風(fēng)電質(zhì)量監(jiān)測與管理系統(tǒng)研究

【摘要】：風(fēng)力發(fā)電作為風(fēng)能利用的主要形式,受到世界各國的高度重視。隨著世界風(fēng)電裝機容量的不斷增加,風(fēng)力發(fā)電對接入電網(wǎng)的沖擊和電力諧波的影響將不容忽視。因此,研制風(fēng)電電能質(zhì)量監(jiān)測與管理系統(tǒng),對電能質(zhì)量進行長期、連續(xù)地監(jiān)測與管理,對于全面掌握及改善電能質(zhì)量狀況來說是十分必要的。 本文設(shè)計了一種采用下位機-上位機模式的風(fēng)電場電能質(zhì)量監(jiān)測及管理系統(tǒng)。下位機的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置采用DSP+ARM的雙CPU模式,充分利用DSP在數(shù)據(jù)處理上的優(yōu)勢和ARM強大的外圍控制能力。DSP作為從機,主要用于數(shù)據(jù)的采集和處理,如諧波分析、各基本電參量計算等。ARM作為主機,完成對整個系統(tǒng)的控制功能,如風(fēng)機的運行與停止、報警指示、風(fēng)電的并網(wǎng)與斷開、參數(shù)設(shè)置及相關(guān)現(xiàn)場顯示、通信等。上位機的電能質(zhì)量頂層管理系統(tǒng)以多種形式對各項電能質(zhì)量指標(biāo)進行顯示,并具有數(shù)據(jù)打印、存儲、查詢等功能,可以為歷史分析比較和未來風(fēng)機運行狀況預(yù)測提供數(shù)據(jù),為改進風(fēng)電機組的控制策略、制定風(fēng)電電能質(zhì)量治理措施和確定治理裝置的相關(guān)技術(shù)參數(shù)提供必要的依據(jù)。 在硬件設(shè)計方面,數(shù)據(jù)采集采用的是TI生產(chǎn)的16位6通道高速A/D轉(zhuǎn)換芯片ADS8364,能很好的滿足高精度的要求;DSP選用的是高性能的32位定點DSP TMS320F2812;ARM選用的是SAMSUNG推出的ARM9芯片S3C2440。在軟件方面,DSP算法采用了經(jīng)典的快速傅立葉變換(FFT);ARM采用WINCE嵌入式操作系統(tǒng);ARM應(yīng)用程序及上位機程序均采用Visual Studio 2008的C#語言進行編寫。 經(jīng)測試,本系統(tǒng)具有較高的測量精度及測量速度,具有很強的穩(wěn)定性,能可靠地為風(fēng)電場的運行及管理提供依據(jù)。 【關(guān)鍵詞】：風(fēng)力發(fā)電 電能質(zhì)量 監(jiān)測與管理 DSP ARM
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TM614;TM73
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 世界能源的現(xiàn)狀11
• 1.2 風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 世界風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 中國風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.3 風(fēng)電場電能質(zhì)量監(jiān)測的意義14-17
• 1.3.1 風(fēng)電接入對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響14-15
• 1.3.2 電能質(zhì)量監(jiān)測的意義15
• 1.3.3 論文的主要內(nèi)容及工作安排15-17
• 第二章 電能質(zhì)量概述17-27
• 2.1 電能質(zhì)量的概念17
• 2.2 電能質(zhì)量參數(shù)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)17-21
• 2.2.1 供電電壓偏差17-18
• 2.2.2 電力系統(tǒng)頻率偏差18
• 2.2.3 三相電壓不平衡18-19
• 2.2.4 電壓波動和閃變19-20
• 2.2.5 公用電網(wǎng)諧波20-21
• 2.2.6 公用電網(wǎng)間諧波21
• 2.2.7 暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓21
• 2.3 相關(guān)電參量的計算方法21-25
• 2.3.1 電壓、電流的有效值21-22
• 2.3.2 電網(wǎng)頻率22
• 2.3.3 電網(wǎng)諧波22-23
• 2.3.4 電壓閃變23-24
• 2.3.5 電網(wǎng)三相不平衡24
• 2.3.6 電網(wǎng)功率及功率因數(shù)24-25
• 2.4 電能質(zhì)量監(jiān)測方法25-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 第三章 系統(tǒng)設(shè)計概述27-39
• 3.1 系統(tǒng)功能27
• 3.2 系統(tǒng)架構(gòu)27-28
• 3.3 電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的整體設(shè)計28-29
• 3.4 核心器件的選擇29-38
• 3.4.1 DSP 的選擇29-32
• 3.4.2 ARM 的選擇32-34
• 3.4.3 A/D 轉(zhuǎn)換芯片的選擇34-38
• 3.5 本章小結(jié)38-39
• 第四章 監(jiān)測裝置硬件設(shè)計39-56
• 4.1 監(jiān)測裝置的整體結(jié)構(gòu)39
• 4.2 數(shù)據(jù)采集模塊電路設(shè)計39-45
• 4.2.1 互感器電路39-40
• 4.2.2 抗混疊濾波電路40-41
• 4.2.3 電平轉(zhuǎn)換電路41-42
• 4.2.4 A/D 轉(zhuǎn)換電路42-43
• 4.2.5 鎖相倍頻及測頻電路43-45
• 4.2.6 風(fēng)速、風(fēng)向測量電路45
• 4.3 DSP 數(shù)據(jù)處理模塊電路設(shè)計45-49
• 4.3.1 電源電路46-47
• 4.3.2 片外存儲器擴展47-48
• 4.3.3 SCI 通信電路48
• 4.3.4 時鐘電路48-49
• 4.4 ARM 模塊電路設(shè)計49-54
• 4.4.1 通信接口電路50-53
• 4.4.1.1 RS232 串行通信電路51
• 4.4.1.2 CAN 總線通信電路51-52
• 4.4.1.3 網(wǎng)絡(luò)通信電路52-53
• 4.4.2 人機交互電路53-54
• 4.4.3 開關(guān)量輸出54
• 4.5 硬件抗干擾設(shè)計54-55
• 4.6 本章小結(jié)55-56
• 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計及算法實現(xiàn)56-78
• 5.1 DSP 軟件設(shè)計56-67
• 5.1.1 開發(fā)平臺的建立57
• 5.1.2 主程序設(shè)計57-58
• 5.1.3 數(shù)據(jù)采集58-59
• 5.1.4 數(shù)據(jù)處理及相關(guān)算法59-65
• 5.1.4.1 傅立葉變換60-62
• 5.1.4.2 FFT 算法的DSP 實現(xiàn)62-65
• 5.1.5 串口通信程序設(shè)計65-67
• 5.2 ARM 軟件設(shè)計67-73
• 5.2.1 WINCE 嵌入式操作系統(tǒng)簡介68-72
• 5.2.1.1 WINCE 的特點68-70
• 5.2.1.2 WINCE 的結(jié)構(gòu)70-71
• 5.2.1.3 基于WINCE 的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程71-72
• 5.2.2 WINCE 在S3C2440 上的移植72-73
• 5.2.3 應(yīng)用程序開發(fā)73
• 5.3 上位機軟件設(shè)計73-77
• 5.3.1 上位機軟件總體設(shè)計74
• 5.3.2 各功能模塊介紹74-77
• 5.4 本章小結(jié)77-78
• 第六章 仿真與實驗結(jié)果分析78-89
• 6.1 實驗樣機78-79
• 6.2 FFT 算法仿真79
• 6.3 方波形成電路仿真79-80
• 6.4 A/D 轉(zhuǎn)換測試80
• 6.5 測量精度實驗80-82
• 6.6 整機聯(lián)調(diào)82-88
• 6.7 本章小結(jié)88-89
• 結(jié)論與展望89-91
• 結(jié)論89
• 進一步工作展望89-91
• 參考文獻91-94
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果94-95
• 致謝95-96
• 附件96

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