yīng)中斷程序中設(shè)置的標志位的狀態(tài)來啟動子程序，如下所示。每次執(zhí)行該子例程時，由于監(jiān)視模塊不會重啟，因此有必要重置激活標志以避免故障。主程序?qū)⒏鶕?jù)ATT7022BFatt字段標志確定ATT7022B是重新啟動還是異常關(guān)閉。如果Fatt設(shè)置了該單詞，則ATT7022B將被重置，精度校正參數(shù)將被覆蓋。同時，SIG信號發(fā)送到STC12C5412的外部端子0/INTTO由下降沿激活。如果ATT7022B正常工作，則SIG為高，而ATT7022B重新啟動或由于異常原因而重啟，則SIG為低，/INT0導(dǎo)致ATT7022B重新啟動。該程序的符號是Fatt。然后，主程序根據(jù)時間收集標志Fc（收集標志）決定是否更新存儲在STC12C5412的內(nèi)部RAM中的收集的ATT7022B數(shù)據(jù)。如果設(shè)置了Fc，則更新收集的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)使用STC12C5412的定時器0的定時器參數(shù)進行計時，間隔為1秒。當(dāng)定時器產(chǎn)生溢出中斷時，將定時獲取標志的Fc位置設(shè)置為1，并將STC12C5412設(shè)置為讀取新的ATT7022B以獲取數(shù)據(jù)。最后，根據(jù)命令的有效命令提示符Fcmd，如果該命令是發(fā)送命令，則主程序?qū)⒋_定串行端口是否已接收到有效命令（如果不是，則為Fcmd=0）。執(zhí)行數(shù)據(jù)（Fcmd=5）或儀表控制命令（Fcmd=6），然后執(zhí)行此操作。收到命令后，有效命令Fcmd由串行端口中斷程序分配。串行端口轉(zhuǎn)發(fā)程序在查詢模式下運行而不會中斷。5.3表模塊初始化程序初始化過程主要包括退出STC12C5412工作模式并停止內(nèi)部功能模塊和參數(shù)。調(diào)整和校準ATT7022B參數(shù)的精度。內(nèi)部功能模塊STC12C5412的配置主要包括串行端口和SPI的初始化。串行端口初始化程序?qū)⒍〞r器1設(shè)置為工作模式2，以進行串行通信，通信波特率為4800位/秒。為了收集數(shù)據(jù)同步，將定時器0設(shè)置為工作模式1，并且同步時間為100ms，因此SPI初始化STC12C5412SPI。在主機工作模式下配置時，傳輸速率約為7.2KB/s。上電之前，ATT7022B的校準參數(shù)存儲在STC12C5412的內(nèi)部閃存中。上電后，IAP初始化程序首先確定用于將ATT7022B精度校正參數(shù)存儲在STC12C5412的內(nèi)部閃存中的當(dāng)前扇區(qū)，然后確定ATT7022B初始化程序并寫入?yún)?shù)。5.4ATT7022B復(fù)位程序為使ATT7022B與STG12C5412同步工作，然后再打開監(jiān)視模塊的電源或重啟微控制器，必須通過STC12C5412的P2.7控制ATT7022B的RESET信號。如果ATT7022B在操作過程中打開或異常重啟，則需要重置ATT7022B硬件。ATT7022B的復(fù)位過程是將RESET:信號保持在30us以上的低電平。此時，ATT7022B進入復(fù)位狀態(tài)，SIG輸出變?yōu)楦唠娖剑划?dāng)RESET信號變?yōu)楦唠娖綍r，ATT7022B在復(fù)位狀態(tài)（約500us）進入正常工作狀態(tài)，SIG信號變?yōu)榈碗娖?，ATT7022B進入正常工作狀態(tài)。在ATT7022B切換到正常操作后，必須重寫精度校正參數(shù)以確保收集的數(shù)據(jù)準確可靠。5.5SPI通訊程序設(shè)計圖5-1TT7022B讀寫時序圖在設(shè)備模塊中，STC12C5412通過SPI接口讀取和寫入ATT7022B。當(dāng)STC12C5412向SPI接口的DIN端發(fā)送8位命令字時，ATT7022B和STC12C5412之間的數(shù)據(jù)傳輸開始。指令有兩種類型：讀和寫指令，由指令的最高有效位分隔。如果最高有效位為1，則該指令為寫指令；否則，該指令為寫指令。如果最高有效位為0，則該指令為寫指令。指令的低7位用于指示要讀取或?qū)懭氲膬?nèi)部ATT7022B寄存器的地址。ATT7022B的讀寫順序如圖5-1所示。如果該命令是寫命令，則在接下來的24個SCLK周期中，DIN端子必須繼續(xù)輸入應(yīng)寫入ATT7022B內(nèi)部寄存器的24位串行數(shù)據(jù)。如果該命令是讀取命令，則ATT'1022B將根據(jù)讀取命令進行尋址，然后在接下來的24個連續(xù)SCLK周期中，在DOUT引腳上串行輸出寄存器的內(nèi)容。數(shù)據(jù)傳輸始終是第一個高字節(jié)和最后一個低字節(jié)。ATT7022B的內(nèi)部寄存器分為兩部分：測量參數(shù)寄存器和校準參數(shù)寄存器。測量參數(shù)寄存器是只讀寄存器，可以讀取和寫入校準參數(shù)寄存器。這兩種類型的寄存器地址重疊。如果是寫操作，則ATT7022B默認為:校準參數(shù)寄存器操作，如果是讀操作，則ATT7022B在重啟后會從默認測量參數(shù)寄存器中讀取參數(shù)。打開電源。因此，要讀取校準寄存器的參數(shù)，必須首先編寫一條特殊的8+24位指令來完成寄存器的更改。設(shè)備模塊的SPI通信程序的流程圖如圖5-2所示。為了防止記錄，讀取操作會反復(fù)切換到基礎(chǔ)流寄存器。Reg_state狀態(tài)標志用于指示當(dāng)前的讀取活動日志。如果Reg_state為1，則意味著當(dāng)前讀取操作保留在測量參數(shù)寄存器中，否則意味著當(dāng)前讀取操作保留在校準參數(shù)寄存器中。Reg_type表示要讀取的寄存器的類型，1是用于測量參數(shù)的寄存器，0是用于校準參數(shù)的寄存器。圖5-2SPI通訊流程圖5.6采集與校準5.6.1參數(shù)采集程序及計量數(shù)據(jù)發(fā)送程序簡述參數(shù)獲取程序主要是從ATT7022B讀取STC12C5412收集的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)幀格式處理單相電壓，電流，有功/無功，有功/無功等參數(shù)，然后輸入STC12C5412。保存。羊肉。當(dāng)測量數(shù)據(jù)傳輸命令到達時，數(shù)據(jù)傳輸程序?qū)⒏鶕?jù)幀格式將這些參數(shù)依次發(fā)送到主機。5.6.2校準程序設(shè)計校準過程包括在校準過程中將ATT7022B與標準