地网阻抗分电流向量测试系统设计主机软件子系统(附件)
地网接地装置长期埋在地下极易受到腐蚀，导致地网接地阻抗增大，产生较大的接触电位差，从而会危及人身及设备安全，传统的测量地网阻抗的方法是通过向地网注入异频电流，但并没有考虑到塔杆分流的影响，导致测量结果误差较大。课题对现有技术方案进行了论证，提出了GPS同步测量方案以及数字滤波方案，完成了对主机程序的编写与调试以及数字滤波器的设计与仿真，课题利用GPS广域测量法对从机分电流相位进行测量，主从机之间通过数传电台进行数据传输、命令下达，软件上通过数字滤波算法对采集的电压电流信号进行滤波处理，最后通过系统测量与计算得到阻抗大小。关键词: 地网阻抗，分电流相量，GPS同步，数字滤波算法
目 录
1 引言 1
1．1 课题背景及意义 1
1．2 课题发展现状 1
1．3 课题指标与任务 3
2 课题方案论证 3
2．1 数字滤波算法方案论证 3
2．2 相位计算方案论证 4
2．3 有效值计算方案论证 5
3 数字滤波算法设计 6
3．1 数字滤波器简介 6
3．2 数字滤波器设计 6
3．3 数字滤波器SIMULINK仿真 7
4 硬件电路设计 11
4．1 电源模块 11
4．2 信号调理电路设计 12
4．3 GPS模块设计 14
5 主机系统软件设计 17
5．1 主机系统功能结构 17
5．2 主机系统工作流程 17
5．3 AD模块软件设计 20
5．4 GPS模块软件设计 30
5．5 无线通信软件设计 34
5．6 主程序设计阻抗计算 38
6 系统调试 39
6．1 信号调理电路调试 40
6．2 AD模块调试 40
6．3 GPS模块调试 42
6．4 无线通信模块调试 44
6．5 数字滤波调试 46
6．6 系统联调 47
结 论 51
致 谢 52 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
参 考 文 献 53
附录 55
1 引言
1．1 课题背景及意义
对于发电厂、变电站而言接地电网是电力系统中及其重要的组成部分，其在电力系统中起到防雷和故障保护的作用。接地电网的阻抗参数能够衡量整个电力系统地网的运行状态。随着现在输变电技术的发展，电网越来越往超高压、远距离方向发展，这也导致发生故障时接地电流越来越大，引起地网电位的大幅度提高。因此只有接地装置性能优良，才能确保发电厂、变电站以及电力系统稳定运行。但是由于接地装置长期埋在地下因此极易受到腐蚀，会使其阻抗变大，导致发生故障时地电网电位抬升，引起较大的跨步电位差，从而会危及人身安全，出于对安全因素的考虑，发电厂、变电站越来越重视接地电网阻抗的测量，时刻关注电网的运行状态。
1．2 课题发展现状
1.2.1 国内发展现状
最开始测量接地电阻是使用伏安法测电阻即R=U/I，是在接地电网较远的位置布置一个电极，通过电极与电网之间电压与电流的比值作为接地电阻的数值，要求是选用的电极电阻应该足够小，相比于所测量的接地电网是可以忽略不记的，用伏安法测量的接地电阻误差比较大，现在基本已弃之不用[1]。
伏安法测接地电阻演变到后来有了三点法、三极法、四极法，他们所适用的测量背景与测量方法各不相同。
三点法适用于比较小的接地装置，而且测量精度不高。三极法是在伏安法的基础上在增加一个电极，通过伏安法测量三者之间的电阻然后通过公式R=（R12R13+R23）/2计算得到测量电阻，其中R为测试电阻，R12、R13、R23为三者之间电阻[2]，三点法要求三个电极之间的距离应大于5m，对于大型电网而言三者之间的距离应与电网的大小在同一个数量级上，因此三点法显得拙荆见肘。
三极法基本能够适用于所有的测量场所，三极法包括电位降法、0.618法和三十度夹角法，其中电位降法是在测试电极中注入电流，记录其与测试电压极之间的电位关系，并不断改变电压极位置，绘制出电位降曲线，这种方法在实际应用当中工作量大，不利于现场操作。0.618法是将三个电极依次排在一条直线上，电流极、电压极、测试极，当测试极与电压极之间的距离比上测试极与电流极之间的距离等于0.618时，理论上测试出来的电阻误差很小[3]。30°夹角法是将三个电极布置成三角形，让测试极作为顶角并让其角度等于三十度，且测试极与电压极和测试极与电流极的这两条边长应该大于地网对角线的长度的两倍。0.618法和30°夹角法都是在均匀的土壤下寻找零电位点，通过注入电流来测量接地电阻。
四极法简单说就是在三极法的基础上加上一个电极，即在待测电极附近加一个辅助电压极，用来消除原先电压引线和电流引线之间的感应电压[4]。但是土壤电阻率分布不均匀对四极法干扰很大，而且在测量时电网会有接地电流对四极法测量产生较大干扰。
近年来接地电阻测量技术日趋成熟化涌现出很多测量接地电阻的产品和比较成熟的测试方法像变频测量法、异频测量法、多电极分布法、地位极移动的双电位线法等等测量方法[5]，但是无论测量方法多么精确，都无法对各方面干扰及影响做到完全的排除，所以要综合各方面因素选择合理地测量方法，最大限度的降低测量环境的干扰，以达到减小测量误差的目的。
1.2.2 国外发展现状
以前前苏联在测量接地电阻时采用5D40M法，刚开始我们国家也效仿前苏联使用这种方法测量接地电阻，但通过实践发现这种方法在理论和实践上都不合理[6]，后来国外开始对三极法、0.618法、电位降法、30°夹角法和四极法等方法展开研究[7]，正如上文所说这些方法有一定的局限性，测量结果有一定的误差。
目 录
1 引言 1
1．1 课题背景及意义 1
1．2 课题发展现状 1
1．3 课题指标与任务 3
2 课题方案论证 3
2．1 数字滤波算法方案论证 3
2．2 相位计算方案论证 4
2．3 有效值计算方案论证 5
3 数字滤波算法设计 6
3．1 数字滤波器简介 6
3．2 数字滤波器设计 6
3．3 数字滤波器SIMULINK仿真 7
4 硬件电路设计 11
4．1 电源模块 11
4．2 信号调理电路设计 12
4．3 GPS模块设计 14
5 主机系统软件设计 17
5．1 主机系统功能结构 17
5．2 主机系统工作流程 17
5．3 AD模块软件设计 20
5．4 GPS模块软件设计 30
5．5 无线通信软件设计 34
5．6 主程序设计阻抗计算 38
6 系统调试 39
6．1 信号调理电路调试 40
6．2 AD模块调试 40
6．3 GPS模块调试 42
6．4 无线通信模块调试 44
6．5 数字滤波调试 46
6．6 系统联调 47
结 论 51
致 谢 52 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
参 考 文 献 53
附录 55
1 引言
1．1 课题背景及意义
对于发电厂、变电站而言接地电网是电力系统中及其重要的组成部分，其在电力系统中起到防雷和故障保护的作用。接地电网的阻抗参数能够衡量整个电力系统地网的运行状态。随着现在输变电技术的发展，电网越来越往超高压、远距离方向发展，这也导致发生故障时接地电流越来越大，引起地网电位的大幅度提高。因此只有接地装置性能优良，才能确保发电厂、变电站以及电力系统稳定运行。但是由于接地装置长期埋在地下因此极易受到腐蚀，会使其阻抗变大，导致发生故障时地电网电位抬升，引起较大的跨步电位差，从而会危及人身安全，出于对安全因素的考虑，发电厂、变电站越来越重视接地电网阻抗的测量，时刻关注电网的运行状态。
1．2 课题发展现状
1.2.1 国内发展现状
最开始测量接地电阻是使用伏安法测电阻即R=U/I，是在接地电网较远的位置布置一个电极，通过电极与电网之间电压与电流的比值作为接地电阻的数值，要求是选用的电极电阻应该足够小，相比于所测量的接地电网是可以忽略不记的，用伏安法测量的接地电阻误差比较大，现在基本已弃之不用[1]。
伏安法测接地电阻演变到后来有了三点法、三极法、四极法，他们所适用的测量背景与测量方法各不相同。
三点法适用于比较小的接地装置，而且测量精度不高。三极法是在伏安法的基础上在增加一个电极，通过伏安法测量三者之间的电阻然后通过公式R=（R12R13+R23）/2计算得到测量电阻，其中R为测试电阻，R12、R13、R23为三者之间电阻[2]，三点法要求三个电极之间的距离应大于5m，对于大型电网而言三者之间的距离应与电网的大小在同一个数量级上，因此三点法显得拙荆见肘。
三极法基本能够适用于所有的测量场所，三极法包括电位降法、0.618法和三十度夹角法，其中电位降法是在测试电极中注入电流，记录其与测试电压极之间的电位关系，并不断改变电压极位置，绘制出电位降曲线，这种方法在实际应用当中工作量大，不利于现场操作。0.618法是将三个电极依次排在一条直线上，电流极、电压极、测试极，当测试极与电压极之间的距离比上测试极与电流极之间的距离等于0.618时，理论上测试出来的电阻误差很小[3]。30°夹角法是将三个电极布置成三角形，让测试极作为顶角并让其角度等于三十度，且测试极与电压极和测试极与电流极的这两条边长应该大于地网对角线的长度的两倍。0.618法和30°夹角法都是在均匀的土壤下寻找零电位点，通过注入电流来测量接地电阻。
四极法简单说就是在三极法的基础上加上一个电极，即在待测电极附近加一个辅助电压极，用来消除原先电压引线和电流引线之间的感应电压[4]。但是土壤电阻率分布不均匀对四极法干扰很大，而且在测量时电网会有接地电流对四极法测量产生较大干扰。
近年来接地电阻测量技术日趋成熟化涌现出很多测量接地电阻的产品和比较成熟的测试方法像变频测量法、异频测量法、多电极分布法、地位极移动的双电位线法等等测量方法[5]，但是无论测量方法多么精确，都无法对各方面干扰及影响做到完全的排除，所以要综合各方面因素选择合理地测量方法，最大限度的降低测量环境的干扰，以达到减小测量误差的目的。
1.2.2 国外发展现状
以前前苏联在测量接地电阻时采用5D40M法，刚开始我们国家也效仿前苏联使用这种方法测量接地电阻，但通过实践发现这种方法在理论和实践上都不合理[6]，后来国外开始对三极法、0.618法、电位降法、30°夹角法和四极法等方法展开研究[7]，正如上文所说这些方法有一定的局限性，测量结果有一定的误差。
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