
(毕业设计论文)交流电量同步采集.doc
45页河南机电高等专科学校毕业论文0河南机电高等专科学校毕业设计(论文)交流电量同步采集系 部: 自动控制系专 业: 电气自动化班 级: xxxxxxx姓 名: xxxxxxxxx学 号: xxxxxxxxx指导老师: xxx 二零一二年五月交流电量同步采集器1第一章 绪论1.11.1 课题的目的和意义课题的目的和意义电力系统交流电量采集是指把电力系统的交流电压及电流等经过变换、滤波、S/H 及 A/D 转换后得到对应该交流电量的离散化数据序列,并存放到存储器中的过程交流电量的同步采集是指在电力系统的不同采样点同时开始采样,使不同采样点的采样结果在时间上具有同步性电力系统随着自身的发展变得越来越复杂,电力系统的各种监测与保护装置都要用到交流电量采集这个环节,并且在诸多场合都要求交流电量的同步采集,这对电力系统继电保护、故障判断和系统稳定的分析与控制等都具有重要意义如何才能做到异地同步采集呢?当两个地方相距不远时,可以通过网络的方式保证两台采集设备同步;但是很多都是两地相距较远的情况,如果利用网络,一是设备使用复杂、繁重,二是不能保证精确同步,因为通过网络校准采集设备的时间会存在由于网络传输延时所导致的误差。
1.21.2 课题背景课题背景我国的电网调度自动化起步较早,从数据采集和监控(SCADA)到能量管理系统(EMS),大体经历了远动化、数字化和自动化 3 个阶段现今,EMS 正在走向信息化的能量信息系统(EIS),并逐步组入当代电力企业资源规划(ERP)为了适应不断发展的计算机技术和自动化、信息化进程,作为该系统基础部分之一的交流电量采集器,也同时需要不断升级和更新换代相比早期采用变送器方式的直流采集,交流电量采集设备的处理要求更高,而且对 AD 的转换精度和速度要求也更高,特别是近年来随着对谐波测量和通信能力的需求提高,也增加了对交流设备的硬件性能要求另一方面,用户和开发机构都不断希望在有限的硬件资源和空间上增加产品的功能密度,因此电量测量产品不仅要增强功能,还要选用合适的硬件平台来满足这种需求1)北斗卫星简介北斗卫星导航定位系统是中国自主研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统,是继美国的 GPS、俄罗斯的 GLONASS 之后第三个较成熟的卫星导航定位系统该系统工作在 2491.75MHz 的频率上,可向用户提供全天候、高精度、区域性的即时定位服务,定时精度可达数十纳秒(ns),定位精度可达数十米,其精度与 GPS 相当。
这为电力系统数据采集提供高精度时间基准、为同步相量测量的时钟源提供了一种新的选择2) 基于北斗导航系统定位的 PMU目前,应用于我国电网中的 PMU 大都是基于 GPS 提供的授时信号来实现河南机电高等专科学校毕业论文2同步数据采集的,电网的稳定运行对 PMU 的依赖越来越强将北斗卫星授时系统应用于电力系统同步相量测量技术中,可弥补长久以来使用 GPS 作为唯一同步时钟源而存在的风险性和不可依赖性,解决了将同步相量测量技术应用于广域监测的时钟源可靠性问题山东电网广域实时动态监测系统,从 2005 年 8 月开始建设,它首次在国内使用国产“北斗一号”卫星导航系统为 PMU 提供备用授时信号该系统采用北斗系统授时信号和 GPS 授时信号构成互备授时方案,能够保证在非常时期电网的安全性,意义至关重要根据行业特点和需求,系统总共分为 3 个分系统组成:变电所数据采集系统、通信传输系统、监控中心系统电站系统采集到各种数据利用北斗卫星将信息转发到中国卫通 IISP 平台,平台将信息送往应用数据中心,中心对数据进行处理后可提供两个数据通路:一路将信息经世广卫星转发到用户指挥机,由指挥机将信息送到用户监控中心;而另一路可通过 Internet 经有线送到用户监控中心。
用户监控中心对接收到的数据进行相应的存储、分析、处理、监控等,至此完成一次信息的上传工作用户对变电所的指令则以相反的路由下达给变电所,完成远程遥控功能1.31.3 交流电量同步采集在电力系统中的应用前景交流电量同步采集在电力系统中的应用前景1.3.11.3.1 输电线路参数测量输电线路参数测量在电力系统继电保护整定计算中,必须考虑有关线路参数的影响随着电力系统的发展加之线路走廊受限,影响系统零序自感和零序互感的因素很多,精确计算零序参数几乎是不可能的,因此零序参数必须实测但对大系统多线路停电进行线路零序参数的测量经常是行不通的,根据线路参数测量理论,采用基于北斗卫星导航定位系统的同步采集方法,就可以实现线路参数的测量这不但有助于提高输电线路参数测量的精度,还可以避免参数测量给电力系统运行带来的不便和经济损失,有着重要的实用价值和经济效益1.3.21.3.2 电网状态监测电网状态监测电网运行状态的监测是同步采集技术与计算机通信技术相结合的结果它对电网重要节点的电压相量、发电机功角和输出功率等运行变量进行实时测量和同步处理,并将有关 P,Q,V,I,f 等实时信息通过快速通信网传送到电网调度中心的动态数据库中,这些数据过图形化处理,以调度员能够理解的方式展,为交流电量同步采集器3调度中心的正确决策提供可靠依据,同时与相同扰动的仿真模型进行比较,用来评价模型的有效性,并及时改变其参数。
当预测到系统将失去暂态稳定时,可以按照预定方案对系统采取紧急措施,以防止系统崩溃1.3.31.3.3 输电线路精确故障定位输电线路精确故障定位对于高压输电线路故障的快速、精确、可靠定位,国内外进行了广泛深入的研究,已经形成阻抗法、人工智能、阻抗行波解析等多种定位方法其中,阻抗法由于受到故障过渡电阻等因素的影响,其测距误差较大;行波法存在硬件造价高等问题,实际应用还有待研究;而人工智能等模糊理论和方法具备不确定性,在训练样本选择、硬件等方面也有难度,尚不能投入实际应用;双端测距算法由于充分利用了故障信息,可以取得很高的测距精度1.41.4 本论文的主要工作本论文的主要工作本论文围绕基于单片机和 DSP 的电力系统交流电量同步采集器的设计与实现展开讨论,主要工作包括以下几个方面:(1) 了解电力系统交流电量同步采集的重要意义及其应用前景;(2) 研究北斗卫星导航定位系统原理及授时方法;(3) 研究如何利用北斗卫星导航定位技术实现电力系统交流电量同步采集并对同步采集方法进行误差分析;(4) 进行基于单片机和 DSP 的电力系统交流电量同步采集器硬件系统的设计并绘制完整的硬件连接电路图;(5) 进行基于单片机和 DSP 的电力系统交流电量同步采集器软件系统的设计。
河南机电高等专科学校毕业论文4第二章第二章 北斗系统的应用北斗系统的应用2.12.1 北斗卫星导航定位系统简介北斗卫星导航定位系统简介中国科学院院士陈芳允先生于 1983 年提出“双星定位”的方案,与此同时美国静止卫星公司和欧洲本地卫星公司也提出了类似的方案,但美国和欧洲的公司从事双星定位的研究以失败告终,中国获得了成功,并命名为北斗一号2.1.12.1.1 系统工作原理系统工作原理中心控制站通过工作卫星向用户播发连续的时帧格式的出站信号用户机在收到出站信号的前提下,根据协议以出站信号中的帧时标为启动时间基准,发射定位申请、通信申请、定时申请等格式的突发入站信号入站信号经卫星转发到中心控制站,中心控制站进行定位、通信各种协定处理后,把定位数据、通信数据等打包放入出站帧信号之中,发往指定用户用户收到中心控制站通过卫星转发的出站各种数据,从而实现定位、通信等功能用户的经度、纬度、高度三维定位数据是通过控制中心发射出站伪码经卫星转发实现测距,测出用户到卫星的距离和量,并利用用户自身提供的测高数据或中心控制站的高程数库三个信息解算出来的依据用户机接收 1 颗还是 2 颗卫星的出站信号,进行伪距测量的方法,可分为双收单发和单收双发两种模式。
通过卫星的转发和中心控制站的交换处理,用户与用户、用户和中心站之间,可实现向报文通信,通信的数据主要为汉字和代码两种形式的短消息中心控制站通过出站信号以时帧形式将“北斗”系统标准时发往用户,用户在收到标准时和利用广播信息、获得信号传输时延信息后,可获取高精度的时间信息,完成单向定时授时功能在特定情况下用户机还可以发送双向定时申请信息给中心站,中心站处理之后可将更高精度的定时信息发往申请用户,完成双向定时功能北斗卫星导航定位系统的基本工作原理是“双星定位”:以 2 颗在轨卫星的已知坐标为圆心,各以测定的卫星至用户终端的距离为半径,形成 2 个球面,用户终端将位于这 2 个球面交线的圆弧上地面中心站配有电子高程地图,提供一个以地心为球心、以球心至地球表面高度为半径的非均匀球面用数学方法求解圆弧与地球表面的交点即可获得用户的位置系统原理框图如图 2-1 所示交流电量同步采集器5卫星1星下点1星下点2地面中心站用户卫星1北斗星定位导行系统原理框图2.1.1.12.1.1.1 协调世界时协调世界时(Universal(Universal CoordinatedCoordinated Time-UTC)Time-UTC)时间是最基本的物理量之一,也是卫星导航定位、导弹、航天试验的重要参数之一,它们都对时间提出了很高的精度要求。
谈到时间,就应该有时间标准,时间标准的选择应满足两个要求:(1) 稳定性要求运动的周期稳定,即在不同时候这种运动的周期应该是一样的,很少受外界条件变化的影响2) 复现性要求这种运动可以在任何地方和任何时候重复观测或实验2.1.1.22.1.1.2 系统授时原理系统授时原理卫星授时:利用无线电波发播标准时间信号的工作称为授时卫星授时按卫星在授时中所起的作用可分为主动式和中转式两类主动式卫星带有精密时钟可发播标准时间信号,GPS 属于此类;中转式卫星仅是个媒介,它转发由地面时间基准通过卫星地面站送来的标准时间信号北属于中转式,其时频系统示意图如图 2-2 所示定时校频 接收机频标 系统频率信号产 生和分配时间信号产 生和分配UTC标校站比对设备监控台图 2-2 北斗星时频系统图机内的数字化地形图查询到的用户高程值,计算出用户所在点的坐标;或用户同时接收两颗卫星的出站信号,测量出接收到的两信号的时差值,并将此测量值随同申请服务的信息通过一颗卫星转发回中心控制系统,由中心控制系统测算出用户至两颗星的距离(即双收单发方式),计算出用户位置根据系统的定位原理可知,申请定位的用户每响应一次询问信号,中心控河南机电高等专科学校毕业论文6制系统可以测得用户至两颗卫星的距离量,加上用户所在点的高程值,可以确定用户的位置。
2.1.1.32.1.1.3 系统定位原理系统定位原理北斗导航定位系统采用三球交会测量原理进行定位,即三个已知距离相交一点的测量原理以两颗卫星(位置已知)为两球心,两球心至用户的距离(本系统要完成的测量量)为半径可做两球面,另一个球面是以地心为球心,以用户所在点至地心的距离(含用户高程)的参考椭球面,三球面交会点即为用户的位置(解算时排除镜像点,因为地处北半球所以可以排除南半球的镜像点)对于定位申请,用户响应其中一颗卫星的询问信号,并同时向两颗卫星发送响应信号(即单收双发方式),经卫星转发回中心控制系统,中心控制系统接收和解调出用户发送的信号,测量出用户所在点至两卫星的两个距离和,加上从存储在计算机内的数化地形图查询到的用户高程值,计算出用户所在点的坐标;或用户同时接收两颗卫星的出站信号,测量出接收到的两信号的时差值,并将此测量值随同申请服务的信息通过一颗卫星转发回中心控制系统,由中心控制系统测算出用户至两颗星的距离,计算出用户位置根据系统的定位原理可知,申请定位的用户每响应一次询问信号,中心控制系统可以测得用户至两颗卫星的距离量,加上用户所在点的高程值,可以确定用户的位置式中(x,y,z)代表用户在空间直角坐标系位置坐标;Re 为地球半径;e 为地球的偏心率。
