电力负荷管理系统终端单元研制

重庆大学硕士学位论文电力负荷管理系统终端单元研制姓名：余红欣申请学位级别：硕士专业：电气工程指导教师：郑连清20060401重庆大学硕士学位论文中文摘要I摘要负荷管理终端是电力负荷管理系统的一个重要组成部分，它在对大电力用户的监控、对电源并网点的监控、对专用配变和公用配变的监测、以及远方集中抄表系统等场合己得到了广泛应用。电力负荷管理系统是在以前的电力负荷控制系统基础上发展起来的，后者以对电力负荷进行当地闭环控制和远方遥控为主要功能。随着电力市场经济改革的不断深化，电力负荷控制系统的“控制”功能相对减弱，而对用电管理、营销和需求侧管理却提出了一些新要求。为适应发展，电力负荷控制系统在原有的控制功能基础上加强了负荷管理功能，成为能为电力营销、客户服务和电力需求侧管理工作服务的电力负荷管理系统。论文阐述了现有系统对负荷管理终端功能和性能的要求，对所要用到的电网电能质量监测、谐波分析、电压无功补偿控制等算法进行了详细研究。针对目前大部分同类产品存在的价格昂贵、功能不满足系统新需求等缺点，本论文在对不同微处理器性能进行仔细分析和比较后，采用美国微芯公司最新推出的一种综合了单片机和DSP两者优势的新型芯片——数字信号控制器(DSC)来构成负荷管理终端的单芯片实现方案，利用其强大的数据处理能力将谐波分析引入到负荷管理终端中，并利用电压无功补偿控制来优化电网运行状态、提高电网电能质量，同时实现了大多数现有产品普遍缺乏的远程软件升级功能。论文所设计的负荷管理终端在硬件上包括数据采集、控制、显示、通信等模块以及时钟、频率检测等辅助电路。其软件部分遵循模块化自顶向下的设计原则，论文对主程序、A/D中断程序、1ms中断程序的设计思路进行了介绍。此外，论文还用编写引导装载程序的方法，成功地将远程软件升级功能引入到装置中，克服了大部分现有产品在这方面的不足。该方法在数字信号控制器上的实现还未见报道，具有一定的参考价值。论文所研制的负荷管理终端集电网电能质量监测、谐波分析、电压无功补偿控制、远方抄表及远程软件升级等功能于一体，结构简单，具有很好的工程应用价值。作为一个包含硬件和软件的完整系统，它为数字信号控制器的应用和负荷管理终端的研究提供了有参考价值的实例。关键词：负荷管理终端单元，数字信号控制器，远程软件升级重庆大学硕士学位论文英文摘要IIABSTRACTLoadmanagementterminalunitisanimportantcomponentofPowerLoadManagementSystem;ithasbeenwidelyusedinoccasionssuchasmonitorandcontroltothelargepowercustomers,monitorandcontroltotheparallel-in-locusofpowersupply,monitortothegeneralorthespecialpowerdistributiontransformerandautomaticmetermessagerecordingsystem,etc.PowerLoadManagementSystemdevelopsonthebasisoftheformerPowerLoadControlSystem,whichregardslocal-closed-loopcontrolandsystemcenterremotecontroltothepowerloadasitsmainfunctions.Withtheconstantpromotionineconomicreformofpowermarket,the“control”functionofPowerLoadControlSystemisweakenedrelativly,butsomenewrequirementssuchaspowerinformationmanagement,marketingmanagementanddemandsidemanagementhavebeenputforward.Inordertoadapttothedevelopment,PowerLoadControlSystemhasstrengthenedthefunctionofpowerloadmanagementandbecomePowerLoadManagementSystem,whichservetoelectricpowermarketing,customerserviceandpowerdemandsidemanagement.Thisdissertationspecifiesthefunctionandperformancerequirementsofloadmanagementterminalunitfortheexistingsystem,analysestheneedingalgorithmsforgridpowerqualitymonitoring,harmonicanalysis,voltageandreactivepowercompensationcontrol,etc.Formostpresentsimilarproductshaveshortcomingssuchashighcost,functionsareunsatisfiedwiththenewdemandsofthesystem,etc,thisdissertationadopteddigitalsignalcontroller(DSC),whichintegratedtheadvantagesofbothMCUandDSPandwasputoutnewlybyMicrochipTechnologyInc.,toformasingle-chiprealizationschemeofloadmanagementterminalunit,basedoncarefullyanalyzingandcomparingofdifferentmicroprocessor’sperformance.ThisschemeutilizedthestrongdataprocessingcapabilityofDSCtointroduceharmonicanalysisintothedesignofloadmanagementterminalunit,andmadeuseofvoltageandreactivepowercompensationcontroltooptimizethesystematicoperationstateandtoimprovethequalityofgridpower.Meanwhile,italsorealizedremotesoftwareupgradingfunctionthatpresentproductsgenerallylackof.Thehardwareoftheloadmanagementterminalunitdevelopedbythisdissertationincludedmodulessuchasdatacollectionmodule,controlmodule,displaymodule,communicationsmodule,etc,andalsoassistantcircuitsuchasclockcircuit,frequency重庆大学硕士学位论文英文摘要IIIdetectingcircuit,etc.Thesoftwaredesignfollowedmoduledesignprincipleandtop-to-downdesignprinciple.Thedesigningmentalityofmainroutine,A/Dinterruptroutineand1msinterruptroutinewereintroducedinthisdissertation.Inaddition,thisdissertationalsousedthemethodofBootloadertointroduceremotesoftwareupgradingfunctionintoourapparatus,whichhelpedtoovercometheshortagesofmostexistingproductsinthisrespect.SincenoreportaboutthismethodusedonDSChadbeenputforward,ithadcertainreferencevalue.Theloadmanagementterminalunitdevelopedbythisdissertationincorporatesfunctionssuchasgridpowerqualitymonitoring,harmonicanalysis,voltageandreactivepowercompensationcontrol,metermessagecollectionandanalysis,remotesoftwareupgrading,etc.intoawhole;ithassimplestructureandgreatengineeringapplicationvalue.Andasanintegratedsystemincludesbothhardwareandsoftware,italsoofferedavaluableinstancebothfortheapplicationofdigitalsignalcontrollerandfortheresearchofloadmanagementterminalunit.Keywords:Loadmanagementterminalunit,Digitalsignalcontroller,remotesoftwareupgrading重庆大学硕士学位论文1绪论11绪论1.1电力负荷管理系统概述1.1.1电力负荷管理系统的基本结构电力负荷管理系统是以计算机应用技术、现代通信技术、电力自动化控制技术为基础的，集用电管理和负荷控制管理于一身的大型信息采集、处理和实时监控系统[1]。它服务于电力营销管理工作，是电力营销、客户服务和电力需求侧管理的必要技术手段，也为电力走向市场提高其社会经济效益提供技术支持[2]。电力负荷管理系统由系统主站、客户端负荷管理终端和主站与终端间的通信信道组成[1]，图1.1是其系统结构示意图。终端信道主站负荷管理终端GPRS/CDMA调制解调器调制解调器电台230M无线网电台有线电话网移动服务器GPRS/CDMA/SMS无线网络通信前置机LAN通信前置机服务器查询工作站配变监控工作站服务器负荷管理工作站PRINTHELPALPHASHIFTENTERRUNDGERFIAJBKCL7M8N9ODGDGDGDGT3U0V.WXYZTAB%UTILIZATIONHUB/MAUNIC2BNC4Mb/s电表配电开关电能质量监控点负荷管理终端负荷管理终端PRINTHELPALPHASHIFTENTERRUNDGERFIAJBKCL7M8N9ODGDGDGDGT3U0V.WXYZTAB%UTILIZATIONHUB/MAUNIC2BNC4Mb/s图1.1电力负荷管理系统的系统结构示意图Fig1.1SchematicdiagramofPowerLoadManagementSystem’sstructure重庆大学硕士学位论文1绪论2其中，系统主站是整个电力负荷管理系统运行和管理的指挥中心，其主要任务包括通信管理、系统控制和信息管理。负荷管理终端位于整个系统的底层，是系统运行的基础，就像系统的“耳目”和“手脚”。主站与终端间的通信信道两者建立数据通信的桥梁。1.1.2电力负荷管理系统的产生及发展趋势电力负荷管理系统是在以前的电力负荷控制系统基础上发展起来的。电力负荷控制系统以对电力负荷进行当地闭环控制和远方遥