地网阻抗分电流向量测试系统设计从机软件子系统(附件)
接地装置一般都是深埋在土壤当中，土壤对接地装置具有腐蚀作用，为了保证电力系统的稳定运行，需要定期监地网阻抗。传统地网阻抗的测量方法主要有异频法和工频大电流法。课题采用了异频法测量接地阻抗，并在传统异频测量法的基础上增加了塔杆分电流向量的测量，提出GPS广域测量法、数字滤波算法以及过零点比较法等测算方案，完成了从机程序的编写及其在线调试，数字滤波算法相关原理介绍、设计分析以及仿真论证，主从机相位测量原理的介绍，通信协议的制定，最后通过主从机配合工作测算出工频电压下地网阻抗的值。关键词 异频法，数字滤波算法，广域测量法，过零点比较法，数传电台，地网阻抗
目 录
1引言 1
1.1课题的研究背景 1
1.2 国内外技术发展现状 1
1.3 研究目标以及内容 2
2 方案的选择与论证 3
2.1分电流测量方案 3
2.2主从机通信方案 6
2.3从机滤波方案 8
3 数字滤波算法设计 9
3.1数字滤波器介绍 9
3.2数字滤波器设计要求 10
3.3数字滤波器设计 10
3.3数字滤波器仿真分析 14
4 从机软件设计 18
4.1 测量系统总体概述 18
4.2 从机系统功能概述 19
4.3 Keil5 MDKARM 集成开发环境 21
4.4从机系统初始化程序设计 22
4.5 LCD串口程序设计 23
4.6无线串口程序设计 24
4.7 GPS程序设计 27
4.8 AD采样处理程序设计 28
5 系统调试 30
5.1 LCD串口通信调试 30
5.2 无线串口通信调试 32
5.3 GPS通信调试 34
5.4 AD调试 37
5.5 主从机系统联调 40
结 论 47
致 谢 48
参 考 文 献 49
附录A 实物图展示 51
附录B 从机部分代码 53
1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
引言
1.1课题的研究背景
近些年来，我国电力行业发展迅猛，其规模、额定电压、系统容量越来越大，所容纳的负荷也越来越多。特高压、大容量、多负荷的电力网络对电网的安全性提出了更为严苛的要求，接地电阻值是衡量接地系统的有效性、安全性以及鉴定接地系统是否符合规程要求的重要指标[1]。
地网阻抗是由若干个接地电阻组成的，类似于一种网状回路，由发/变电站的实际几何分布决定。这里所说的接地电阻并不是传统意义上的电阻[2]，是复阻抗的一种描述形式，因为电流和电压都是具有相位。对于地网阻抗的测量，首先要假定一个参考电位，我们选取较远处为参考地，向地网注入不同于工频的测试电流，此时参考地和测试点会产生一个电位差，用测得的电位差除以测试注入电流就算出接地阻抗，这就是传统意义上接地阻抗的测量方法[1]。
当电力系统发生接地短路故障或是遭受雷击事件时，若接地电阻过大，会使中性点偏移增大，地网的局部电压升高；若电网装设了保护装置，当到达整定值时保护装置将会动作，电网继而正常运行；若瞬间电压过大，可能因反击使得保护的绝缘遭到破坏，威胁用户及工作人员的安全，甚至可能导致电力系统网络的瘫痪[2]。
值得关注的是土壤对接地装置会有一定的腐蚀作用，在电力系统的长期运行中，接地电阻会受到腐蚀，其阻抗值会发生变化进而影响电网能否安全运行。因此，为了确保电网的安全运行，需要定期监测地网的接地阻抗。但是，在实际测量阻抗值时易受到工频信号的干扰，测量结果不精确，不利于检测和维修。
1.2 国内外技术发展现状
最初，由于知识理论的匮乏，接地电阻是采用伏安两点法测量。该测量方法遵循简单的欧姆定则，但是并未考虑电网实际测量中的诸多因素，如极间电容的分布，极易受到外界干扰，测量误差较大，现在已经基本不再使用[1]。
60年代初，人们对电力电子技术有了更深的理解。这时候开始出现了新的方法——电位降测量法，即在测量时改变电压极到接地极的距离，测出电位降曲线，通过分析该曲线算出接地电阻的值。由于测试现场条件有限，不易于现场操作，并且图形的准确绘制也较为困难。
为了有利于现场的测量，国内外在该方法的基础上进一步简化，提出了三极电位补偿法、0.618法、30°夹角法[3]。但是接下来的测量中又遇到了新的问题，在上述三级电位补偿法的基础上发展出了四极法、倒相法、大电流法等测量方法。由于考虑到实际运行时，地网的零序电流大，地网中存在较大电流的影响，电力部门多采用倒相法测量。
从70年代起，国内外研究人员相继提出了基于白噪声的接地阻抗测量测量，基于功率谱和高阶谱的接地电阻测量方法,相位补偿法、异频法和小电流法等测量方法[1]。
从80年代起，人们考虑到土壤对接地电阻的影响。在90年代初，国内发表了大量文献是关于土壤对接地阻抗测量的影响，接地阻抗的测量变得更为精确。
由于变频技术的日趋成熟，现在测量接地阻抗的方法都是采用异频法[4,5]，即采用向地网中注入不同于工频信号的电流，从4070Hz均可，只要测量出在该频率下的阻抗继而换算到50Hz下即可。但是由于现今的测量方法很少考虑到塔杆分流对接地阻抗测量的影响，测量结果并不准确。
现今市面上有许多接地阻抗测试仪，如上海仪器仪表生产的异频地网接地阻抗测试仪，市场价格将近10000元；铱泰ETCR2000A勾式钩式接地电阻计，9503000元不等。价格贵的功能较为全面，价格便宜的功能又太少，而本课题设计的接地阻抗测试仪的成本不会超过2000元，并且测量结果更为精确。
1.3 研究目标以及内容
变电站地网阻抗测试仪用于地网阻抗、电位梯度、跨步电压和接触电压和接触电位差的抗干扰测量。传统的地网接地电阻测试仪向接地装置输出一个恒定的异于工频的电流，测试仪对阻抗上的压降、电流进行测量，计算阻抗。然而，该方法在测量电流时并未考虑从塔杆流入或流出的电流，导致实际流入地网的电流不准确，从而导致实际测得的阻抗偏小，存在较大测量误差，给变电站或电厂安全运行带来危害。
目 录
1引言 1
1.1课题的研究背景 1
1.2 国内外技术发展现状 1
1.3 研究目标以及内容 2
2 方案的选择与论证 3
2.1分电流测量方案 3
2.2主从机通信方案 6
2.3从机滤波方案 8
3 数字滤波算法设计 9
3.1数字滤波器介绍 9
3.2数字滤波器设计要求 10
3.3数字滤波器设计 10
3.3数字滤波器仿真分析 14
4 从机软件设计 18
4.1 测量系统总体概述 18
4.2 从机系统功能概述 19
4.3 Keil5 MDKARM 集成开发环境 21
4.4从机系统初始化程序设计 22
4.5 LCD串口程序设计 23
4.6无线串口程序设计 24
4.7 GPS程序设计 27
4.8 AD采样处理程序设计 28
5 系统调试 30
5.1 LCD串口通信调试 30
5.2 无线串口通信调试 32
5.3 GPS通信调试 34
5.4 AD调试 37
5.5 主从机系统联调 40
结 论 47
致 谢 48
参 考 文 献 49
附录A 实物图展示 51
附录B 从机部分代码 53
1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
引言
1.1课题的研究背景
近些年来，我国电力行业发展迅猛，其规模、额定电压、系统容量越来越大，所容纳的负荷也越来越多。特高压、大容量、多负荷的电力网络对电网的安全性提出了更为严苛的要求，接地电阻值是衡量接地系统的有效性、安全性以及鉴定接地系统是否符合规程要求的重要指标[1]。
地网阻抗是由若干个接地电阻组成的，类似于一种网状回路，由发/变电站的实际几何分布决定。这里所说的接地电阻并不是传统意义上的电阻[2]，是复阻抗的一种描述形式，因为电流和电压都是具有相位。对于地网阻抗的测量，首先要假定一个参考电位，我们选取较远处为参考地，向地网注入不同于工频的测试电流，此时参考地和测试点会产生一个电位差，用测得的电位差除以测试注入电流就算出接地阻抗，这就是传统意义上接地阻抗的测量方法[1]。
当电力系统发生接地短路故障或是遭受雷击事件时，若接地电阻过大，会使中性点偏移增大，地网的局部电压升高；若电网装设了保护装置，当到达整定值时保护装置将会动作，电网继而正常运行；若瞬间电压过大，可能因反击使得保护的绝缘遭到破坏，威胁用户及工作人员的安全，甚至可能导致电力系统网络的瘫痪[2]。
值得关注的是土壤对接地装置会有一定的腐蚀作用，在电力系统的长期运行中，接地电阻会受到腐蚀，其阻抗值会发生变化进而影响电网能否安全运行。因此，为了确保电网的安全运行，需要定期监测地网的接地阻抗。但是，在实际测量阻抗值时易受到工频信号的干扰，测量结果不精确，不利于检测和维修。
1.2 国内外技术发展现状
最初，由于知识理论的匮乏，接地电阻是采用伏安两点法测量。该测量方法遵循简单的欧姆定则，但是并未考虑电网实际测量中的诸多因素，如极间电容的分布，极易受到外界干扰，测量误差较大，现在已经基本不再使用[1]。
60年代初，人们对电力电子技术有了更深的理解。这时候开始出现了新的方法——电位降测量法，即在测量时改变电压极到接地极的距离，测出电位降曲线，通过分析该曲线算出接地电阻的值。由于测试现场条件有限，不易于现场操作，并且图形的准确绘制也较为困难。
为了有利于现场的测量，国内外在该方法的基础上进一步简化，提出了三极电位补偿法、0.618法、30°夹角法[3]。但是接下来的测量中又遇到了新的问题，在上述三级电位补偿法的基础上发展出了四极法、倒相法、大电流法等测量方法。由于考虑到实际运行时，地网的零序电流大，地网中存在较大电流的影响，电力部门多采用倒相法测量。
从70年代起，国内外研究人员相继提出了基于白噪声的接地阻抗测量测量，基于功率谱和高阶谱的接地电阻测量方法,相位补偿法、异频法和小电流法等测量方法[1]。
从80年代起，人们考虑到土壤对接地电阻的影响。在90年代初，国内发表了大量文献是关于土壤对接地阻抗测量的影响，接地阻抗的测量变得更为精确。
由于变频技术的日趋成熟，现在测量接地阻抗的方法都是采用异频法[4,5]，即采用向地网中注入不同于工频信号的电流，从4070Hz均可，只要测量出在该频率下的阻抗继而换算到50Hz下即可。但是由于现今的测量方法很少考虑到塔杆分流对接地阻抗测量的影响，测量结果并不准确。
现今市面上有许多接地阻抗测试仪，如上海仪器仪表生产的异频地网接地阻抗测试仪，市场价格将近10000元；铱泰ETCR2000A勾式钩式接地电阻计，9503000元不等。价格贵的功能较为全面，价格便宜的功能又太少，而本课题设计的接地阻抗测试仪的成本不会超过2000元，并且测量结果更为精确。
1.3 研究目标以及内容
变电站地网阻抗测试仪用于地网阻抗、电位梯度、跨步电压和接触电压和接触电位差的抗干扰测量。传统的地网接地电阻测试仪向接地装置输出一个恒定的异于工频的电流，测试仪对阻抗上的压降、电流进行测量，计算阻抗。然而，该方法在测量电流时并未考虑从塔杆流入或流出的电流，导致实际流入地网的电流不准确，从而导致实际测得的阻抗偏小，存在较大测量误差，给变电站或电厂安全运行带来危害。
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