【正文】 表模塊與主控板間通過 20 芯信號線傳輸信號，其中包括四路電能脈沖 (CF1`CF4)DART 通信接口，電源及復位信號，如圖 46 示。 數(shù)據(jù)采集與處理電路如圖 46 所示。 其結(jié)構(gòu)圖如圖 45 所示。 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 31 電流采樣輸入方案 電流采樣采用差分輸入方式，輸入端疊 加 直流偏置電壓，該偏置電壓由ATT7022B 的參考電壓輸出 REFOUT 提供，電路原理圖如圖 44 所示。合相有功 /無功能量可以根據(jù)設置按代數(shù)或者絕對值的模式進行累加。合相有功功率按公式 4. 4 計算得到。 起結(jié)構(gòu)框圖和管腳簡圖分別如圖 42 和圖 43 所示。詳細校表方法請參考第三部分校表方法 。 28 CF2 輸出 無功電能脈沖輸出 30 CF3 輸出 基波有功電能脈沖輸入 /RMS 視在電能脈沖輸出 31 CF4 輸出 基波無功電能脈沖輸入 /PQS 視在電能脈沖輸出 35 CS 輸入 SPI 片選信號，下降沿有效 36 SCLK 輸入 SPI 串行時鐘輸入 37 DIN 輸入 SPI 串行數(shù)據(jù)輸入 38 DOUT 輸出 SPI 串行數(shù)據(jù)輸出 40 REVP 輸出 當監(jiān)測到任一相有功功率為負時，輸出高電平 當檢測到各相有功功率均為正時，輸出低電平 鄧裕峰：智能配電網(wǎng)監(jiān)測終端的設計 28 ATT7022B 功能概述 集成了六路二階 sigmadelta ADC、參考電壓電路以及所有功率、能量、有效值、功率因數(shù)以及頻率測量的 數(shù)字信號處理 等電路。正常工作最大信號電平為 +，最大承受電壓為 +6V。 1 14 1 17 1 20 V2P/V2N V4P/V4N V5P/V5N 輸入 A, B, C 相電壓信道正、負模擬輸入引腳。所有計量及校表參數(shù)都可以通過 ATT7022B 提供的 SPI 接口與外部MCU之間進行傳遞。ATT7022B 具有計量參數(shù)齊全、校表功能完善，簡化硬件設計，降低設計成本，縮短了軟件開發(fā)周期等諸多優(yōu)點。 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 25 AT 91 S A M 7 S 256 G P R S 模塊 S I M 卡 圖 39 GPRS 模塊接口電路 鄧裕峰：智能配電網(wǎng)監(jiān)測終端的設計 26 第 4 章 電能表模塊的設計與實現(xiàn) 電能表模塊總體結(jié)構(gòu) 電能表模塊 的職責是采集電力系統(tǒng)的多項物理量。 VR3 和 VR4 為自恢復保險，防止信號線過流， D22 為穩(wěn)壓管，防止信號線間過壓 。當RS485 接口發(fā)送數(shù) 據(jù)時， TXD 輸出為低電平，電容通過 D23 瞬間放電，非門輸入為低，DE 與 /RE 輸入為高， SN65LBC184D 驅(qū)動器輸出使能 。 本終端選用 SN65LBC184D 完成 RS485 通信收發(fā)功能。 LCD 模塊的復位信號與其他外圍電路公用，由 GPIO 提供，而數(shù)據(jù)與其他控制信號由擴展總線提供，而 LED 則采用 3 個 ULN2021A 驅(qū)動，指示開關控控制信號、電源電路、電能計量和通訊電路的工作狀態(tài)。 按鍵控制與人機交互 在整個監(jiān)測終端，按鍵控制是最重要的輸入部件之一，用于手動操作終端實現(xiàn)諸如鄧裕峰：智能配電網(wǎng)監(jiān)測終端的設計 22 上翻、下翻、確定、取消和復位等功能。R2作為光禍陽極輸入端的下拉電阻，在觸點斷開狀態(tài)下，將光禍的陽極拉低，保證開路狀態(tài)下的信號穩(wěn)定。為了確保采集的信息正確，在采集觸點信息時應采取隔離措施。如 圖所示 ,FM3116 采用 TWI 方式與 AT91SAM7S256 進行通訊 ,存儲來自表模塊上的電力參數(shù)信息 ,當存儲數(shù)據(jù)達到一定容量時 ,再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到 NAND Flash 中 ,保證了數(shù)據(jù)的實時性同時 ,事件計數(shù)器用于記錄需要抄寫的外部電能表的電能脈沖 ,這樣系統(tǒng)掉電時不會漏失任何的電能計量信息。這樣 ,一旦掉電 ,會丟失部分電能脈沖值 ,造成電表精度降低。 綜合上章對 AT91SAM7S256 的特性簡介，可得主控模塊電路結(jié)構(gòu)圖如下： 圖 32 主控模塊電路結(jié)構(gòu)圖 AT91SAM7S256 人機交互模塊 總線擴展 NAND Flash 鐵電存儲器 通信接口 SC16LS752 串口擴展 ADC GPIO 片內(nèi) 256KB FLASH 64KB RAM SPI UART 1 UART 0 TW1 鄧裕峰：智能配電網(wǎng)監(jiān)測終端的設計 20 鐵電存儲器 鐵電存儲器 (FRAM)是最近幾年延時的新型處理器，其原理是利用鐵電晶體的鐵電效應實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲。以 RS485 和 GPRS 兩種通訊方式將實時數(shù)據(jù)和一場信息傳送到控制主站。數(shù)據(jù)通信接口電路用于終端與子站或主站及其它設備之間的數(shù)據(jù)傳輸 ,該電路通常設計成多個接口電路 ,以適應電 力系統(tǒng)不同通信方式的需要。及狀態(tài)信息斷路器、隔離開關等設備的工況以及告警之類信號。此外，要求能讀取 1 路外部脈沖電能表的數(shù)據(jù)信息 配電網(wǎng)監(jiān)測終端的總結(jié) 和工作原理 根據(jù)所學知識和查閱相關文獻，在借鑒了國內(nèi)外眾多的 TRU、 FTU 等技術(shù)方案的基礎上，決定采用高精度電能計量芯片 ADE7878 采集交流電信號，活的三相電流、三相電壓、無功功率和功率因數(shù)等物理量，而主控板方面澤采用 AT91SAM7S256 單片機、通訊模塊。 （ 2） 故障監(jiān)測和報警功能 鄧裕峰：智能配電網(wǎng)監(jiān)測終端的設計 16 能自動檢測變壓器輸出掉相、掉電、失壓 ,電流、電壓越限等異常工況 ,并將故障事項和異常報警信息 ,上報主站 。 基本結(jié)構(gòu)參數(shù)如下 ： 核心處理器： ARM7 芯體尺寸： 16/32位 速度： 55MHz 連通性： I178。配 電 網(wǎng) 電 流 信 號 采 集 是 通 過 LCTA21CE (40 A/20 m A)微型精密電 流變 換 器 ，再配合一定的外圍采樣電路，轉(zhuǎn)換成差分電壓信號送入 ADE7878 的電流信號輸入端。 德州儀器 TMS320F28335 TMS320F28335 是德州儀器 (TI)推出的一款浮點型高性能 32 位數(shù)字信號處理器，主頻可達 150 MHz ，具有單精度浮點運算單元。 結(jié)論與展望第 2 章 系統(tǒng)總體設計第 1 章 緒 論 第四章 表模塊電路設計第五章 系統(tǒng)軟件設計第 3 章 主控電路設計 圖 11 論文主體框架 論文的結(jié)構(gòu)如圖所示 ,共分五 個部分 ,第一部分首先闡述了配電變壓器監(jiān)測在配電自動化系統(tǒng)中的重要地位以及本課題研究的背景 ,分析了國內(nèi)外配電自動化監(jiān)測系統(tǒng)的研究與應用現(xiàn)狀 ,提出了課題研究的具體內(nèi)容與目標。隨著微機技術(shù)的不斷發(fā)展以及電力參數(shù)實時測量要求的提高 ,交流采樣技術(shù)己經(jīng)逐步取代了傳統(tǒng)的直流采樣方法。此方法軟件設計簡單 ,計算速度快 ,對采樣值只需作比例變換即可得到被測量的數(shù)值。在線測量出電電網(wǎng)的各種電力參數(shù)?？梢灶A見，隨 著各行業(yè)的技術(shù)更新，電網(wǎng)智能化是必然趨勢。電源的接入與退出、電能量的傳出等都缺乏較好的靈活性，電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制能力不理想，系統(tǒng)自鄧裕峰：智能配電網(wǎng)監(jiān)測終端的設計 12 愈及自恢復能力完全依賴于物理冗余，對用戶的服務形式簡單，信息簡單，缺乏良好的信息 共享機制。而早建設好智能配電網(wǎng)，研制和利用好配電智能終端系統(tǒng)是至關重要的環(huán)節(jié)，目前配電系統(tǒng)中已有成熟的配電自動化終端，這些終端一般具備串行接口或者網(wǎng)絡接口，支持多種協(xié)議并可實現(xiàn)遙測遙控。因此本設計的研究具 有明確意義和目的性，旨在能準確記錄配電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)并進行相關的電能質(zhì)量分析和故障處理。 課題背景 研究意義 電力系統(tǒng)和電網(wǎng)投入運行年月已久，各項參數(shù)整定參數(shù)和維護經(jīng)驗已經(jīng)非常成熟，作為當今能量流動最龐大的系統(tǒng)，其能否穩(wěn)定、可靠、安全運行影響著一整個國家的民用教育醫(yī)療乃至工業(yè)國防，是一項綜合國力的體現(xiàn)。因而可以預見本設計的工作方向是有明確方向和意義的。 智能配電網(wǎng)的發(fā)展目標是充分利用現(xiàn)代化管理理念， 采用先進的計算機、電力電子、數(shù)字控制，通信、信息和傳感器等技術(shù)，實現(xiàn)配電網(wǎng)的高度融合，使配電網(wǎng)可靠性、運行效率、供電質(zhì)量和主要技術(shù)裝備達到更搞水平。 distribution transformer。在該環(huán)節(jié)上的技術(shù)缺失將 會使電網(wǎng)的智能化無法展開。 提交的成果： （ 1）畢業(yè)設計（論文）正文； 鄧裕峰：智能配電網(wǎng)監(jiān)測終端的設計 4 （ 2）系統(tǒng)的硬件原理圖； （ 3）至少一篇引用的外文文獻及其譯文； （ 4）附不少于 10 篇主要參考文獻的題錄及摘要。因而，配電系統(tǒng)自動化的研究與應用就顯得特別重要。圍繞配電系統(tǒng)自動化的相關研究，如配電網(wǎng)的自動監(jiān)測、自動管理與自動控制，逐漸成為一個重要的研究方向。 指導教師（簽字） 教研室主任（簽字） 批 準 日 期 接受任務書日期 完 成 日 期 接受任務書學生（簽字） 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 5 配電網(wǎng)智能監(jiān)測終端的設計 摘 要 當前電力系統(tǒng)運行雖說已經(jīng)日益成熟，參數(shù)整定已經(jīng)越來越完善，但結(jié)合我國農(nóng)電網(wǎng)分布廣泛，氣候和地理環(huán)境變動較快，用戶基數(shù)龐大等諸多因素，目前在智能輸配電網(wǎng)的進展上仍是舉步維艱。 本設計根據(jù)我國配電網(wǎng)的現(xiàn)狀與配電自動化的要求，在查閱大量有關文獻資料和分析了國內(nèi)外配電終端發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢的前提下，針對目前配電監(jiān)測終端在可靠性，穩(wěn)定性，易操作性和經(jīng)濟可行性等問題，提出了一種折中的設計方案。 distribution monitoring terminal。目前我國用戶的停電時間 90%以上是由于配電網(wǎng)引起的，有一半的輸電損耗都發(fā)生在配電網(wǎng)，所以建設高效穩(wěn)定的智能配電網(wǎng)成為發(fā)展智能電網(wǎng)的關鍵環(huán)節(jié)。 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 11 第 1 章 緒 論 隨著我國的國民經(jīng)濟高速發(fā)展，城鄉(xiāng)用電量增幅非常大，用戶對供電質(zhì)量和供電可靠性的要求也越來越高，因而配電系統(tǒng)自動化與及配電網(wǎng)智能監(jiān)測終端的研究與應用就顯得尤為重要。但電網(wǎng)運營要求顯然不能局限于穩(wěn)定，隨著時代變遷，要求也日新月異。 智能電網(wǎng)可以通過電子終端將用戶之間、用戶和電網(wǎng)公司之間形成網(wǎng)絡互動和即時連接，實現(xiàn)電力數(shù)據(jù)讀取的實時、高速、雙向，實現(xiàn)電力、電訊、電視、智能家電控制和電池集成充電等的多用途開發(fā)以及用戶富裕電能的回售；整合系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，完善中央電力體系的集成作用，實現(xiàn)有效的臨界負荷保護，實現(xiàn)各種電源和客戶終端與電網(wǎng)的無縫互連，提高整個電網(wǎng)的可靠性、可用性和綜合效率。但是這些終端一般不具備保護功能也不具備分布式智能 ，故障的的隔離和轉(zhuǎn)供依賴于主站。 智能配電網(wǎng) 發(fā)展趨勢 電網(wǎng)是經(jīng)濟社會發(fā)展的重要基礎設施，近年來電網(wǎng)的安全運行的客觀環(huán)境正在發(fā)生著巨大的變化，電網(wǎng)的負荷快速增長，電力市場運行因素對電網(wǎng)運行的影響正日益加深，加上收到全球氣候變暖等各種非人為因素，對電網(wǎng)的正常工作提出了很多新挑戰(zhàn)。 國內(nèi)外配電檢測技術(shù)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 配電檢測技術(shù)是從傳統(tǒng)電磁測控等裝置的技術(shù)基礎上發(fā)展而來的。但其機械結(jié)構(gòu)和電磁通量結(jié)構(gòu)一般比較復雜，測量的精度也是很難提高，并且無法提供諸如有功功率、功率因數(shù)等電矢量，難以輸出數(shù)字化信號，電網(wǎng)智能化工作因此很難 鋪展開來。但是 ,直流采樣方法存在一些問題 ,如測量準確度直接受整流電路的準確度和穩(wěn)定性的影響 ,整流電路參數(shù)調(diào)整困難等。到了90 年代中期 ,計算機和微電子技術(shù)的發(fā)展以及配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的實施 ,都進一步促進了電能質(zhì)量問題的研究及其監(jiān)測裝置的研制。第二部分探討了配電變壓器監(jiān)測終端的設計目標、功能需求以及性能需求 ,分析了配變監(jiān)測終端的組成結(jié)構(gòu)與工作原理 ,提出了一種采用以“數(shù)據(jù)處理和通信模塊”為主 ,外加“采集計量模塊”的配電變壓器智能監(jiān)測終端設計方案第三部分著重論述了配變監(jiān)測終端的主控硬件電路設計 ,尤其對電源部分的設計和整機硬件抗干擾的具體措施進行了研究與探索第四部分對硬件設計的關鍵 ,采 集計量表模塊的工作原理與設計方法進行了詳細的闡述和分析 ,對配變監(jiān)測系統(tǒng)中保證高精度數(shù)據(jù)采集的方法進行了深入研究第五部分結(jié)合硬件設計要求 ,分析了主控模塊與表模塊間的自定義通訊協(xié)議的設計思想 ,給出了表模塊的軟件結(jié)構(gòu)和設計流程 。片上資源豐富，具有 256 k 16 bit 的 Flash 存儲器 ， 34k 16bit 的 SRAM ， 3 個 32 位 CPU 定 時 器 ， 3 個 SCI(UART)模塊 ， 1 SPI 模塊 ， 1 路 I2C 總線 ， 2 通道 CAN 總線和 2 個多通道 Mc BSP 模塊等 。電壓信號采集是通過 LCTV31CE(2 m A/2 m A)精密電流型電壓變換器后直接送入 ADE7878 的電壓信號輸入端。C， SPI， SSC， U ART/USART， USB 外圍設備：欠壓檢測 /復位， D