变电站数据采集系统设计

毕业论文(设计)题目名称：变电站数据采集系统设计题目类型：学生姓名：赵文浩院(系)：电子信息学院专业班级：电气10803指导教师：唐桃波辅导教师：唐桃波时间：至I目录毕业论文(设计)任务书..........................III毕业设计(论文)开题报告..........................V长江大学毕业论文(设计)指导教师评审意见...........X长江大学毕业论文(设计)评阅教师评语.............XI长江大学毕业论文(设计)答辩记录及成绩评定.......XII中外文摘要...................................XIII第一章绪论...................................11.1变电站电力参数检测的重要意义................11．2数字信号处理器（DSP）在电能检测中的应用...............................................21．3电力参数检测的发展及现状情况.....................................................................41．4电力参数及谐波测量方法研究.........................................................................61．5本论文的研究内容.............................................................................................7第二章变电站电力参数及谐波测量方法.............92．1变电站电力参数测量内容及其计算原理.........................................................92．2谐波分析...........................................................................................................132．3电力系统频率测量方法....................................................................................25第三章基于DSP的电力参数测量装置的设计.........293．1系统硬件概述...................................................................................................293．2数据采集模块....................................................................................................303．3数据处理单元...................................................................................................363．4数据存储单元....................................................................................................423．5按键与液晶显示单元.......................................................................................423．6通讯单元...........................................................................................................43第四章系统软件设计............................454．1系统软件总体概述............................................................................................45变电站数据采集系统设计II4．2软件系统组成部分...........................................................................................48第五章误差分析、结论..........................545．1误差分析............................................................................................................545．2总结....................................................................................................................54参考文献.......................................56致谢........................................58III毕业论文(设计)任务书院（系）电子信息学院专业电气工程及其自动化班级10803学生姓名赵文浩指导教师/职称唐桃波1.毕业论文(设计)题目：变电站数据采集系统设计2.毕业论文(设计)起止时间：年月日～年月日3．毕业论文(设计)所需资料及原始数据（指导教师选定部分）4．毕业论文(设计)应完成的主要内容使用计算机，DSP，数模转换器，CPLD等设计一个数据采集系统，能够快速测量出谐波，频率，有功无功，电压电流。5．毕业论文(设计)的目标及具体要求至少测量12次谐波，可接入16路PT/CT信号变电站数据采集系统设计IV6、完成毕业论文(设计)所需的条件及上机时数要求计算机一台，相关书籍资料，相关器件任务书批准日期年月日教研室(系)主任(签字)任务书下达日期年月日指导教师(签字)完成任务日期年月日学生（签名）V长江大学毕业设计(论文)开题报告题目名称变电站数据采集系统设计题目类别毕业设计院（系）电子信息学院专业班级电气10803学生姓名___赵文浩____________指导教师____________唐桃波___________辅导教师__________唐桃波________________开题报告日期2012年3月9日变电站数据采集系统设计VI一、题目来源针对电力系统变电站的可靠运行，尤其是无人值守变电站的远程监控问题二、研究目的和意义随着我国电力事业的快速发展，电力系统对发、输、配、用电量的采集也有了更高的要求。电量采集作为电力系统实时控制、监测、调度自动化的前提环节，毫无疑问具有重要的作用。三、阅读的主要参考文献及资料名称[1]康华光《电子技术基础数字部分》高等教育出版社.2006.1[2]李英顺《现代检测技术》中国水利水电出版社2009[3]张洪润《传感技术和应用教程》清华大学出版社2009[4]孙德文《微型计算机技术》高等教育出版社2001.1[5]张洪润《电子线路也电子技术》清华大学出版社2005.4四、现状和发展趋势与研究的主攻方向数据采集系统广泛应用在科研、教育、工业、水利、医疗、物流等各行各业，形式多样，种类繁多。数据采集系统的应用与发展对我国的现代化建设有着非常重要的现实意义。在工业生产和科学技术研究的各行业中，常常利用PC或工控机对各种数据进行采集，如液位、温度、压力、频率等。现在常用的采集方式是通过数据采集板卡，常用的有A/D卡以及422、485等总线板卡，常见的产品有西门子、研华工控、联想工控等国内外一些产品，该实现方法通常适用于规模较复杂的采样控制场合。对于一般的场合通常用功能比较单一的仪器设备，即时采集显示，再通过经验去分析。采用板卡方式的数据采集系统不仅安装麻烦、易受机箱内环境的干扰，而且容易受计算机插槽数量和地址、中断资源的限制等。这些采集系统，一般结构比较复杂，成本较高。在其它一些领域，如办公自动化方面，随着当前计算机和网络技术的发展，国内信息化水平的迅速提高，电子政务、电子商务的逐步推广，通过信息技术对原有业务的改造，政府、企业大多数都实现了“无纸化”办公流转。但多数的信息应用中，并不完全涵盖工作全部环节，许多文档还是以纸质文档的形式存在，例如考试中的机读卡、人口普查表、彩票投注单、选票、定货单等。将这些信息录入计算机是一件非常繁琐的事情。如果通过键盘手工输入，不但费时费力且容易出错。在实VII时性要求较高的场合如选举中的统计选票自动、快速、准确地处理文档显得尤为重要。因此，对这些文档进行计算机自动录入具有重要的实现意义。目前在国内外有多种信息录入设备，如高速图象扫描设备，机读一卡设备等。这些产品的发展较为成熟，产品形式多样，能快速准确的完成对信息数据的录入。但这些产品也有各自的缺点，如产品结构复杂，价格高昂等。随着我国电力事业的快速发展，电力系统对发、输、配、用电量的采集也有了更高的要求。电量采集作为电力系统实时控制、监测、调度自动化的前提环节，毫无疑问具有重要的作用。但在电量采集过程中，由于存在谐波等干扰因素，因此如何准确、快速地采集电力系统中的各个模拟量一直是电力系统研究中的热点。根据采样信号的不同，采样可分为直流采样和交流采样两大类。直流采样算法简单、便于滤波，但维护复杂、延时较长、无法实现实时信号采集，因而在电力系统中的应用越来越受到限制。交流采样实时性好、相位失真小、投资少、便于维护，其缺点是算法复杂、对A/D转换速度和CPU,处理速度的要求较高。我国自20世纪80年代引进数字信号处理器以来，数字信号处理器己在各个领域得到了广泛的应用，DSP理论和技术已成为领域的核心技术。由于DSP芯片既具有高速数字信号的处理功能，又具有实时性、低功耗、高集成度等特点，因此在通信、工业控制、航空航天、医疗、国防等应用领域得到了很好的应用。目前在市场上有TI、AD、MOTOROLA、AT&T等公司的DSP芯片，其中，TI公司的TMS320系列DSP芯片是目前最有影响、最为成功的数字信号处理器。现在的高速数据采集处理一般采用高性能数字信号处理器和高速总线技术的框架结构。五、主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路1、主要研究内容确定数字化变电站的系统架构图、功能模块，明确系统工作流程及各模块的功能并分析数字化变电站的系统架构，论证其可行性，完成智能采集装置的软硬件设计。运用硬件电路设计和软件实现的功能,以实现对变电站的各种模拟量进行高速实时的数据采集,最终大大提高了变电站综合自动化系统的整体性能。2、重点研究的关键问题变电站数据采集系统设计VIIIa)谐波采样算法问题b)DSP硬件连接问题c)系统软件设计问题d)系统原理图，相应的软件实现流程图和相关的实现软件3、解决思路3.1工作原理由于交流信号是一种近似周期正弦信号，基于变换的数字化分析方法具有较强的应用偷值。利用基于FFT的数字式测试仪可以准确的测量三相不平衡度，采样数据经过FFT变换除去各次谐波后，求得基波的幅值和相位。利用对称分量法求得电压、电流的正序、负序和零序分量的幅值、相位和不平衡度。考虑到各种变换的特点，对诸如谐波、问谐波、波形下陷及噪声等以波形畸变为特征的稳态电能质量问题，多采用傅立叶变换及其改进算法；对于脉冲、谐振及电压突变等暂态信号的分析，多采用可以进行时频分析的小波变换。利用Mallat算法不仅能够准确检测到电压信号中尖锐变化的时刻，还能区分不同的