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基于LoRa通信的微电网电力监测系统探讨

  • 论文价格:150
  • 用途: 硕士毕业论文 Master Thesis
  • 作者:上海论文网
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  • 论文字数:42522
  • 论文编号:
  • 日期:2023-01-29
  • 来源:上海论文网

电力论文哪里有?本文阐述了微电网电力监测系统的目标功能与设计原则,设计了完整的监测系统网络架构。监测系统以星型网络结构为基础分为三层,包括终端设备层、通信层和主站层。研究了LoRa通信技术的主要参数,分别为:扩频因子、编码率和信号带宽,三者决定了LoRa通信的速率、距离和功耗。

第1章 绪论

1.2 国内外微电网发展现状

在全球能源互联网的大环境下,微电网在国内外都受到极大的欢迎。国内著名投资咨询机构新思界产业研究中心在2021年发布了《2021-2025年微电网行业投资环境及投资前景预测分析报告》,这份报告中显示微电网作为新兴产业,多个国家都在积极布局发展自身的微电网相关产业。现阶段在国外地区美国和日本建设的为微电网实验系统数量最多,规模最大。美国最先开始研制微电网技术,在2007年就提出了针对住宅和楼宇供电的“Sustainable Building Initiative”计划。北卡罗莱纳大学在2011年研制了直流供电的FREEDM结构。在2020年甚至提出可再生能源占总消费能源的比例至少达20%。日本因为是能源缺乏型国家对微电网研究也十分热衷,其对微电网的定位主要是能源供给多样化、减少污染和满足用户的个性化电力需求。日本青森县的微电网能够节约57.3%的能耗,同时减少约 47.8%的碳化物排放量[4]。欧盟对微电网的关注主要是集中供电与分布式发电紧密联合,期望鼓励社会各界积极参投资电力市场,共同推进电网发展。2005年指定的“Smart Power Networks”计划为欧洲后续20年的电力发展指定了目标。

我国对微电网的研究虽然起步较晚,但是在国家政策的大力支持下,自2017年推出的《推进并网型微电网建设试行办法》文件后,我国的微电网建设飞速发展。仅2018年国内的市场规模就达到了43.7亿,同比增长9.8%,之后一直保持增长态势,目前我国已经在全球范围内逐渐发展成仅次于美国的第二大微电网市场。在国内已经建设了多达40个微电网示范项目,例如北京延庆新能源微电网、合肥市高新区微电网、珠海万山岛智能微电网等,也涌现了如新奥集团、南方电网、双良集团等一大批行业内具有竞争力的优秀企业[5]。

综上可以看出未来微电网行业将快速发展并向亚洲市场转移,商业和工业领域的微电网建设速度也将继续加快。

第3章 全电量计量及电能质量检测方法研究

3.1 电能质量问题基本概念

从广义上来讲电能质量是指电力系统中的电能品质。但是由于人们看问题的角度不同所以迄今为止对电能质量的技术含义仍存在着不同的认识。根据IEEE(IEEE Std 1159-2009)标准中电力系统电能参数的特性和属性,如电压幅值、持续时间和频谱成分等将电能质量分成稳态电能质量和暂态电能质量两类[44]。

3.1.1 稳态电能质量问题

稳态电能质量问题主要是信号波形较发生长时间的畸变,一般持续时间至少1分钟,微电网中主要存在以下五种稳态电能质量问题。

(1)过电压与欠电压:过电压与欠电压在波形上持续时间大于1分钟,对应的电压幅值分别为基准电压的1.1~1.2或者0.8~0.9倍[45]。当系统电压控制调节能力较弱时,大容量负荷或者电容器投切均会造成以上现象。对于异步电机而言,过电压与欠电压会加速电机绝缘老化,缩短电机使用寿命。

(2)频率偏差:频率偏差是指电力网络中实际值频率与标准值的差值。我国电网中电压的额定频率为50Hz,但是实际情况下电力系统的频率并不一定时时刻刻都是50Hz,或多或少都会发生一些偏差,即电力系统的频率发生偏移。电网正常工作状况下偏差的阀值是±0.2Hz,如果系统相对较小,其阀值可适当调整为±0.5Hz[46]。在微电网中当系统的分布式电源发电功率与负荷消耗的功率不同时,将会导致这种现象。频率偏差会影响大量电子设备的工作特性,甚至仪器失灵。

第5章 电力监测系统搭建及基本功能测试

5.1 微电网电力监测系统的基本情况

本次微电网电力监测系统包含四个监测点,即PCC处、20kW并网逆变器、26.4kW储能电池和大楼里的室内配电柜。将智能电力测控仪接入各用电回路,中继网关放入室内,用户电脑作为监测主站。先将中继网关接入监测主站,然后再将终端节点接入中继网关。智能电力测控仪每分钟上传一次数据,中继网关每4分钟上传一整包数据,电力监测系统的部分实物如图5.1所示。

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5.2 中继网关选型

本次系统设计中使用的网关选用杭州某公司的TAS-LT-271LoRaL网关。该网关向下与终端使用LoRa通信方式,向上与监测主站使用4G通信方式。可接收的LoRa工作频段为410到510MHz,共100个信道,外观小巧价格成本低,该网关具有两种工作模式,主机模式和透传模式,此处选择主从模式,网关可直接通过预留的RS232接口与电脑调试助手组建简易网络,也可接入物联网平台,但需要SIM卡,表5.1为其主要工作参数。

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第6章 总结与展望

6.2 研究展望

本文设计的微电网电力监测系统的实用性和研究空间由于时间和作者本人知识的局限性,仍有较多方面可以完善。

(1)微电网建设如火如荼进行的同时,其自身的电能质量问题也越发引人关注,对于微电网电能质量扰动信号的检测方法将继续研究,力求将扰动信号与故障问题相映射,在监测界面上能直观反映电能质量问题产生的原因,使系统趋向于人工智能化。

(2)当终端节点的数量大于网关的信道容量时的通信机制有待完善。在LoRaWAN网络的基础上研究新型的通信网络结构。

(3)微电网电力监测系统选用单片机手动控制继电器的方式控制交流母线,在后续的系统升级中,可以实现更加智能化的方式,例如对逆变器限流等。

参考文献(略)

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