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同步相量测量装置测量单元的设计与实现

作　者: 徐化东
导　师: 黄琦
学　校: 电子科技大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 同步相量测量 测量单元 快速傅里叶变换 DFT递推 网络通信
分类号: TM732
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 63次
引　用: 1次
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内容摘要


随着电力系统规模的日益扩大,人们对电网实时监控的要求不断提高。同步相量测量装置因其在同步测量及实时监测等方面的优势,已经成为现代电力监控的核心部分并广泛应用于广域测量系统。同步相量测量装置将各监测点带有全网时间标签的母线相量、发电机功角等信息发送给控制中心,实现了全网的实时动态监测。该文对同步相量测量装置的测量单元进行了研究,并进行了硬件设计和软件实现。测量单元分为同步母线相量测量单元和同步发电机绝对内电势测量单元,分别测量母线相量和发电机功角、转速。文中首先介绍了测量单元的总体结构,分章节进行硬件设计和软件实现。硬件设计包括模拟信号采集模块、键相脉冲采集模块、测量单元控制模块、网络通信硬件设计等子模块,软件实现主要是数据处理及通信模块。模拟信号采集模块包括强电信号采集电路、电压跟随器、滤波器和模数转换电路。这一模块功能是实现电网强电信号采集、滤除干扰,并将模拟信号转换成数字信号,完成待测信号的采集。键相脉冲采集模块完成发电机键相脉冲无延时采集。测量单元控制模块是CPLD+DSP的控制架构,CPLD根据接收到的GPS信号发出采样脉冲,并在同步发电机绝对内电势测量单元中采集键相脉冲,计算发电机键相脉冲角和转速,DSP是测量单元主处理器,负责数据处理、分析等工作。网络通信硬件设计是基于Rabbit3000单片机的网络通信最小系统,将测量数据通过网络传送给上层处理器。数据处理及通信模块主要是DSP中相量测量算法、相量分解算法、功角测量算法等算法的实现和Rabbit3000中网络通信的实现。文中选择相量测量方法为离散傅里叶变换法,实现了基4快速傅里叶变换、DFT递推算法、DFT修正算法获取基波相量。经过对称分量法将相量分解为正序、负序和零序分量。选用改进的功角测量方法避免了传统过零检测导致的误差,提高了测量精度。基于Dynamic C的测量单元与上层处理器网络通信设计,使数据传输距离更远,传输速度更快。文章在最后对设计完成的测量单元进行了测试,测试结果表明,测量单元可以实现母线相量和发电机内电势的实时测量,且测量精度较高,满足设计要求的功能指标。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-14
  1.1 课题研究背景与意义  9-10
  1.2 同步相量测量研究概述  10-13
    1.2.1 同步相量测量原理介绍  10-11
    1.2.2 同步相量测量国内外研究现状  11-13
  1.3 本文的主要工作  13-14
第二章 同步相量测量装置测量单元总体及硬件设计  14-30
  2.1 同步相量测量装置测量单元总体设计  14-16
  2.2 同步相量测量装置测量单元各处理模块功能实现  16
  2.3 模拟信号采集模块  16-23
    2.3.1 强电信号采集电路  17
    2.3.2 电压跟随器  17
    2.3.3 滤波器设计  17-21
    2.3.4 模数转换电路设计  21-23
  2.4 键相脉冲采集模块  23-25
    2.4.1 键相脉冲信号产生原理及特点  23
    2.4.2 键相脉冲采集电路设计  23-25
  2.5 测量单元控制模块  25-27
    2.5.1 TMS320F2812 最小系统  25-26
    2.5.2 CPLD 芯片EPM1270T144 及其外围电路  26-27
  2.6 网络通信硬件设计  27-30
    2.6.1 Rabbit3000 芯片介绍  28
    2.6.2 Rabbit3000 网络通信最小系统  28-30
第三章 同步相量测量装置测量单元数据处理及通信模块设计  30-57
  3.1 数据解析设计  30-31
  3.2 相量测量模块  31-46
    3.2.1 常用同步相量测量算法介绍  31-32
    3.2.2 频率抽取基4 快速傅里叶变换  32-34
    3.2.3 DFT 递推算法  34-38
    3.2.4 DFT 修正算法  38-41
    3.2.5 对称分量法相量分解  41-45
    3.2.6 相位补偿  45-46
  3.3 功角测量模块  46-51
    3.3.1 常用功角测量方法介绍  46-50
    3.3.2 基于 GPS 的高精度功角测量方法  50-51
  3.4 基于Dynamic C 的网络通信软件设计  51-54
    3.4.1 Dynamic C 开发系统介绍  51
    3.4.2 Dynamic C 网络通信设计  51-54
  3.5 测量单元数据处理流程图  54-57
第四章 测量单元性能测试与同步测试  57-64
  4.1 测量单元性能测试  57-62
    4.1.1 频率跟踪性能测试  57-58
    4.1.2 母线相量与功角、转速精度测试  58-62
  4.2 测量单元同步测试  62-64
第五章 总结与展望  64-66
  5.1 总结  64-65
  5.2 展望  65-66
致谢  66-67
参考文献  67-70
攻硕期间取得的研究成果  70-71

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 输配电工程、电力网及电力系统 > 电力系统的调度、管理、通信 > 电力系统的运行
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