论文部分内容阅读
近年来,电力系统主要依靠大型集中式供电来满足日益增长的电力需求,但这种方式带来的环境问题和大面积停电问题,给社会造成巨大经济损失。利用风能和太阳能等清洁能源的分布式电源,环境友好,而且可以弥补大电网安全稳定性的不足,逐渐受到人们的重视,在电网中所占比例不断提高。但由于分布式电源的自身的特点,分布式电源并网在提高电网安全稳定性的同时,也给电网引入了许多电力扰动,引发了大量电能质量问题。目前国内外对于分布式电源并网后对电网电能质量的影响研究还比较少,同时,各种对电能质量敏感的用电设备不断普及,人们对电能质量及可靠性的要求越来越高,电能质量直接关系到国民经济的总体效益,这使得分布式电源并网中的电能质量问题研究显得尤为迫切。本课题结合实际需求,同时根据分布式电源的特点,设计了一款应用于分布式电源并网的电能质量在线监测装置。本文首先分析了各项电能质量指标和判别计算方法,以及分布式电源并网中电能质量问题的产生原因及问题类型,明确了电能质量在线监测装置的功能需求。电能质量在线监测装置能够测量基本电力参数、暂态扰动和进行SOE事件记录,设计中使用快速傅里叶变换、小波变换和宽量程相位差频率测量法进行参数计算和分析。为实现装置的在线监测并结合分布式电源的特点,本设计实现了RS-485、以太网和GPRS通信功能,实现电能质量在线监测装置之间的互联,组成监控网络进行电能质量参数的实时监测与上传。根据对电能质量在线监测装置的需求分析和性能指标要求,本设计采用STM32F405和STM32F107的双CPU解决方案。基于CortexM4内核的STM32F405具有强大的是数据计算能力,主要负责电力信号采集和分析、与STM32F107进行SPI通信等功能。STM32F107主要负责通信功能：使用自身的以太网模块实现以太网通信,使用SIM900A模块实现GPRS无线通信。双CPU解决方案有效保证了参数计算和通信的实时性。根据系统硬件设计方案,软件设计按照模块化进行。STM32F405主要分为：信号采集与分析模块、SPI通信模块、SOE事件处理模块、人机交互模块和数据存储模块等部分。STM32F107使用嵌入式操作系统μC/OS-II和LwIP协议栈,主要分为以太网通信模块、GPRS通信模块和RS-485通信模块。论文最后对电能质量在线监测装置进行了误差分析并提出了改进措施,增加了抗干扰设计,进行了大量的测试工作,经过验证,测试结果满足设计要求。