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智能电能表的研究与设计

作　者: 蔡周峰
导　师: 杨伟
学　校: 南京理工大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 智能电表 ADE7758 i.MX27 双向通信
分类号: TM933.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着当今社会的不断发展,电力系统产生了重大变革，电力网络与电力用户之间的联系越来越紧密,加上社会对环境问题的日益重视,各种新能源和可再生能源也越来越多的被应用,智能电网已经成为未来电力网发展的必然趋势。而智能电能表是智能电网高级计量体系中的重要设备。智能电能表是具有电能计量、信息存储和处理、网络通信、实时监测、自动控制以及信息交互等等功能的电能计量仪表。许多专家和学者认为,在智能电网的各项技术中,智能电能表的研究应当优先进行。论文首先对现今智能电能表的研究现状进行了总结和分析,比较各种设计方法的优缺点,最终确定了所设计的智能电能表的具体功能和硬件架构。硬件架构采用专用计量芯片+MCU的方式,将专用电能计量芯片ADE7758作为前端的数据采集和电能计量芯片,选用1.MX27作为核心管理芯片,i.MX27对于ADE7758是上位机,读取ADE7758中的各种电能信息进行二次处理,而对于数据集中装置则是下位机,响应数据集中器的抄表等操作。其次采用模块化的设计原理,分别对智能电能表的硬件和软件的各个功能模块作了详细的设计,实现了电能数据的采集、计量、存储等功能以及管理部分的通讯和交互灯功能。最后对设计完成的智能电能表进行调试,调试结果表明,设计完成的智能电能表能满足最初的设计要求,专用计量芯片+MCU的架构是可行的,今后将被越来越多的应用到电能表的设计当中去。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
1 绪论  9-15
  1.1 课题的研究背景及意义  9-10
  1.2 智能电能表概述  10-12
    1.2.1 电能表发展概况  10-11
    1.2.2 智能电表的定义  11
    1.2.3 多功能电能表与智能电能表的异同  11-12
  1.3 智能电能表研究现状  12-14
    1.3.1 国外研究现状  12-13
    1.3.2 国内研究现状  13-14
  1.4 论文的主要工作  14-15
2 智能电能表系统设计  15-19
  2.1 智能电能表的功能设计  15-17
  2.2 总体设计方案  17-18
  2.3 本章小结  18-19
3 电力参数计算算法研究  19-33
  3.1 三相交流电的信号模型  19-20
  3.2 电网频率测量  20-21
  3.3 电压和电流有效值测量  21
  3.4 功率计量  21-25
  3.5 电能的计量  25-26
    3.5.1 四象限电能测量原理  25
    3.5.2 四象限电能计量  25-26
  3.6 谐波检测  26-32
    3.6.1 谐波的来源和危害  27-28
    3.6.2 谐波分析算法研究  28-29
    3.6.3 利用离散傅里叶变换计量谐波的原理  29-30
    3.6.4 谐波功率计算  30-32
  3.7 本章小结  32-33
4 智能电能表硬件设计  33-49
  4.1 硬件电路的总体设计  33
  4.2 数据采集模块  33-38
    4.2.1 专用测量芯片ADE7758  33-34
    4.2.2 ADE7758的引脚功能  34-36
    4.2.3 ADE7758外围电路设计  36-38
  4.3 I.MX27芯片及其外围电路设计  38-41
    4.3.1 i.MX27处理器  38-39
    4.3.2 i.MX27核心电路设计  39-41
  4.4 通讯模块  41-44
    4.4.1 RS-485串行通信  41-42
    4.4.2 以太网  42-44
  4.5 显示模块  44-45
  4.6 储存模块  45-46
  4.7 电源模块  46
  4.8 硬件抗干扰设计  46-48
  4.9 本章小结  48-49
5 智能电能表软件设计  49-55
  5.1 系统软件的总体设计  49
  5.2 计量单元的软件设计  49-51
    5.2.1 电能计量部分  49-50
    5.2.2 SPI总线通信  50-51
  5.3 RS-485通讯模块的软件设计  51-54
  5.4 智能电能表的显示  54
  5.5 本章小结  54-55
6 设计结果与系统调试  55-61
  6.1 设计结果  55-57
    6.1.1 PCB图  55-56
    6.1.2 硬件实物图  56-57
  6.2 硬件测试  57-60
  6.3 本章小结  60-61
7 总结与展望  61-62
  7.1 工作总结  61
  7.2 展望  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-66

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电气测量技术及仪器 > 电数量的测量及仪表 > 电能测量、电度表
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