Design af 10kV intelligent box-type transformerstation baseret på Gizwits IoT platform + STM32

Det 10kV intelligente fjernbetjeningssystem til transformerstationer, der introduceres i denne artikel, blev designet og udviklet af Tian Hui fra Xi'an University of Science and Technology.

Systemet tager designet af et 10kV intelligent kasseskiftesystem til en studielejlighed på et kollegium som ingeniørbaggrund, og designer et 10kV intelligent kasseskiftesystem baseret på Tingenes internet. Systemet består af tre dele:: opfattelseslag, Kommunikationslag og applikationslag. Opfattelseslaget er ansvarlig for indsamling og transmission af sensordata til feltcontrolleren.

Herunder udstyr til sekundære systemer, f.eks. mikrocomputerbeskyttelsesanordninger, Intelligente netværksmålere, og intelligente reaktive effektkompensationsregulatorer, samt miljødetekteringsudstyr såsom temperatur og fugtighed, røg, og vandnedsænkningssensorer. Controlleren på stedet bruger STM32 integreret mikroprocessor, herunder LCD-skærm, Stemmealarmmodul, relæ- og GPRS-kommunikationsmodul, osv.; kommunikationslaget bruger GPRS trådløs kommunikation, som er ansvarlig for tovejsdataoverførslen mellem onsite-controlleren og cloud-platformen; Gizwits cloud-platformen udvikler et fjernovervågningssystem og mobilapp til transformere af bokstypen, som er ansvarlig for opbevaringen, Analyse og behandling af driftsdata for transformere af bokstypen.

Dette system realiserer endelig brugerens fjernovervågning af miljøparametre såsom variabel temperatur og fugtighed, røgalarm og fundamentgravvand, samt elektriske parametre såsom strøm, spænding, Frekvens og effektfaktor, og udstyrets arbejdsstatus via computeren WEB eller mobil APP.

Når der er en abnormitet eller fejl i driften af transformatoren af kassetypen, Overvågningssystemet bedømmer automatisk fejlniveauet, og sender en alarm gennem forskellige kombinationer af klokke på stedet, mobiltelefon APP, SMS og telefon, osv., og underretter det relevante personale om at fjerne skjulte problemer i tide og forhindre elektriske ulykker. . Det er velegnet til fjernovervågning og centraliseret styring af kassetransformatorer og strømfordelingsrum, og kan i høj grad forbedre intelligensniveauet og strømforsyningssikkerheden og pålideligheden af strømfordelingsudstyr i skoler, Virksomheder og lokalsamfund.

1. Indførelsen

Med opbygning og udvikling af socialøkonomi og distributionsnet, der er flere og flere 10kV bokstransformatorer. Den traditionelle 10kV kasse-type transformerstation vedtager generelt driftstilstanden for uovervåget og manuel regelmæssig inspektion, som har en lav grad af intelligens og mangler fjernovervågning og fejlalarmsystemer til miljø og udstyr. På nuværende tidspunkt, Med den hurtige udvikling af smart sensorteknologi, Indlejret teknologi, kommunikationsteknologi og cloud computing-teknologi og reduktion af omkostninger, 10kV smart box-type understation baseret på tingenes internet er blevet det bedste valg til opgradering og transformation af traditionelle understationer af bokstypen.

Det intelligente fjernovervågningssystem af transformerstation af bokstypen baseret på tingenes internet kan fjernovervåge transformerstationsmiljøet af bokstypen, driftsparametre og status for udstyr i realtid. Som vist i figur 1.

Brugere kan fjernovervåge miljøparametre såsom temperatur og fugtighed i kassen, røgalarm, og vandakkumulering i fundamentgruber, samt elektriske parametre såsom strøm, spænding, frekvens, og effektfaktor, og udstyrsstatus via computere eller mobile APP'er til enhver tid. Når boksstationen kører unormalt eller svigter, overvågningssystemet underretter automatisk det relevante personale via forskellige metoder til mobiltelefon-APP, SMS og telefon i henhold til fejlniveauet, for at eliminere skjulte fejl i tide og forhindre elektriske ulykker.

10kV smart box-type transformerstation baseret på tingenes internet

Fjernovervågningssystemet til den smarte boks-type transformerstation består af en "feltbus LAN" inde i boks-type transformerstation og en "Cloud-platform bredt netværk" uden for understationen af bokstypen. Denne strukturelle model kan anvendes til udvikling af fjernovervågningssystemer til sekundært vandforsyningsudstyr, fjernovervågningssystemer, Systemer til styring af elafgifter til boliger, og elevatorfjernovervågningssystemer for at forbedre intelligens- og ledelsesniveauet for traditionelt udstyr og fremme opgraderingen af traditionelle industrier. Det har god applikationsværdi.

2. Overordnet programdesign

Designet af smart box-type transformerstation baseret på tingenes internet er baseret på designet af en 10kV smart box-type transformerstation i en universitetsstuderende lejlighed. Det primære systemdesign af den intelligente 10kV kassetype transformer er det samme som den traditionelle 10kV box-type transformer, og det har tendens til at være modent. Denne artikel fokuserer på det intelligente design af 10kV smart box-type transformer. Følgende er en kort oversigt over designindholdet af det primære system i 10kV smart box-type transformer.

2.1 Primært systemdesign af 10kV intelligent transformerstation af bokstypen

Effektbelastningen af Nej. 5 Student lejlighedskompleks på et universitet er hovedsageligt belysning, computere og nyligt tilføjede klimaanlæg belastninger. Hver sovesal beregnes som 8 mennesker, belysningsbelastningen er 100W, hver elevcomputerbelastning er 200W, og hver 1.5P split-type bøjle er nyinstalleret med klimaanlæg Effekten er 1.3kW, og belastningen af en enkelt sovesal er 3,0kW. Ifølge "Designmanual for industriel og civil strømforsyning og distribution", kollegiets effektbelastningsbehovskoefficient er 0.7, og effektfaktoren er 0.8.

I betragtning af stigningen i elbelastningen i studielejligheden i fremtiden, Transformatoren skal reservere en vis margen, og transformeren med en kapacitet på 1000kVA er valgt. I betragtning af transformatorens oprindelige investeringsomkostninger og driftsomkostninger, samt kravene i den nationale politik for energibesparelse og emissionsreduktion, den fuldt forseglede olienedsænkede transformer med lavt tab S13-M-1000/10-0.4 er valgt til dette formål.

På grundlag af belastningsstatistisk beregning, Beregning af kortslutning, Dynamisk stabilitetsverifikation og termisk stabilitetsverifikation, Hovedudstyret i det primære system af kassetypetransformatoren er valgt. De specifikke modeller og tekniske parametre for hovedudstyret i det primære system er vist i tabel 3, Bord 4, Bord 5 og tabel 6.

I henhold til konstruktionskravene i nr.. 5 Student Apartment Project Box Substation og den primære systemdesignberegning, hovedledningsdiagrammet for det designede primære system i nr. 5 studerende lejlighedsboks understation er vist i figur 2.

Figur 2 : Hovedledningsdiagrammet for det primære system af en kassetype understation i en studentlejlighed på et universitet

2.2 Intelligent designskema af 10kV bokstransformator

Sigter mod de designfejl og problemer, der findes i driftsstyringen af den traditionelle 10kV bokstype transformerstation, Nøglen til at løse problemet ligger i konstruktionen af et lukket kredsløbssystem til detektion, Fjernovervågning og alarm af det intelligente transformerstationsmiljø og udstyr af bokstypen, og designet har fjernovervågning af driftsmiljøet og elektrisk udstyr Det intelligente bokstransformatorsystem med forskellige funktioner kan indsamle og overvåge miljøparametre såsom adgangskontrol til bokstransformator, omgivende temperatur og luftfugtighed, røgalarm, og vand i kabelgraven, samt spænding, strøm, Aktiv kraft, Reaktiv effekt, Magtfaktor, Kabeltemperatur, transformer transformer, osv.

Kropstemperatur og gasalarmsignal og andre driftsparametre for udstyr, Fjernbetjening udstødningsventilator, mikrocomputer beskyttelsesanordning og afbryderkontakt.

Systemet anvender smarte instrumenter og smarte sensorer med kommunikationsfunktioner, der almindeligvis anvendes i industrianlæg, og transmitterer de indsamlede data til feltcontrolleren gennem feltbuskommunikation, og feltcontrolleren transmitterer dataene til serveren eller cloud-værtscomputeren gennem et trådløst eller kablet kommunikationsmodul. Realiser funktioner såsom telemetri, fjernsignalering og fjernbetjening.

Fjernovervågningssystemet af 10kV intelligent bokstransformer baseret på Internet of Things bruger intelligente instrumenter og sensorer med digital to-vejs kommunikationsfunktion, og ensartet vedtager standard RS485 bus interface og Modbus-RTU kommunikationsprotokol. Fjernovervågningssystemet for intelligent bokstransformer baseret på tingenes internet er sammensat af tre dele: opfattelseslaget, kommunikationslaget og applikationslaget.
* Perceptionslag: gennem forskellige smarte målere og smarte sensorer til at indsamle forskellige miljøer, udstyrs driftsparametre og udstyrs arbejdsstatus for kassetransformatoren, og overføre dataene til feltcontrolleren gennem RS485-bussen. Feltcontrolleren har et indbygget styresystem og har dataindsamling, Computing, behandlings- og kontrolfunktioner.
* Kommunikationslag: Dette lag er forbindelsen og forbindelsen mellem datatransmission og -udveksling, og er ansvarlig for to-vejs transmission af data mellem cloud platformen og on-site controlleren. I henhold til de faktiske kommunikationsbetingelser for bokstransformatoren, forskellige kommunikationsmetoder såsom kablet optisk kabel, Ethernet eller trådløs GPRS kan vælges til at overføre data til cloud-platformen.
*Påføringslag: Design og udvikle et fjernovervågningssystem til boks-type transformere på cloud platformen, ansvarlig for afsendelsen, modtagelse og behandling af historiske data, fjernovervågning af boks-type transformator driftsparametre, og registrere lagring og analyse af hændelsesoperationsdata. Og udvikle WEB og mobil APP på cloud platformen, elektrikeren på vagt kan til enhver tid overvåge driftsdata og udstyrs arbejdsstatus for bokstransformatoren via computeren eller mobil APP.

3. System hardware design

3.1 RS485 bus lokalnetværk af boksen transformer stedet

Med udvikling og fremskridt inden for indlejret teknologi og reduktion af omkostninger, mange detektionsinstrumenter, sensorer og aktuatorer har indbyggede mikroprocessorer til mangler og problemer med informationstransmission af traditionelt feltudstyr af bokstype, som kan fuldføre ADDA konvertering og linearisering og digital filtrering. En seriel kommunikationsdatagrænseflade er tilføjet inde i disse digitale feltenheder, og den serielle tovejskommunikation mellem feltenheder kan realiseres ved at bruge en forenet standardkommunikationsprotokol.

Hovedsageligt brugt industribusnetværk på nuværende tidspunkt.

En af nøglerne til designet af fjernovervågningssystemet til transformatorer af smart boks er at vælge smarte instrumenter og sensorer med digitale to-vejs kommunikationsfunktioner, og at vedtage standard og ensartede busgrænseflader og kommunikationsprotokoller. Startende fra ingeniørpraksis af 10kV smart box-type transformationsdesign i nr. 5 studenterlejlighed, RS485-bussen og Modbus-RTU-kommunikationsprotokollen, der generelt understøttes af smarte sensorer, er valgt.

Ifølge hovedledningsdiagrammet for det primære system af en boks-transformator i en studenterlejlighed på et kollegium og systemblokdiagrammet for det 10kV intelligente boks-transformator fjernovervågningssystem, systemhardwaredesignet tager box-transformer field controller som kernen, og består af en mikrocomputer integreret beskyttelsesenhed, en intelligent netværksmåler og en intelligent reaktiv effekt Sekundært systemudstyr såsom kompensatorer, og miljødetekteringssensorer som f.eks temperatur- og luftfugtighed røgsensorer, PT100 temperatursensorer og vandindtrængningssensorer danner RS485 bus lokalnetværket på boks-til-boks transformationsstedet. RS485 bus lokalnetværk systemdiagrammet for bokstransformatoren er vist i figur 4.

RS485 bus lokalnetværk systemdiagram af boks-type transformation site

(1) RS485 seriel kommunikationsbus

Kommunikationstilstanden for RS485-bussen er master-slave-tilstand, og masterindretningen poller hver slaveindretning til kommunikation, og et-til-multipunkt-netværk kan etableres for at danne et distribueret system. RS485-grænsefladen er en meget brugt lavhastigheds seriel grænseflade, og RS485-grænsefladen har følgende egenskaber.
* RS485 interface.

RS485-interfacekommunikation vedtager differentiel transmissionstilstand, og har en kombination af balanceret driver og differentialmodtager, og bruger spændingsforskellen i begge ender af kablet til at transmittere signaler, hvilket i høj grad forbedrer evnen til at modstå common-mode interferens og anti-støj interferens.
* RS485-bus har høj transmissionshastighed og lang transmissionsafstand. Den maksimale transmissionsafstand er ca 1200 meter, og den maksimale transmissionshastighed er 10 Mbps; dens transmissionshastighed er omvendt proportional med transmissionsafstanden, og den maksimale transmissionsafstand kan nås, når hastigheden er under 20 kbps.
* Understøtter flere noder. Generelt, en RS485 bus loop kan teoretisk understøtte 247 enhedsknudepunkter.

(2) Modbus-RTU seriel kommunikationsprotokol

Modbus-protokollen anvendes på det industrielle busnetværk. Gennem protokollen, datakommunikation kan udføres mellem controlleren og feltudstyret. Udstyret produceret af forskellige producenter kan danne et industrielt busnetværksovervågningssystem efter en samlet protokol. Protokollen har en master-slave-struktur, en masterknude i netværket, og de andre er slaveknuder, og hver slaveknude har en unik enhedsadresse.

I det serielle busnetværk, masterknudepunktet starter en kommando, og alle slave-enheder vil modtage kommandoen. Modbus-kommandoen indeholder adressen på den slaveenhed, der udfører kommandoen, og slaveindretningen udpeget af masterindretningen reagerer først og udfører derefter kommandoen. Der er kontrolsummer i Modbus-kommandoerne for at sikre, at de ankommende kommandoer ikke er blevet beskadiget. Modbus-kommandoer kan instruere RTU'en om at ændre dens registerværdi, læse eller kontrollere I/O-porten, og beordre enheden til at returnere en eller flere registerdata.

Modbus inkluderer ASCII, RTU og TCP tre meddelelsestyper. ASCII transmissionstilstand, LRC kontrolsum, lav transmissionseffektivitet, men intuitivt, enkel og nem at fejlfinde. RTU transmissionstilstand, ved hjælp af CRC-tjek, høj transmissionseffektivitet, lidt mere kompliceret end ASCII. Generelt sagt, hvis mængden af data, der skal transmitteres, er lille, du kan overveje at bruge ASCII-protokollen; hvis mængden af data, der skal transmitteres, er relativt stor, det er bedst at bruge RTU-protokollen. Af denne grund, de intelligente instrumenter og sensorer i dette system anvender Modbus-RTU kommunikationstilstanden ensartet.

3.2 Hardware Design af Field Controller af Box Transformer

Bokstransformatorens feltkontroller er sammensat af et indlejret system. Det indlejrede system er applikationscentreret, software og hardware kan skræddersyes, og realiserer udstyrsautomatisering, intelligens, og fjernovervågningsfunktioner. Det er hovedsageligt sammensat af indlejrede mikroprocessorer, relateret hardware, indlejrede operativsystemer, og applikationssoftwaresystemer.

(1) STM32 mikroprocessor minimum system

Minimumssystemet for indlejret mikroprocessor inkluderer indlejret mikroprocessor, nulstil kredsløb og fejlsøgningskredsløb. Urkredsløbet leverer det nødvendige eksterne kloksignal, nulstillingskredsløbet giver en samlet starttilstand, og fejlretningskredsløbet tilvejebringer en grænseflade til programdownload og fejlfinding.
* Mulighed for indlejret mikroprocessor. I henhold til kravene i 10kV intelligent boks transformer fjernovervågningssystem for ydeevnen af on-site controlleren, dette system vælger STM32F103ZET6-chippen som kernemikroprocessoren i on-site controlleren. STM32F103ZET6 indlejret mikroprocessor, MCU har høj integration, lavt strømforbrug, og høj omkostningsydelse. Den er velegnet til forskellige anvendelseskrav inden for det industrielle medicinske område, og kan opfylde kravene til dataindsamling og realtidsbehandling af dette system.
* Krystal oscillator kredsløb. Krystaloscillatorkredsløbet giver en fast frekvensimpuls til mikroprocessoren for at få mikroprocessoren til at fungere normalt. STM32-mikroprocessoren har to krystaloscillatorer, 8MHz krystaloscillatoren giver et eksternt højhastighedsur, og 32.768KHz krystaloscillatoren giver et eksternt lavhastighedsur.

* Nulstil kredsløb. Funktionen af mikroprocessornulstillingskredsløbet er at genstarte systemet. Når systemet fejler, tryk på nulstillingsknappen for at genstarte enheden. Generelt, nulstillingskredsløbet bruger et lavniveausignal til at genstarte.

(2) Design af strømkredsløb

Systemet vælger en ekstern DC-strømforsyning med en nominel spænding på 12V (2EN), og vælger en DC 5V (2EN) strømadapter med USB-interface til at forsyne feltcontrolleren med strøm. 12V DC strømforsyningen er tilsluttet styrekortet, og DC 12V strømforsyningen trappes ned for at opnå en DC 5V strømforsyning gennem LM2596S step-down modulet. 5V spændingen føres derefter gennem AMS1117-3,3V regulatorchippen for at opnå en 3,3V spænding til at levere strøm til STM32 chippen. Kredsløbsdiagrammet for LM2596S og AMS1117-3.3V strømforsyningsregulator er vist i figuren 8.

(3) RS485 interface til TTL modul

RS485-grænsefladen til TTL-modulet realiserer to-vejs konvertering og kommunikation af RS485-signal og TTL-signal, men signalet skal udføres skiftevis, og kan ikke udføres i to retninger på samme tid. Alle feltenheder bruger dette modul til at forbinde med mikrocontrolleren, og ledningsdiagrammet er vist i figur 9.

Ledningsdiagram for TFT-LCD og STM32 MCU - Figur 9

(4) LCD display modul

Da kontrolenheden på stedet af boks-type fjernovervågningssystem skal vise mange tal og tegn, en 2,8-tommer TFT-LCD flydende krystal-skærm er valgt som skærmmodul, og der er en ILI9341 controller indeni. Overvej at STM32 kan kommunikere med ILI9341 via SPI-interface, 8080 interface eller RGB interface. For at opnå en hurtigere opdateringshastighed, TFT-LCD bruger 8080 parallel databus interface. STM32 udsender data til ILI9341-controllerhukommelsen gennem det variable statiske hukommelse FSMC-modul.

(5) Stemmealarm modul

Når STM32-mikroprocessoren registrerer, at der er en unormalitet eller fejl i driftsdataene for bokstransformatoren, den sender en besked til den serielle port og starter en stemmealarm. Stemmealarmmodulet vælger den almindeligt anvendte stemmechip SYN6288, og udsender automatisk stemmealarminformation i henhold til det programmerede program. Systemet bruger GB2312-kode, som er velegnet til informationsudveksling i kinesisk karakterbehandling og kinesisk karakterkommunikation. SYN6288 genkender også nøjagtigt tal, tidspunkter og datoer, og almindeligt anvendte måleenheder.

(6) Relæ modul

Feltcontrolleren vælger en gruppe 2-vejs optokobler isolationsrelæmoduler til at styre åbning og lukning af DC 12V alarmklokken og ventilatoren, og 220V AC solid state-relæet kan vælges i henhold til strømforsyningstypen og effekt af boks-type udstødningsventilator. Hvert relækredsløbsmodul har normalt åbne og normalt lukkede kontakter, samt LED-statusindikation; hvert relækredsløb er isoleret af optokoblere, og er udstyret med en friløbsdiode for at frigive relæets inducerede spænding og beskytte det tidligere kredsløb. Når omgivelsestemperaturen på kassetransformatoren overstiger et vist område, on-site controlleren udsender et højt niveau, og et optokobler isolationsrelæ virker til at tænde for blæseren for at køle ned; når der opstår alvorlige fejl såsom for høj røgkoncentration, controlleren driver et andet optokobler isolationsrelæ for at forbinde Alarmklokkesløjfen udsender en alarm på stedet. Til arbejdsprincipdiagrammet for relæet og forbindelsesdiagrammet mellem relæmodulet og STM32-chippen, kontakt venligst producenten og send anmodningen.

(7) Kommunikationsmodul

I henhold til designkravene til det 10kV intelligente bokstransformer fjernovervågningssystem, kommunikationen mellem den intelligente bokstransformator og skyen vælger den trådløse GPRS-kommunikationsmetode med lave trafikomkostninger. Gizwits firmware GPRS-modul.
*Gizwits firmware GPRS-modul (G510_GAgent firmware). Dette modul er et applikationsprogram, der kører på forskellige kommunikationsmoduler, leverer funktioner såsom tovejstransmission af cloud- og produktenhedsdata, enhedskonfiguration i netværket, opdagelse og binding, og programopgraderinger. Kredsløbsdiagrammet mellem GPRS-modulet og hovedcontrolleren kan fås ved at kontakte producenten.

*GPRS-GA6 modul. Dette modul kan realisere transmission af stemme, kort besked og data med lavt strømforbrug. Den er velegnet til forskellige designkrav i M2M-applikationer, især til design af kompakte produkter. For det andet, kommunikationsprotokollen vedtager UART seriel port bustransmission, bruger standard AT-kommandoer til at styre modulet, og vælger baudhastigheden på 115200bps. Kontakt IoT-producent til tilslutningsdiagrammet for GPRS-GA6-modulet og STM32-mikrocontrolleren.

3.3 Mikrocomputer omfattende beskyttelsesenhed

I henhold til strømtransformatorens beskyttelsesdesignspecifikation (GB/T 50062-2008), 10kV-transformere skal normalt installere overstrømsbeskyttelse med tidsbegrænsning. Mikrocomputerbeskyttelsesenheden har beskyttelsen, måle- og kontrolfunktioner af transformere og ledninger, samt funktionerne ved dataindsamling, overvågning og systemselvinspektion, og har høj følsomhed og pålidelighed.

I henhold til designkravene til 10kV intelligent boks ændring i studenterlejligheden, Ankerui AM3-I strømtype mikrocomputer omfattende beskyttelsesenhed med RS485 kommunikationsfunktion er valgt, med IA, IB, IC, UA, UB, UC, P, Q, Fr og anden elektrisk Parametermåling, 8-kanal ekstern switch signal erhvervelse, og afbryder fjernbetjening åbning og lukning operationer og andre funktioner. Ledningsterminaldiagrammet for AM3-I mikrocomputerbeskyttelsesenhed er som følger:

Ledningsterminaldiagram for AM3-I mikrocomputerbeskyttelsesenhed

3.4. Smart netværksmåler

Smart netværksmålere bruges til at detektere elektriske parametre såsom trefasestrøm, spænding og effekt af lavspændingsstrømfordelingskredsløb, samt åbnings- og lukkestatus for skilleafbrydere og afbrydere. I henhold til designkravene til det sekundære system af 10kV intelligent bokstransformer, Ankerui ACR intelligent netværksmåler med RS485 kommunikationsfunktion er valgt, og ledningsdiagrammet for ACR intelligent netværksmåler og lavspændingsstrømtransformer og ledningsdiagrammet for switch input og output er valgt.

ACR smart netværksmåler lavspændingsstrømtransformer og digitalt input og output ledningsdiagram

ACR smart netværksmåler anvender Modbus-RTU protokol, som kan måle og indsamle effektparametre. Kontaktindgangsfunktionen kan detektere koblingsstatus for skilleafbryderen og afbryderen, og relæudgangsfunktionen kan fjerntænde og slukke for strømafbryderen. Den intelligente ACR-netværksmåler har en samlet plan for kommunikationsadressetabellen, som kan realisere telemetriens tre fjernfunktioner, fjernsignalering og fjernbetjening.

(1) AD konvertering og beregning af AC analogt signal

Det 3 fasespændingssignaler og 3 aktuelle signaler (strømtransformatorens udgangssignaler) direkte opsamlet af ACR smart netværksmåleren er alle analoge mængder, som skal konverteres til digitale signaler, der kan genkendes af CPU'en til databehandling. Først, det 3 fasespændinger på 220V og 3 strømanaloger omdannes til lavspændingssignaler gennem konverteren, og konverteret til den spænding, der tillades af AD-konverteren gennem en spændingsdannende sløjfe; , konverteret til et digitalt signal af AD og input til CPU'en. Det skematiske diagram over prøvetagningen og AD-konverteringsprocessen for AC-analogmængden kan fås ved at kontakte producenten.

* Analog spændingskonvertering og lavpasfiltrering. Funktionen af det spændingsdannende kredsløb er at isolere og transformere elektriciteten elektrisk. Generelt, AD-konverteren kræver, at indgangssignalet er ±5V og ±10V, så transformationsforholdet for spændingsomformeren kan bestemmes. Lavpasfiltre er opdelt i passive filtre og aktive filtre. Aktive filtre er sammensat af kondensatorer, modstande og integrerede operationsforstærkere, som forstærker signalet under filtrering. Passive filtre har kun filtreringsfunktioner, men ingen signalforstærkningsfunktioner.
* Analog signalsampling. Prøvetagningsprocessen bør følge Shannons prøveudtagningssætning, det er, prøveudtagningsfrekvensen må ikke være mindre end 2 gange indgangssignalets højeste frekvens. Prøveudtagningsprocessen er meget hurtig. Den aktuelle AD-konverter-sampling har nået nanosekundniveauet, mens prøveudtagningsperioden for strømsystemets automatiske enhed er på millisekundniveau, så spændings- og strømsignalerne fra de seks sløjfer kan dele én AD-konverter, men prøveudtagningskredsløbet skal være udstyret med en prøve-og-hold-enhed og en multiplekserkontakt.
* AD konvertering. AD-konvertere inkluderer successiv tilnærmelse, integral, tæller, parallel sammenligning, og VFC spændings-frekvensomformere. Den successive approksimations AD-konverter er en repræsentant for både hastighed og præcision i ADC'en, og den har en højere konverteringsopløsning til en højere konverteringsrate.

(2) Halvcyklus absolut værdi integrationsalgoritme for sinusformet elektrisk mængde

Nøglen til softwarealgoritmen er at forbedre nøjagtigheden og hastigheden af algoritmeoperationen. Nøglen til AC-samplingalgoritmen for den smarte måler er at løse, hvordan man beregner amplituden eller den effektive værdi af det sinusformede samplingssignal i henhold til den øjeblikkelige værdi af det sinusformede signal. Den mest almindeligt anvendte algoritme for sinusmængder er halvcyklus absolut værdi integrationsalgoritmen. Princippet for halvcyklus absolut værdi integrationsalgoritmen er, at integralet af den absolutte værdi af sinusmængden i enhver halvcyklus er en konstant S, og integralværdikonstanten S har intet at gøre med integralstartvinklen . Halvcyklus absolut værdi integrationsalgoritmen baseret på sinusfunktionsmodellen er vist i figur 19.

Algoritme for halv-cyklus absolut værdi integration baseret på sinus funktion model

Udtrykket for beregning af den effektive værdi af strømmen ved at bruge halv-cyklus absolut værdi integralalgoritmen er vist i figuren nedenfor:

I formlen, S repræsenterer integralet af den absolutte værdi inden for en halv cyklus; I repræsenterer den effektive værdi af strømmen; i repræsenterer den øjeblikkelige værdi af strømmen; w repræsenterer vinkelhastigheden; T repræsenterer vekselstrømscyklussen; f repræsenterer vekselstrømsfrekvensen; N repræsenterer antallet af prøver i en cyklus ; Ts repræsenterer prøveudtagningsperioden.

3.5 RS485 temperatur- og fugtighedsrøgsensor

I betragtning af, at strømforsyningsledningen i bokstransformatoren kan have lækage, overbelaste, kortslutning og for høj kontaktmodstand, som kan forårsage brand, og svigt af den brændselsolie-nedsænkede transformer kan forårsage brand. Derfor, det er nødvendigt at installere en røgsensor i bokstransformatoren til branddetektering af bokstransformeren. For at opdage potentielle fejl tidligt. For at sikre målenøjagtigheden og reducere omkostningerne på samme tid, RS485-temperaturen, fugt og røg tre-i-en sensor bruges til at registrere temperaturen, fugt og røgkoncentration i kassetransformatoren. Det temperatur- og fugtighedssensor bruger SHT30-sonden. On-site bølge- og pulsinterferens. Sensoren har 4 ledninger: rød, sort, gul, og grøn. Til den specifikke ledningsmetode for temperatur- og fugtighedsrøgsensoren, kontakt venligst IoT-producenten.

De smarte målere og sensorer designet i dette system anvender Modbus-RTU-protokollen, som kan kommunikere pålideligt inden for det fulde baudrateområde på 1200-115200. Baudraten for smarte målere og sensorer er ensartet indstillet til 9600bps. Datatransmissionsformatet og datakonverteringsformatet for sensoren er som følger:
Sensordataforespørgselsrammeformat. Sensoren følger standard Modbus-RTU-protokollen, og sensoraflæsningen lagres i holderegisteret, og funktionskoden er 04. Den øverste computer læser sensordataforespørgselsrammeformatet, og det nedre computersensordataforespørgselsrammeformat.

3.6 PT100 temperaturtransmitter - arbejdsprincippet for RTD PT100 - funktionsprincip for temperatursensor

PT100 temperaturtransmitter bruges til at registrere transformerens kropstemperatur, højspændings- og lavspændingskabeltemperatur, den er velegnet til forskellige industriområder. Transformer vil give tab under drift, hovedsageligt jerntab og kobbertab, også kendt som kernetab og belastningstab. Kobbertab varierer med belastningsstrømmen og er proportional med kvadratet på belastningsstrømmen. Formlen til beregning af transformatortab er som følger:

I formlen, P0 repræsenterer transformatorens aktive effekt i tomgangsdrift ved den nominelle spænding; I1 og I2 repræsenterer højspændingslinjestrømmen og lavspændingssidelinjestrømmen; R1 og R2 repræsenterer højspændingssidemodstanden og lavspændingssidemodstanden.

PT100-temperaturtransmitteren er indbygget med RS485-businterface, og hver temperaturtransmitter kan tilsluttes 4 PT100 temperaturfølere.

3.7 Funktionsprincip for vandnedsænkningssender

På grund af den lave vandstand i boksen transformerstation fundament pit, der er ofte vandophobning i kabelrenden og fundamentsgraven efter den kraftige regn, og der er en potentiel sikkerhedsrisiko ved kabellækage, så uregelmæssig inspektion og dræning er påkrævet. I dette design, vandnedsænkningssensoren bruges til at detektere vandophobningen i kasseunderkonstruktionens fundament. Vandnedsænkningssensoren anvender princippet om væskeledning, og bruger elektroder til at registrere, om der er vand. Vælg en kontakttype vandnedsænkningsdetektor med RS485 kommunikationsfunktion. Funktionsprincippet for vandnedsænkningsdetektoren er vist i figuren 23.

4. System software design

Systemsoftwaredesignet omfatter to dele: the field bus LAN software design of the box-type transformer and the remote monitoring system design of the box-type transformer based on the Gizwits cloud platform. Mikrocomputeren integreret beskyttelsesenhed, smart netværksmåler og smart sensor i feltbussen lokalnetværk på bokstransformeren har indbygget applikationssoftware, så kun softwareprogrammets design af feltcontrolleren til bokstransformatoren er påkrævet.

4.1 Design af feltcontrollersoftware til bokstransformer

Bokstransformatorens feltkontroller er et indlejret system, og dets softwaresystem er sammensat af applikationsprogram, API, indlejret operativsystem og BSP (bestyrelsesstøttepakke). Ifølge egenskaberne af mange parametre, mange opgaver og høje realtidskrav indsamlet af feltcontrolleren på den 10kV intelligente boks-transformator, det μC/OS-Ⅲ indlejrede realtidsoperativsystem, som er meget brugt i kommerciel produktudvikling og undervisningsforskning, er valgt. μC/OS-Ⅲ betragter opgaver som den mindste enhed, og enhver opgave behøver ikke at bekymre sig om den specifikke forvaltningsmetode for ressourcer, som bestemmes af operativsystemet.

4.2 Softwareprogramdesign af feltcontroller af bokstypetransformer

Hele softwaresystemets design er baseret på det distribuerede system bestående af intelligente instrumenter, sensorer, feltcontrollere og cloud-platforme, og design og udvikling af applikationssoftware udføres. Datatransmission og -udveksling, on-site controlleren og Gizwits cloud serveren bruger Gizwits kommunikationsprotokollen i GPRS firmwaren til datatransmission og udveksling. Hovedprogrammets flowdiagram for feltcontrollerens applikationssoftware til bokstransformatoren.

*Software hovedprogram. Først, initialisere alle dele af systemet, såsom GPIO, serie Port, ur, hukommelseshåndtering, osv., og oprette opgaver i μC/OS-Ⅲ. STM32 udfører sensordataopsamling og -behandling, og sender korrekt information til LCD-skærmen. På samme tid, STM32 sender AT-kommandoer til GPRS-G510-modulet, udveksler data, forbinder til Gizwits cloud platform gennem LwM2M protokollen, og bedømmer, om GPRS-kommunikationsmodulet er vellykket forbundet med Gizwits-skyserveren. Hvis forbindelsen er vellykket, datatransmission udføres. Vurder derefter, om de behandlede data er større end den fastsatte tærskel.
Hvis det er et mindre svigt på boksen understation, sende dataoplysningerne til den mobile APP gennem cloud-platformen; hvis det er en generel fiasko, send dataalarmoplysningerne til mobil-APP'en gennem cloud-platformen, og start GPRS-GA6 kommunikationsmodulet for at sende alarmoplysningerne via mobiltelefonens SMS; hvis Hvis det er en alvorlig fejl, dataalarmoplysningerne vil blive sendt til mobiltelefonens APP gennem cloud-platformen, og GPRS-GA6 kommunikationsmodulet vil blive aktiveret til at sende alarminformationen via mobiltelefonens tekstbesked og ringe til det forudindstillede relevante personale.