電力儀表方面有關畢業論文格式范文,與基于Profibus的智能電力儀表在智能電網中的和實現相關論文范文

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【摘 要】隨著智能電網的迅速發展,智能電力儀表也被越來越多的開發和應用.其中智能三相電表能夠實時監控電網中的電壓,電流以及功率等參數,并且將這些參數反饋給電網系統,从而保證了電網的穩定高效.同時,智能三相表采用了Profibus通訊技術,能夠穩定和快速的傳輸數據,保證了智能電力儀表在復雜工業環境中的應用.

【關 鍵 詞】智能電網;智能三相電表;Profibus通訊技術

1.引言

智能電力儀表是一種用于中低壓系統智能化裝置,它集數據采集和控制功能于一身,具有電力參數測量及電能計量為一體,提供通訊接口與計算機監控系統連接.其操作方式人性化,操作者能在短時間內掌握,閱讀數據和參數設置等操作將變得簡單易行.廣泛用于中、低壓變配電自動化系統,工業自動化系統、智能型開關柜、樓宇自動化系統、負控系統、能源管理系統、工廠電量考核管理等.

中國電力科學研究院相關人士透露,國家對智能電網的建設規劃具体思路為:在2020年之前分三個階段實施,第一個階段為2009-2010年,主要是研究和試點;第二個階段是2011-2015年,智能電網將大規模實施;第三階段是2016-2020年,實現整體的完善和提升.國家電網公司正在加緊制定的我國智能電網技術標準包括近200項.由此可见,國家電網提出要建設堅強統一智能電網,其中,堅強主要依靠一次設備完成,而智能要靠二次設備實現,統一則體現了技術標準的統一.反映到設備商身上,二次設備將成为智能電網的主要受益方.而本文中所要論述的智能電力儀表正是構成智能電網的一部分,其對智能電網的建設有著十分重要的作用,綜上所述,對于智能儀表的各種功能的研究和開發具有迫切性和必要性以及廣闊的前景.

2.智能電力儀表的作用以及設計原理

2.1基于智能電力儀表的電網監控結構與作用

隨著各類精密儀器被越來越多的應用到工業生產過程中,這類精密生產設備對其電網要求也十分高,若是由于雷擊等突發狀況電網出現不穩定時,會對這些生產設備的正常工作产生負面影響,甚至會損壞這些設備,導致很大的經

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濟損失[5,6,7].本文設計的智能三相電表適用于集成在提供給工礦企業的控制電網中,其能夠很好的服務于智能電網的建設完善,其作用如圖1如示:

(1)實時監控電網動態,將電網的檢測數據通訊給上位機,再由上位機與供電系統進行通訊,从而有效及时的保證電網的穩定;

(2)當出現雷電等突發狀況出現時,電網出現波動異常,智能三相表將異常反饋給上位機,上位機能夠根據情況及时對電網供電設備進行控制盒保護,防止出現生產中斷以及設備損壞的情況产生;

(3)智能三相表能夠掌握電網中設備的用電狀況,提供大量數據,企業可以根據這些數據制定更加經濟環保的用電計劃.

2.2智能電力儀表的設計原理

設計的智能三相表能夠測量電壓有效值,電流有效值,有功功率以及有功能量,無功功率以及無功能量等參數的測量.

(Ⅰ)電壓\電流有效值

其通過對電壓\電流采樣值進行平方,開方以及數字濾波等一系列運算得到.

(Ⅱ)有功功率以及有功能量

根據有功功率的公式P等于,通過對去直流分量的電流電壓信號進行乘法加法以及數字濾波等一系列數字信號处理后可得到有功功率.

(Ⅲ)無功功率以及無功能量

根據無功功率的計算公式,其計算與有功功率相似,區別只是電壓信號采用移相后90°后的信號.

無功能量的計算與有功基本一致,在此不再贅述.

除了上述的內容之外,本文設計的智能三相表還能測量視在功率以及視在能量,電壓線頻率,電壓電流相角,電壓夾角,電壓電流相序檢測等,由于篇幅原因,就不一一介紹了[6].

3.智能電力儀表的硬件實現

如圖2所示,在我們設計的智能電力儀表中通過傳感器及采樣電路對電力信號進行采集、變換并送往計量專用芯片,由計量專用芯片得到各電力計量基本參數,CPU可通過通訊獲取所需基本參數,并進行分析、計算,最終得到各電力真實值,例如三相電的線電壓,相電壓,相序等等.然后這些數據會通過顯示電路進行顯示或發給rofibus專用芯片,該芯片會根據Profibus通訊協議完成和上位機的通訊.

如圖3所示,ATT7022B是我們所選用的計量專用芯片.ATT7022B是一顆高精度三相電能專用計量芯片,其能夠測量各相以及合相的有功功率、無功功率、有功能量以及無功能量,同時還能測量各相電流、電壓有效值、功率因數、相角、頻率等參數,充分滿足三相復費率多功能電能表的需求,同時ATT7022B還提供一個SPI接口,方便與外部MCU之間進行計量參數以及校表參數的傳遞,所有計量參數都可以通過SPI接口讀出,其內部電壓監測電路可以保證加電和斷電時正常工作.因此,該芯片完全滿足我所需要的設計要求.

如圖4所示,是CPU和Profibus之間的連接.


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其中CPU選用的是ATmega128/128L,而Profibus專用芯片選用的是SPC3.Atmega128是一款基于AVRRISC結構的低功耗CMOS8位單片機通過在一個時鐘周期內執行一條指令ATmega8可以取得1MIPS/MHz的性能.


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而SPC3集成了OSI模型的第一層(特別是模擬傳輸RS485驅動器)和第二層的執行總線FDL以及接口服務和管理協議.余下的第二層功能如用戶接口、數據管理等、就需要通過軟件來實現[1,2].

4.智能電力儀表的軟件實現

本次設計中主要需要完成的軟件設計包含以下幾個部分:(1)對于ATT7022B計量芯片的編程,以此來达到計算出電力參數的目的;(2)對于CPU的程序設計,本文中主要介紹對于其接收和輸出參數的軟件結構;(3)對于SPC3的程序編寫,本文中會介紹其與上位機的通訊實現以及數據交換診斷的實現.本文中重點介紹Profibus的應用,因此以下重點介紹的是關于CPU的數據交互的實現,以及Profibus專用芯片的數據交互的實現.

(1)ATmega128/128L接收和輸出參數的程序實現

圖5主要是ATmega128/128L接收計量芯片發出數據的軟件實現框圖,而圖6是ATmega128/128L向SPC3發送數據的示意圖.當CPU需要進行數據的交換時,就會調用上述兩種中斷程序,當數據交換完畢后,完成中斷,回到主程序.

(2)SPC3的通訊程序實現

圖7主要是設計中SPC3與上位機進行數據交換和診斷的軟件實現.

5.結語

本設計中的智能電力儀表,能夠在波特率范圍9.6KBd~12MBd下,通過Profibus總線和上位機進行通信,Profibus總線技術具有高效,可靠等特性.因此解決了原先企業產品中使用普通電力儀表帶來的監控滯后以及誤差等問題.同時,又由于本設計中的電力儀表使用的計量芯片和CPU也具有高效的計算速度,因此可以使計量的速度更加快,計量中的誤差更加小,从而進一步增強的智能電力儀表的可靠性.通過在實際產品中的測試,本設計中的智能電力儀表能夠在惡劣的工業環境中良好的景象工作,符合設計要求,并滿足工礦企業的實際需求,到達了我們的設計目的.

目前由于形勢的需要,國家政府的大力推動,智能電力儀表的開發與生產正在國內廣泛的开展,并且涌現出大量的企業以及科技單位來从事研究這些項目,可见這個領域具有十分廣闊的空間和市場.但是,由于我們開拓這塊領域的時間相比國外還有滯后,因此我們的技術水平還有待提高,我們還需要進一步摸索和學習,但是相信前景是美好和光明的.

基于Profibus的智能電力儀表在智能電網中的和實現參考屬性評定
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相關參考文獻下載數量: 91 寫作解決問題: 怎么撰寫
畢業論文開題報告: 論文任務書、論文小結 職稱論文適用: 核心期刊、中級職稱
所屬大學生專業類別: 怎么撰寫 論文題目推薦度: 經典題目

參考文獻

[1]SPC3.SiemensPROFIBUSControllerUserDescription,Siemens,1996.

[2]SIEMENS.SPC3UserDescription[R].1996.

[3]周志敏,紀愛華.Profibus總線系統設計與應用[M].中國電力出版社,2009.

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