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具有小电流接地故障选线功能的配网馈线监控装置的设计与研究

作 者: 王益涛
导 师: 徐建源
学 校: 沈阳工业大学
专 业: 电力系统及其自动化
关键词: 配电网自动化 监控装置 双CPU 小电流接地选线 MATLAB/simulink
分类号: TM862
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要


配网馈线监控保护装置作为当代监测与保护配电系统的主要自动化装置,它的智能化水平和可靠性将直接影响配电网的稳定性和智能化程度。本文首先分析了配网自动化实施以及接地故障选线的意义,说明了配网馈线监控系统的组成。接下来分析了配电网监控系统的几种传统供电方式的利弊,提出了利用太阳能为保护装置供电的技术方案和具体实施方法提出了太阳能与蓄电池结合的供电模式。然后介绍了国内外小电流选线装置的应用情况,并结合目前配网自动化正蓬勃发展的趋势,提出将故障选线功能应用到馈线监控装置的设计方案。详细分析了10kV配电线路单相接地故障时的发生的故障特征以及几种有效稳态、暂态故障判据,其中重点介绍了小波分析法,并使用MATLAB/simulink进行仿真验证。提出了基于模糊变换的信息融合算法和基于选线结果的故障定位技术。本装置的硬件设计采用DSP和MCU结合的双CPU结构,该结构充分发挥了MCU的事件管理能力和DSP的数据处理能力。其中,DSP选用TI公司开发的TMS320LF2407A,为了保证对大量的数据进行采集和计算,在其外围扩展了3个高精度数据采集芯片ADS8364。MCU选用的是三星公司开发的S3C44BOX型单片机。它是一款32位ARM内核单片机,扩展了人机交互接口、开入开出量接口等事件管理功能。为了提高软件系统的可靠性以及方便用户程序的维护和升级,本文将μClinux嵌入式实时操作系统引入了监控保护装置。接下来对用户应用程序进行了编写,包括数据实时采集程序、故障选线程序、电流保护程序、通信程序等等。最后,本文对装置进行了一系列实验,验证了该装置的各种功能、采集精度、抗干扰度等等。实验结果表明本装置完全符合配电网自动化以及故障选线定位技术的要求。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章 绪论  11-16
  1.1 课题的背景及意义  11
  1.2 配网自动化概述  11-13
    1.2.1 实施配网自动化的意义  12
    1.2.2 配网自动化方案  12-13
  1.3 课题的发展状况  13-14
    1.3.1 配网自动化国内外的发展  13-14
    1.3.2 小电流接地选线国内外的发展  14
  1.4 论文主要内容  14-16
第二章 配网监控系统方案的设计  16-23
  2.1 配网监控系统的构成  16-17
    2.1.1 永磁机构断路器  16-17
    2.1.2 控制箱  17
    2.1.3 SCADA 后台监控软件  17
  2.2 保护装置的电源管理  17-21
    2.2.1 传统供电方式的比较  17-18
    2.2.2 本文提出的供电方式  18-19
    2.2.3 太阳能供电方式  19-21
  2.3 小电流接地故障选线功能的设计方案  21-22
  2.4 本章总结  22-23
第三章 单相接地故障选线及定位方法的研究  23-40
  3.1 小电流单相接地故障分析  23-28
    3.1.1 接地故障稳态分析  23-24
    3.1.2 小电流单相接地故障特征仿真  24-28
  3.2 故障特征量的提取  28-30
    3.2.1 故障电流的获取  28-29
    3.2.2 故障电压的获取  29-30
  3.3 选线方法  30-34
    3.3.2 比幅比相法  30-31
    3.3.3 零序无功方向法  31
    3.3.4 小波分析  31-34
  3.4 基于模糊理论的信息融合选线法  34-37
    3.4.1 信息融合选线法的提出  34-35
    3.4.2 模糊理论  35
    3.4.3 模糊模型的建立  35-36
    3.4.4 复合判据进行综合决策  36-37
  3.5 基于选线结果的故障定位方法  37-39
  3.6 本章总结  39-40
第四章 馈线监控装置的硬件设计  40-47
  4.1 系统结构  40-41
  4.2 采集单元的设计  41-42
  4.4 开关量单元的设计  42
  4.5 人机交互模块的设计  42-44
  4.6 通讯模块的设计  44
    4.6.1 GPRS 通讯简介  44
    4.6.2 GPRS 通讯的实现  44
  4.7 双CPU 数据交换模块  44-45
  4.8 电源单元的设计  45-46
  4.9 本章总结  46-47
第五章 软件设计  47-56
  5.1 主程序流程图  47-48
  5.2 数据采集程序  48-49
  5.2 人机接口程序  49-50
  5.3 GPRS 通讯程序  50-53
  5.4 基于模糊理论的信息融合选线  53-54
  5.5 电流保护程序  54-55
  5.6 本章总结  55-56
第六章 监控装置的实验与调试  56-64
  6.3 监控保护装置的板制作和组装  56-58
  6.4 重合闸和电流保护测试  58
  6.5 采集精度测试  58-59
  6.6 小电流接地选线功能验证实验  59-60
  6.7 电磁兼容抗干扰试验  60-63
    6.7.1 电磁干扰对微机系统的影响  60
    6.7.2 硬件抗干扰措施  60
    6.7.3 软件抗干扰措施  60-61
    6.7.4 监控保护装置的电磁兼容实验项目  61-63
  6.8 本章总结  63-64
第七章 结论  64-65
参考文献  65-67
在学研究成果  67-68
致谢  68

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 高电压技术 > 过电压及其防护 > 过电压保护装置
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