本文關(guān)鍵詞：分布式電源并網(wǎng)中電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置的開發(fā)與應(yīng)用

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【摘要】：近年來,電力系統(tǒng)主要依靠大型集中式供電來滿足日益增長的電力需求,但這種方式帶來的環(huán)境問題和大面積停電問題,給社會造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。利用風(fēng)能和太陽能等清潔能源的分布式電源,環(huán)境友好,而且可以彌補(bǔ)大電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的不足,逐漸受到人們的重視,在電網(wǎng)中所占比例不斷提高。但由于分布式電源的自身的特點(diǎn),分布式電源并網(wǎng)在提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的同時,也給電網(wǎng)引入了許多電力擾動,引發(fā)了大量電能質(zhì)量問題。目前國內(nèi)外對于分布式電源并網(wǎng)后對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響研究還比較少,同時,各種對電能質(zhì)量敏感的用電設(shè)備不斷普及,人們對電能質(zhì)量及可靠性的要求越來越高,電能質(zhì)量直接關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)的總體效益,這使得分布式電源并網(wǎng)中的電能質(zhì)量問題研究顯得尤為迫切。本課題結(jié)合實(shí)際需求,同時根據(jù)分布式電源的特點(diǎn),設(shè)計了一款應(yīng)用于分布式電源并網(wǎng)的電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置。本文首先分析了各項電能質(zhì)量指標(biāo)和判別計算方法,以及分布式電源并網(wǎng)中電能質(zhì)量問題的產(chǎn)生原因及問題類型,明確了電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置的功能需求。電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置能夠測量基本電力參數(shù)、暫態(tài)擾動和進(jìn)行SOE事件記錄,設(shè)計中使用快速傅里葉變換、小波變換和寬量程相位差頻率測量法進(jìn)行參數(shù)計算和分析。為實(shí)現(xiàn)裝置的在線監(jiān)測并結(jié)合分布式電源的特點(diǎn),本設(shè)計實(shí)現(xiàn)了RS-485、以太網(wǎng)和GPRS通信功能,實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置之間的互聯(lián),組成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行電能質(zhì)量參數(shù)的實(shí)時監(jiān)測與上傳。根據(jù)對電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置的需求分析和性能指標(biāo)要求,本設(shè)計采用STM32F405和STM32F107的雙CPU解決方案�；贑ortexM4內(nèi)核的STM32F405具有強(qiáng)大的是數(shù)據(jù)計算能力,主要負(fù)責(zé)電力信號采集和分析、與STM32F107進(jìn)行SPI通信等功能。STM32F107主要負(fù)責(zé)通信功能：使用自身的以太網(wǎng)模塊實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通信,使用SIM900A模塊實(shí)現(xiàn)GPRS無線通信。雙CPU解決方案有效保證了參數(shù)計算和通信的實(shí)時性。根據(jù)系統(tǒng)硬件設(shè)計方案,軟件設(shè)計按照模塊化進(jìn)行。STM32F405主要分為：信號采集與分析模塊、SPI通信模塊、SOE事件處理模塊、人機(jī)交互模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊等部分。STM32F107使用嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS-II和LwIP協(xié)議棧,主要分為以太網(wǎng)通信模塊、GPRS通信模塊和RS-485通信模塊。論文最后對電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置進(jìn)行了誤差分析并提出了改進(jìn)措施,增加了抗干擾設(shè)計,進(jìn)行了大量的測試工作,經(jīng)過驗(yàn)證,測試結(jié)果滿足設(shè)計要求。
【關(guān)鍵詞】：分布式能源 電能質(zhì)量 小波變換 FFT STM32F405
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM76
【目錄】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 第一章 緒論14-20
• 1.1 課題研究背景14
• 1.2 分布式電源并網(wǎng)概述14-17
• 1.2.1 分布式電源內(nèi)涵及特點(diǎn)14-15
• 1.2.2 分布式電源應(yīng)用現(xiàn)狀15-17
• 1.2.3 分布式電源發(fā)展趨勢17
• 1.3 電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的研究意義17-18
• 1.4 課題主要研究內(nèi)容18-19
• 1.5 創(chuàng)新點(diǎn)19-20
• 第二章 電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置需求分析20-27
• 2.1 電能質(zhì)量問題的提出20-23
• 2.1.1 電能質(zhì)量定義20
• 2.1.2 電能質(zhì)量指標(biāo)20-23
• 2.2 分布式電源并網(wǎng)電能質(zhì)量問題研究23-27
• 2.2.1 目前分布式電源的主要形式23-25
• 2.2.2 分布式電源并網(wǎng)對電能質(zhì)量影響25-26
• 2.2.3 分布式電源并網(wǎng)引起的電能質(zhì)量新問題26-27
• 第三章 電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置硬件設(shè)計方案27-37
• 3.1 電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置硬件總體設(shè)計27-29
• 3.2 主要功能模塊電路分析29-37
• 3.2.1 主控制器STM32F40529
• 3.2.2 通信控制器STM32F10729-30
• 3.2.3 信號調(diào)理與采樣電路30-31
• 3.2.4 數(shù)據(jù)存儲模塊31-32
• 3.2.5 時鐘同步模塊32-33
• 3.2.6 以太網(wǎng)通信模塊33-34
• 3.2.7 人機(jī)交互模塊34
• 3.2.8 GPRS通信模塊34-35
• 3.2.9 RS-485/MODBUS通信模塊35-37
• 第四章 電能質(zhì)量分析算法37-53
• 4.1 基本電力參數(shù)算法37-41
• 4.2 基于快速傅里葉變換的諧波分析41-44
• 4.3 基于小波變換的暫態(tài)擾動分析44-48
• 4.3.1 小波變換分析及算法45-46
• 4.3.2 小波變換在暫態(tài)擾動信號分析中的應(yīng)用46-48
• 4.4 寬量程相位差頻率測量法48-53
• 4.4.1 寬量程相位差頻率測量法的原理48-50
• 4.4.2 寬量程頻率測量算法的實(shí)現(xiàn)方法50-53
• 第五章 電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置軟件設(shè)計方案53-74
• 5.1 軟件總體設(shè)計流程53
• 5.2 STM32F405系統(tǒng)程序設(shè)計53-63
• 5.2.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計53-55
• 5.2.2 數(shù)據(jù)采集和計算程序設(shè)計55-57
• 5.2.3 SPI通信程序設(shè)計57-58
• 5.2.4 SOE判定程序設(shè)計58-60
• 5.2.5 液晶顯示程序設(shè)計60-62
• 5.2.6 數(shù)據(jù)存儲程序設(shè)計62-63
• 5.3 STM32F107子系統(tǒng)程序設(shè)計63-74
• 5.3.1 子系統(tǒng)主程序設(shè)計65-67
• 5.3.2 以太網(wǎng)通信程序設(shè)計67-70
• 5.3.3 RS-485/MODBUS程序設(shè)計70-71
• 5.3.4 GPRS通信程序設(shè)計71-74
• 第六章 電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置系統(tǒng)測試74-85
• 6.1 誤差分析與抗干擾設(shè)計74-75
• 6.1.1 誤差分析和改進(jìn)措施74
• 6.1.2 抗干擾設(shè)計74-75
• 6.2 測量與保護(hù)功能測試75-85
• 6.2.1 基本電力參數(shù)測試75-80
• 6.2.2 電能質(zhì)量參數(shù)測試80
• 6.2.3 SOE功能測試80-81
• 6.2.4 數(shù)據(jù)通信測試81-84
• 6.2.5 人機(jī)交互測試84-85
• 第七章 總結(jié)及展望85-87
• 7.1 結(jié)論85-86
• 7.2 展望86-87
• 參考文獻(xiàn)87-91
• 致謝91-92
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果92-93
• 附件93

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：575592