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32500字硕士毕业论文模块化理念下电力负荷管理终端的设想与实现

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:32500字
论点:负荷,终端,电力
论文概述:

采用基于模块化的设计方法进行电力负荷管理终端的设计开发,解决了集中控制式终端扩展不便、终端可靠性差的同时,实现了各个功能模块的智能化,通过采用标准总线接口和分布式电源设计

论文正文:

第一章电力负荷管理系统

1.1电力负荷管理系统概述
电力负荷管理,又称电力负荷控制,旨在改善电网负荷曲线的形状,使其在负荷曲线上的反映更加平衡。简而言之,就是削峰填谷,实现电网经济、安全、高效运行,使用电更加科学合理。电力负荷管理技术是实现计划用电、节电和安全用电的技术手段。它也是配电自动化和电力管理自动化的重要组成部分。电力负荷管理可以采取经济措施,根据用户的最大需求收费,或者对峰谷时段收取不同的电价,以刺激用户削峰填谷。还可以采用技术手段切断峰值功耗期间可以间歇供电的部分负载,以降低电网压力。根据改善负荷曲线的一般要求,每个用户的负荷可以通过一定的通道与安装在用户处的电力负荷管理终端设备连接,并且可以实时集中控制用户的间歇负荷,从而达到控制每个用户到户、实现限电不断线的目的。从而保证用电平衡,保证电网安全经济运行,实施计划用电政策,合理分配调度用电,科学管理用电,为计量监测、业务采集、线损管理等工作提供丰富的电网用电参数。

1.1.2国外负荷控制技术发展简史
控制用电负荷的思想是随着电力工业的出现和发展而产生的。1897年,约瑟夫·罗丹(Joseph Rodin)获得英国专利,鼓励用户在不同电价下均衡用电。1913年,达德利等人提出了在供电网络上叠加ZOOHz/10V电压来控制路灯和热水器的方案,这是最早的音频控制方法。1931年,韦伯提出了单频编码的专利,这是广泛使用的脉冲时间间隔码的前身。自20世纪40年代以来,欧洲大陆各国广泛开发和应用了集中式音频控制技术。日本在20世纪60年代开始重视负载控制技术的研究,从欧洲引进制造技术,并在70年代广泛安装和使用音频脉冲控制装置。然而,美国由于其丰富的资源,最初并不重视负荷控制问题。后来,在石油危机的影响下,我们认识到充分利用能源的重要性,开始研究负荷控制技术。20世纪70年代中期,瑞士音频脉冲控制装置首次被引入,随后无线电负载控制、配电载波负载控制和工频电压波形失真控制得到发展。到1980年,美国已经装备了170多个负载控制系统。
到1990年代初,世界上几十个国家已经使用了各种电力负荷控制系统。数千万种终端设备相继安装。可控负荷覆盖面积占世界总装机容量的10%以上,对世界电网负荷的安全和经济起着重要作用。

1.1.3中国负荷控制技术的发展
在中国,电力负荷控制技术起步较晚。过去,传统的电力负荷法是针对我国电力严重短缺而提出的,采用行政和经济手段进行间接控制。这是解决供需矛盾、调整负荷曲线、保证电网安全经济运行的有效措施。然而,由于缺乏必要的技术手段,许多地方的用电规划政策无法有效实施。当有电的时候,每个人都跑去用它,当它被使用的时候,它超过了极限,当它超过极限的时候,它拉着路。由于道路经常被拉,工农业的正常生产和人民的日常生活受到严重影响。而且,缺乏纯间接控制的技术手段,无法实现实时控制;微观控制用户用电量、宏观平整负荷曲线是不可能的,因此实时电力负荷波动带来的一系列问题依然存在。因此,有必要运用科学技术手段,采用先进的负荷控制装置来装备供电系统,在规划用电过程中综合运用行政、经济和技术手段,从而给现有的发电和供电设备带来更大的经济效益。
随着计划用电与供需矛盾十分突出,电力负荷控制技术的研究和应用开始引起我国的重视。1977年底,中国开始研究和应用电力负荷控制技术,大致可分为三个阶段。1977年至1986年是探索阶段:研究了国外电力负荷控制技术采用的各种方法,自行研制了音频、工频波形失真、电力线载波和无线电控制等各种装置。同时,一批音频控制设备从国外进口,安装在北京、上海、沈阳等地。从1987年到1989年,这是一个有组织的试点阶段:主要试点是开发国内音频和无线电负载控制系统,分别在济南、石家庄、南通和郑州成功安装和使用。在试点成功的基础上,1989年底在郑州召开了全国计划用电会议。要求首先在省会城市和中央直辖市的主要开放城市推广应用,然后在所有地(市)级城市全面推广。自1990年以来,电力负荷控制系统已进入全面推广应用阶段。到1996年上半年,全国约有150个地(市)级城市配备了不同规模的负荷控制系统,少数县级城市也开展了这项工作。电力负荷管理系统通信协议的颁布标志着“电力负荷管理系统”的初步形成。
经过几年的开发和应用,该系统的技术凸显了负荷管理的地位和作用。实用性进一步提高。职能的扩展始终以提高电力企业的经济效益为中心。通用系统具有良好的开放性和可扩展性。由于系统本身是根据中国国情自主开发研制的,具有完善的“三遥”功能和“本地控制”功能,微机终端具有强大的数据采集和通信功能,微机网络技术的开发和应用使得负荷管理系统非常方便与其他电力自动化系统联网,实现数据共享,因此系统的软硬件配置仍保持良好的可扩展性。实践证明,在市场经济条件下,随着电力行业改革的不断深入,电力负荷管理系统系统功能的进一步扩展和应用,对提升用电管理和营销管理水平起到了积极的作用。

第二章电力负荷管理终端组件

2.1电力负荷管理终端组件
电力负荷管理终端一般由以下单元组成:主控单元、通信单元、输入/输出单元、显示单元、交流采样单元和电源单元。传统的设计方法一般是集中式的,即终端以单个单片机为核心,扩展相应的外围电路,实现各种功能。集控终端的原理框图如图2-1所示。
主控单元:以单片机为核心,扩展程序运行闪存,程序升级闪存(用于远程升级时的程序存储)和内存构成最小的系统。根据需要,RTC、非易失性存储器(NVRAM)、语音芯片等资源以并行总线方式扩展。终端的其他单元包括输入/输出单元、交流采样单元、显示单元等。,它们都通过并行数据总线连接到主控制单元。因此,还要求可编程逻辑器件(CPLD)对主控单元进行地址解码和分配,并增加总线驱动器来起到总线驱动和隔离的作用,从而将外部干扰的影响降到最低。主控单元的功能主要集中在数据采集和存储、远程和本地负载控制、数据通信和处理、语音提示、主站通信协议处理以及协调其他模块之间的工作。它的功能相对集中,可以说是终端的大脑。该模块对终端至关重要。

第三章比较............................22-40
3.1通信总线和硬件设计选择...................22-26
3.2 CAN总线...................26-27[/溴/] 3.3 CAN总线传输协议设计...................35-39[/溴/] 3.6本章概述...................39-40
第4章模块化电力负荷管理终端设计...................40-61
4.1终端性能指数...................40
4.2终端硬件的总体设计...................40-41 [/BR/] 4.3终端主控制模块设计...................41-45 [/BR/] 4.4显示模块设计...................45-49
4.5控制输出模块的设计...................49-51[/溴/] 4.6脉冲/状态量输入模块设计...................51-52
4.7抄表模块设计...................52[/溴/] 4.8交流采样模块设计...................52-56 [/BR/] 4.9通信模块设计...................56-57 [/BR/] 4.10分布式发电设计...................57-58
4.11端子可靠性设计...................58-60
4.12摘要...................60-61
第五章终端测试记录...................61-67
5.1 CAN总线传输性能测试记录...................61
5.2 NAND闪存文件系统测试...................61-62
5.3完整的机器测试记录...................62-66
5.4测试结论...................66-67

结论

电力负荷管理终端采用模块化设计方法设计开发,解决了集控终端扩展不便、终端可靠性差的问题,实现了各功能模块的智能化。采用标准总线接口和分布式电源设计,大大增强了终端的可扩展性,实现了产品功能的灵活配置,满足了市场需求的快速变化,提高了终端的可靠性和稳定性。这些已经通过原型的开发得到了证明。当然,这样的设计,只考虑硬件成本,因为每个模块必须有单独的单片机和电源系统,导致终端设计变得复杂,导致成本增加,不适合低附加值的产品设计。模块化设计还会在同一个终端中产生多套嵌入式软件。软件开发必须由团队完成。软件的复杂性增加,开发周期延长。
这个项目持续了将近两年。在此期间,项目经历了产品定义、方案设计、原型设计等几个阶段,最终完成了原型设计,基本实现了最初的设计目标。在具体的设计和实现中,采用了基于NandFlash的CAN总线、分布式电源、微文件系统海量存储、ARM7嵌入式系统和多通道兼容设计等先进技术。然而,令笔者十分遗憾的是,由于整个项目研发周期长,市场形势变化大,样机尚未大规模生产,未能创造良好的经济效益和社会效益。同时,由于市场因素,原型中的所有模块只实现了一个功能模块,并没有开发出所有的功能模块。受终端尺寸和结构的限制,模块不能最大限度地扩展,只能在机箱结构允许的范围内模块化。

参考
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