stm32的发电机并网系统设计(附件)【字数：16143】
摘 要摘 要现如今，人们物质生活水平不断升高，各国之间的贸易交流更加密切，船舶在运输中起着重要的角色。船舶电力设备在整个船舶系统中扮演着重要角色，船舶电站的供电质量和系统的稳定性越来越受重视，提高船舶电力系统稳定性就需要在合适的时间对发电机组进行并网操作，以提高船舶运营的安全性经济稳定性。船舶电力控制系统依靠不断科研创新，提高了其自动化的水平，对相关研究人员的素质能力也有了更加严格的要求。学校为培养这些高素质的人才，就要不断加强实践，研究反映符合当前此领域需要的装置。在当前船舶电力系统中，嵌入式电气自动化设备占据重要位置。因此对大型船舶电力系统进行研究和分析具有一定的现实意义。准同步并车装置是船舶电站自动并车操作中一种常用的自动装置，它在船舶电力系统中起着非常重要的作用。在现代化船舶电站系统中绝大多数采用自动准同步并车装置，其效果比手动并车和模拟式并车装置效果要好的多。自动准同步并网控制系统保证了发电机组并网过程的安全及船舶电力系统的安全，节约了并网的时间，减少了资源的浪费。本文主要研究采用STM32F103VET6作为核心控制器，把嵌入式在控制方面的优势充分发挥，这也是当前电气设备全自动化的发展趋势，以实现船用发电机快速准确地并入电网。该控制器采用模块化思想，结构简单，可靠灵活、抗干扰能力强，系统集成度高，安装调试方便。本次设计的船舶电站自动并车装置可以实现以下功能电压检测、电压异常报警；频率检测、频差调整；合闸控制。关键词发电机；船舶电力；STM32；数据采集；准同期并网
目录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的目的和意义 1
1.2船舶电力并网的国内外研究现状 1
1.3船舶电力系统及负载概述 3
1.4本文主要研究内容 4
第二章 并网理论 6
2.1发电机介绍 6
2.2 并网方式 8
2.3船舶电力系统准同期并网原理 9
2.4本章小结 11
第三章 硬件设计 13
3.1系统方案概述 13
3.2 STM32介绍 14
3.3晶振电路 16
3.4电源电路 17
3.5 RS232通信电路 17
3. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
6准同步并网信号的检测与处理 18
3.6.1电压信号检测模块 18
3.6.2频率差信号采集模块 18
3.6.3相位信号采集模块 19
3.7本章小结 19
第四章 软件设计 21
4.1软件开发平台KEIL简介 21
4.2自动准同期并网软件设计 21
4.2.1接口通道实现 21
4.2.2主程序设计 22
4.2.3频率差调整子程序设计 24
4.3本章小结 24
第五章 设计结果展示 26
5.1实验平台简介 26
5.2装置实现功能 26
5.3系统运行结果 27
总结与展望 30
致谢 31
参考文献 32
第一章 绪论
1.1课题研究的目的和意义
随着生活水平的提高，工业技术的发展，各国之间的经济贸易来往更加密切，大型船舶成为国际贸易中重要的交通运输工具[1]。船舶电力是船舶的重要组成部分，很多大型船舶采用电力推进系统，船舶上有众多用电负载设备，使得船舶用电总容量增加。
现代船舶电力系统是一个由电能产生、分配和管理调度及电力推进系统和船载设备等用电设备组成的综合电力系统。它作为移动电站系统，有着空间容量小、电气密度大、传输距离短、机电耦合性强等优点；柴油发电机组单机容量小，在靠离码头、进出狭窄水道和机组检修等特殊情况下需要频繁进行并网、解列操作；所以对电力系统的并网及动态过程的研究有很重要的意义。
我的选题目为“基于STM32的发电机并网系统的设计”，本文主要以船舶电力系统的并网为研究内容，船舶在航行时船上的用电负载会随着工作情况发生变化，要使船舶在航行过程正常供电，就要适时的进行并网或解列操作以增加发电机组或减少发电机组。若并网时间不及时将会减少船舶发电机组的使用寿命。船舶电力系统自动化功能是可以根据不同的情况自动进行发电机机组的并网和解列以及各项调节[2~3]。
本文采用STM32作为核心控制器，它是近年来应用较为广泛的基于ARM CortexM3内核的高端32位微控制器的代表，其有优秀的性能和丰富的外设。为了保证发电机组的运行稳定，发电机的基本电参量的测量是十分重要的。目前大多数的发电机组的基本电参量测量仍采用集成化、智能化较低的分立电量变送器测量方式，这种测量方式操作繁琐、维护成本高、设备占用空间存储大、故障信息不能及时得到；所以我们运用基于STM32的智能发电机去测量电参量，测量数据可通过总线快速便捷的得到测量信息，大大的提高了工作效率。同时为发电机并网提供了重要的数据参数，使发电机能够安全快速、准确的并入电网，给船舶电力系统的稳定性带来极大的方便。
1.2船舶电力并网的国内外研究现状
我国的船舶工业技术起步较晚，在以前船舶电力的并网需要工作人员手动合闸实现并网操作，这种方法在合闸时间的选择上不容易准确判断，并网的准确度不高容易造成发电机故障。上世纪60年代出现了第一台模拟式的自动并车装置，它为日后的自动并网控制装置奠定了基础。70年代的时候出现了集成电路技术，并车装置依托此技术形成了较为完善的自动并网控制系统。80年代以后计算机技术的飞速发展带动了微电子信息技术的发展，出现了微机型控制系统的准同步并网装置。现在，是一个现代化和智能化的社会，发电机的并网装置的硬件设备是各种大规模可编程控制器，这些控制器的研究技术已经日益成熟。
从目前大方向来看，柴油发电机组自动化控制的水平在国内的技术与国外已经相差不大，国内研究柴油机组控制的科研人员经过坚持的努力，不懈的追赶着世界先进水平[23]。随着改革开放，国外各种电子元器件纷纷引进，例如早期的PLC，它以性能稳定、灵活方便的优势迅速成为船舶并网自动化控制领域的主要硬件设备；PLC是很可靠的，但这种模式的缺点在于外围电路复杂，造价也相对较高。目前出现了以专用控制器为核心构成的自动化控制系统，这种专用控制器可根据要求进行多种功能订制，去除了复杂的外围电路，使自动控制系统的操作变得简单。
本文主要研究船舶电力的并网系统，当前已经有文献对船舶电力系统并网性能进行了研究：文献[4]和文献[5]所提出的方法与传统的准同期并网控制方法相似的论述，但算法复杂不好实现，缺乏对并网的动态分析仿真；文献[6]提出了同步发电机组并网实现，却没有对并网后的发电机组之间的协调控制运行进行分析讨论；文献[7]对船舶电力系统的动态过程进行研究分析，却没有对具体的并网操作作出说明；文献[8]研究船舶发电机组的并网运行以及动态过程分析，其不足之处是对并网模型和负载加载过程的考虑过于理想化。
在船舶运行中，用电负载的供电是由两台或两台以上同步发电机组同时提供的。船舶电力系统应保证船舶在航行中遇到不同工作情况下拥有足够的电量，使供电可靠不间断。但在不需要大容量运行的条件下，如果供电量过大，会造成能源的浪费，为节约能源要进行合理并网。准同期并网操作在船舶电力并网中被广泛应用，因为其操作冲击电流小、对电网和发电机组的损伤也小。准同期并网控制策略方面的研究主要是研究其频率差和相位差，所以本次研究采用准同期并网。
现在的国内市场有国外品牌的各种自动化模板，也有国内各种品牌的自动化模板。国外产品有优异的性能和良好的口碑；国内的品牌有优惠的价格。我国与外国的差距在于自动化模块控制的功能还不够全面，这就需要我们进一步的去努力研究[24]。
目录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的目的和意义 1
1.2船舶电力并网的国内外研究现状 1
1.3船舶电力系统及负载概述 3
1.4本文主要研究内容 4
第二章 并网理论 6
2.1发电机介绍 6
2.2 并网方式 8
2.3船舶电力系统准同期并网原理 9
2.4本章小结 11
第三章 硬件设计 13
3.1系统方案概述 13
3.2 STM32介绍 14
3.3晶振电路 16
3.4电源电路 17
3.5 RS232通信电路 17
3. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
6准同步并网信号的检测与处理 18
3.6.1电压信号检测模块 18
3.6.2频率差信号采集模块 18
3.6.3相位信号采集模块 19
3.7本章小结 19
第四章 软件设计 21
4.1软件开发平台KEIL简介 21
4.2自动准同期并网软件设计 21
4.2.1接口通道实现 21
4.2.2主程序设计 22
4.2.3频率差调整子程序设计 24
4.3本章小结 24
第五章 设计结果展示 26
5.1实验平台简介 26
5.2装置实现功能 26
5.3系统运行结果 27
总结与展望 30
致谢 31
参考文献 32
第一章 绪论
1.1课题研究的目的和意义
随着生活水平的提高，工业技术的发展，各国之间的经济贸易来往更加密切，大型船舶成为国际贸易中重要的交通运输工具[1]。船舶电力是船舶的重要组成部分，很多大型船舶采用电力推进系统，船舶上有众多用电负载设备，使得船舶用电总容量增加。
现代船舶电力系统是一个由电能产生、分配和管理调度及电力推进系统和船载设备等用电设备组成的综合电力系统。它作为移动电站系统，有着空间容量小、电气密度大、传输距离短、机电耦合性强等优点；柴油发电机组单机容量小，在靠离码头、进出狭窄水道和机组检修等特殊情况下需要频繁进行并网、解列操作；所以对电力系统的并网及动态过程的研究有很重要的意义。
我的选题目为“基于STM32的发电机并网系统的设计”，本文主要以船舶电力系统的并网为研究内容，船舶在航行时船上的用电负载会随着工作情况发生变化，要使船舶在航行过程正常供电，就要适时的进行并网或解列操作以增加发电机组或减少发电机组。若并网时间不及时将会减少船舶发电机组的使用寿命。船舶电力系统自动化功能是可以根据不同的情况自动进行发电机机组的并网和解列以及各项调节[2~3]。
本文采用STM32作为核心控制器，它是近年来应用较为广泛的基于ARM CortexM3内核的高端32位微控制器的代表，其有优秀的性能和丰富的外设。为了保证发电机组的运行稳定，发电机的基本电参量的测量是十分重要的。目前大多数的发电机组的基本电参量测量仍采用集成化、智能化较低的分立电量变送器测量方式，这种测量方式操作繁琐、维护成本高、设备占用空间存储大、故障信息不能及时得到；所以我们运用基于STM32的智能发电机去测量电参量，测量数据可通过总线快速便捷的得到测量信息，大大的提高了工作效率。同时为发电机并网提供了重要的数据参数，使发电机能够安全快速、准确的并入电网，给船舶电力系统的稳定性带来极大的方便。
1.2船舶电力并网的国内外研究现状
我国的船舶工业技术起步较晚，在以前船舶电力的并网需要工作人员手动合闸实现并网操作，这种方法在合闸时间的选择上不容易准确判断，并网的准确度不高容易造成发电机故障。上世纪60年代出现了第一台模拟式的自动并车装置，它为日后的自动并网控制装置奠定了基础。70年代的时候出现了集成电路技术，并车装置依托此技术形成了较为完善的自动并网控制系统。80年代以后计算机技术的飞速发展带动了微电子信息技术的发展，出现了微机型控制系统的准同步并网装置。现在，是一个现代化和智能化的社会，发电机的并网装置的硬件设备是各种大规模可编程控制器，这些控制器的研究技术已经日益成熟。
从目前大方向来看，柴油发电机组自动化控制的水平在国内的技术与国外已经相差不大，国内研究柴油机组控制的科研人员经过坚持的努力，不懈的追赶着世界先进水平[23]。随着改革开放，国外各种电子元器件纷纷引进，例如早期的PLC，它以性能稳定、灵活方便的优势迅速成为船舶并网自动化控制领域的主要硬件设备；PLC是很可靠的，但这种模式的缺点在于外围电路复杂，造价也相对较高。目前出现了以专用控制器为核心构成的自动化控制系统，这种专用控制器可根据要求进行多种功能订制，去除了复杂的外围电路，使自动控制系统的操作变得简单。
本文主要研究船舶电力的并网系统，当前已经有文献对船舶电力系统并网性能进行了研究：文献[4]和文献[5]所提出的方法与传统的准同期并网控制方法相似的论述，但算法复杂不好实现，缺乏对并网的动态分析仿真；文献[6]提出了同步发电机组并网实现，却没有对并网后的发电机组之间的协调控制运行进行分析讨论；文献[7]对船舶电力系统的动态过程进行研究分析，却没有对具体的并网操作作出说明；文献[8]研究船舶发电机组的并网运行以及动态过程分析，其不足之处是对并网模型和负载加载过程的考虑过于理想化。
在船舶运行中，用电负载的供电是由两台或两台以上同步发电机组同时提供的。船舶电力系统应保证船舶在航行中遇到不同工作情况下拥有足够的电量，使供电可靠不间断。但在不需要大容量运行的条件下，如果供电量过大，会造成能源的浪费，为节约能源要进行合理并网。准同期并网操作在船舶电力并网中被广泛应用，因为其操作冲击电流小、对电网和发电机组的损伤也小。准同期并网控制策略方面的研究主要是研究其频率差和相位差，所以本次研究采用准同期并网。
现在的国内市场有国外品牌的各种自动化模板，也有国内各种品牌的自动化模板。国外产品有优异的性能和良好的口碑；国内的品牌有优惠的价格。我国与外国的差距在于自动化模块控制的功能还不够全面，这就需要我们进一步的去努力研究[24]。
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