Design av 10kV intelligent transformatorstation av boxtyp baserad på Gizwits IoT-plattform + STM32

Det 10kV intelligenta fjärrkontrollsystemet av lådatyp som introduceras i den här artikeln har designats och utvecklats av Tian Hui från Xi'an University of Science and Technology.

Systemet tar designen av ett 10kV intelligent boxbytessystem för en studentlägenhet på en högskola som teknisk bakgrund, och designar ett 10kV intelligent boxbytessystem baserat på Sakernas internet. Systemet består av tre delar: perceptionslager, kommunikationslager och applikationslager. Perceptionslagret ansvarar för sensordatainsamling och överföring till fältkontrollern.

Inklusive sekundär systemutrustning såsom mikrodatorskyddsanordningar, intelligenta nätverksmätare, och intelligenta styrenheter för kompensation för reaktiv effekt, samt miljödetekteringsutrustning som temperatur och luftfuktighet, rök, och vattendoppningssensorer. Styrenheten på plats använder STM32 inbyggd mikroprocessor, inklusive LCD-display, röstlarmmodul, relä och GPRS kommunikationsmodul, etc.; kommunikationslagret använder trådlös GPRS-kommunikation, som ansvarar för tvåvägsdataöverföringen mellan på platskontrollanten och molnplattformen; Gizwits molnplattform utvecklar ett fjärrövervakningssystem och en mobilapp för transformatorer av boxtyp, som ansvarar för lagringen, analys och bearbetning av driftdata för transformatorer av boxtyp.

Detta system realiserar äntligen användarens fjärrövervakning av miljöparametrar som variabel temperatur och luftfuktighet, brandvarnare och grundgropvatten, samt elektriska parametrar som ström, Spänning, frekvens och effektfaktor, och utrustningens funktionsstatus via datorns WEB eller mobil-APP.

När det finns en avvikelse eller fel i driften av transformatorn av boxtyp, övervakningssystemet bedömer automatiskt felnivån, och skickar ett larm genom olika kombinationer av klocka på plats, mobiltelefon APP, SMS och telefon, etc., och meddelar relevant personal för att eliminera dolda problem i tid och förhindra elolyckor. . Den är lämplig för fjärrövervakning och centraliserad hantering av boxtransformatorer och kraftdistributionsrum, och kan avsevärt förbättra intelligensnivån och strömförsörjningssäkerheten och tillförlitligheten för kraftdistributionsutrustning i skolor, företag och samhällen.

1. Introduktion

Med konstruktion och utveckling av social ekonomi och distributionsnät, det finns fler och fler 10kV boxtransformatorer. Den traditionella transformatorstationen av 10kV boxtyp använder i allmänhet driftsläget för obevakad och manuell regelbunden inspektion, som har låg intelligens och saknar fjärrövervakning och fellarmsystem för miljö och utrustning. För närvarande, med den snabba utvecklingen av smart sensorteknik, inbäddad teknik, kommunikationsteknik och molnteknik och kostnadsminskning, 10kV smart box-typ transformatorstation baserad på Internet of Things har blivit det bästa valet för uppgradering och transformation av traditionella box-typ transformatorstationer.

Det intelligenta fjärrövervakningssystemet av box-typ baserat på Internet of Things kan fjärrövervaka omgivningsmiljön av box-typ, driftsparametrar och status för utrustning i realtid. Som visas i figuren 1.

Användare kan fjärrövervaka miljöparametrar som temperatur och luftfuktighet i boxen, röklarm, och vattenansamling i grundgropar, samt elektriska parametrar som ström, Spänning, frekvens, och effektfaktor, och utrustningsstatus via datorer eller mobilappar när som helst. När undercentralen går onormalt eller misslyckas, övervakningssystemet kommer automatiskt att meddela relevant personal genom olika metoder för mobiltelefon APP, SMS och telefon enligt felnivå, för att eliminera dolda fel i tid och förhindra elolyckor.

10kV smart box-typ understation baserad på Internet of Things

Fjärrövervakningssystemet för understationen av smart box-typ består av en "fältbuss LAN" inuti transformatorstationen av lådtyp och en "molnplattform wide area network" utanför transformatorstationen av boxtyp. Denna strukturella modell kan tillämpas på utvecklingen av fjärrövervakningssystem för fjärrövervakningssystem för sekundär vattenförsörjningsutrustning, hanteringssystem för elavgifter för bostäder, och hissfjärrövervakningssystem för att förbättra intelligens- och ledningsnivån för traditionell utrustning och främja uppgraderingen av traditionella industrier. Den har bra applikationsvärde.

2. Övergripande programdesign

Designen av en transformatorstation av smart box-typ baserad på Internet of Things är baserad på designen av en 10kV-transformatorstation av smart box-typ i en studentlägenhet. Den primära systemdesignen för den intelligenta 10kV-lådtransformatorn är densamma som den för den traditionella 10kV-lådtransformatorn, och den tenderar att vara mogen. Den här artikeln fokuserar på den intelligenta designen av transformatorn av smart boxtyp på 10 kV. Följande är en kort översikt över designinnehållet i det primära systemet för transformatorn av 10kV smart box-typ.

2.1 Primär systemdesign av 10kV intelligent transformatorstation av boxtyp

Effektbelastningen på nr. 5 studentbostadshus på ett universitet är främst belysning, datorer och nyligen tillagda luftkonditioneringsapparater. Varje sovsal beräknas som 8 människor, belysningsbelastningen är 100W, varje elevdatorbelastning är 200W, och varje 1,5P hängare av delad typ är nyinstallerad med luftkonditionering. Effekten är 1,3kW, och belastningen på en enskild sovsal är 3,0 kW. Enligt "Designhandbok för industriell och civil kraftförsörjning och distribution", studenthemmets effektbelastningsbehovskoefficient är 0.7, och effektfaktorn är 0.8.

Med tanke på ökningen av elbelastningen i studentlägenheten i framtiden, transformatorn behöver reservera en viss marginal, och transformatorn med en kapacitet på 1000kVA väljs. Med tanke på den initiala investeringskostnaden och driftskostnaden för transformatorn, samt kraven i den nationella politiken för energibesparing och utsläppsminskning, den helt förseglade oljesänkta transformatorn S13-M-1000/10-0.4 med låg förlust är vald för detta ändamål.

På grundval av laststatistisk beräkning, kortslutningsberäkning, dynamisk stabilitetsverifiering och termisk stabilitetsverifiering, huvudutrustningen för det primära systemet för transformatorn av boxtyp väljs. De specifika modellerna och tekniska parametrarna för huvudutrustningen i det primära systemet visas i tabell 3, Tabell 4, Tabell 5 och Tabell 6.

Enligt designkraven i nr. 5 studentlägenhet projekt box transformatorstation och det primära systemet design beräkning, huvudkopplingsschemat för det designade primära systemet för nr. 5 studentlägenhet box transformatorstation visas i figur 2.

Figur 2 : Huvudkopplingsschemat för det primära systemet för en transformatorstation av boxtyp i en studentlägenhet på ett universitet

2.2 Intelligent designschema för 10kV boxtransformator

Syftar på de konstruktionsfel och problem som finns i drifthanteringen av den traditionella 10kV transformatorstationen av boxtyp, nyckeln till att lösa problemet ligger i konstruktionen av ett slutet system för detektering, fjärrövervakning och larm av den intelligenta transformatorstationens miljö och utrustning, och konstruktionen har fjärrövervakning av driftmiljön och elektrisk utrustning. Det intelligenta boxtransformatorsystemet med olika funktioner kan samla in och övervaka miljöparametrar som boxtransformatorpasseringskontroll, omgivningstemperatur och luftfuktighet, röklarm, och vatten i kabeldiket, samt spänning, nuvarande, aktiv makt, responsiv kraft, effektfaktor, kabeltemperatur, transformator transformator, etc.

Kroppstemperatur och gaslarmsignal och andra driftsparametrar för utrustning, fjärrkontroll frånluftsfläkt, mikrodatorskyddsanordning och strömbrytare.

Systemet använder smarta instrument och smarta sensorer med kommunikationsfunktioner som vanligtvis används i industrianläggningar, och sänder den insamlade datan till fältstyrenheten genom fältbusskommunikation, och fältstyrenheten överför data till servern eller molnvärddatorn via en trådlös eller trådbunden kommunikationsmodul. Realisera funktioner som telemetri, fjärrsignalering och fjärrkontroll.

Fjärrövervakningssystemet för 10kV intelligent boxtransformator baserat på Internet of Things använder intelligenta instrument och sensorer med digital tvåvägskommunikationsfunktion, och antar enhetligt standard RS485-bussgränssnitt och Modbus-RTU-kommunikationsprotokoll. Fjärrövervakningssystemet för intelligent boxtransformator baserat på Internet of Things består av tre delar: uppfattningsskiktet, kommunikationslagret och applikationslagret.
* Perceptionslager: genom olika smarta mätare och smarta sensorer för att samla olika miljöer, utrustningens driftsparametrar och utrustningens arbetsstatus för boxtransformatorn, och överföra data till fältstyrenheten via RS485-bussen. Fältkontrollanten har ett inbyggt operativsystem och har datainsamling, Datoranvändning, bearbetnings- och kontrollfunktioner.
* Kommunikationslager: Detta lager är anslutningen och länken för dataöverföring och utbyte, och ansvarar för tvåvägsöverföring av data mellan molnplattformen och på platskontrollanten. Enligt de faktiska kommunikationsförhållandena för transformatorn av boxtyp, olika kommunikationsmetoder såsom trådbunden optisk kabel, Ethernet eller trådlös GPRS kan väljas för att överföra data till molnplattformen.
*Appliceringsskikt: Designa och utveckla ett fjärrövervakningssystem för transformatorer av boxtyp på molnplattformen, ansvarig för sändningen, mottagning och bearbetning av historiska data, fjärrövervakning av driftparametrar för transformatorer av boxtyp, och registrera lagring och analys av händelsedriftsdata. Och utveckla WEB och mobil APP på molnplattformen, elektrikern i tjänst kan övervaka driftdata och utrustningens arbetsstatus för boxtransformatorn när som helst via datorn eller mobil APP.

3. Systemhårdvarudesign

3.1 RS485-buss lokalt nätverk för lådans transformatorplats

Med utvecklingen och framstegen av inbäddad teknik och kostnadsminskningen, många detektionsinstrument, sensorer och ställdon har inbyggda mikroprocessorer för brister och problem med informationsöverföring av traditionell fältutrustning av boxtyp, som kan slutföra ADDA-konvertering och linjärisering och digital filtrering. Ett seriellt kommunikationsdatagränssnitt läggs till inuti dessa digitala fältenheter, och den seriella tvåvägskommunikationen mellan fältenheter kan realiseras genom att använda ett enhetligt standardkommunikationsprotokoll.

Används huvudsakligen industribussnät för närvarande.

En av nycklarna till utformningen av fjärrövervakningssystemet för transformatorer av smart boxtyp är att välja smarta instrument och sensorer med digitala tvåvägskommunikationsfunktioner, och att anta standard och enhetliga bussgränssnitt och kommunikationsprotokoll. Med utgångspunkt från den tekniska praktiken av transformationsdesignen av 10kV smart box-typ i nr. 5 studentlägenhet, RS485-bussen och Modbus-RTU-kommunikationsprotokollet som generellt stöds av smarta sensorer väljs.

Enligt huvudkopplingsschemat för det primära systemet för en lådtransformator i en studentlägenhet på en högskola och systemblockschemat för det 10 kV intelligenta lådtransformatorns fjärrövervakningssystem, systemhårdvarudesignen tar boxtransformatorns fältkontroller som kärnan, och består av en mikrodator integrerad skyddsanordning, en intelligent nätverksmätare och en intelligent reaktiv effekt Sekundär systemutrustning såsom kompensatorer, och miljödetekteringssensorer som t.ex röksensorer för temperatur och luftfuktighet, PT100-temperatursensorer och vattenintrångssensorer bildar RS485-bussens lokala nätverk för låda-till-box-transformationsplatsen. RS485 bussens lokala nätverkssystemdiagram för boxtransformatorn visas i figuren 4.

RS485-buss lokalt nätverkssystem diagram över transformationsplatsen av boxtyp

(1) RS485 seriell kommunikationsbuss

Kommunikationsläget för RS485-bussen är master-slave-läge, och masteranordningen avfrågar varje slavanordning för kommunikation, och en-till-multipunkt-nätverk kan upprättas för att bilda ett distribuerat system. RS485-gränssnittet är ett flitigt använt seriellt låghastighetsgränssnitt, och RS485-gränssnittet har följande egenskaper.
* RS485-gränssnitt.

RS485-gränssnittskommunikation antar differentiellt överföringsläge, och har en kombination av balanserad drivenhet och differentialmottagare, och använder spänningsskillnaden i båda ändarna av kabeln för att överföra signaler, vilket avsevärt förbättrar förmågan att motstå common-mode interferens och anti-brus interferens.
* RS485-bussen har hög överföringshastighet och lång överföringsavstånd. Det maximala överföringsavståndet är ca 1200 meter, och den maximala överföringshastigheten är 10 Mbps; dess överföringshastighet är omvänt proportionell mot överföringsavståndet, och det maximala överföringsavståndet kan nås när hastigheten är under 20 kbps.
* Stöd för flera noder. I allmänhet, en RS485-busslinga kan teoretiskt stödja 247 enhetsnoder.

(2) Modbus-RTU seriellt kommunikationsprotokoll

Modbus-protokollet tillämpas på det industriella bussnätet. Genom protokollet, datakommunikation kan utföras mellan regulatorn och fältutrustningen. Utrustningen som produceras av olika tillverkare kan bilda ett industribussnätverksövervakningssystem enligt ett enhetligt protokoll. Protokollet har en master-slav-struktur, en huvudnod i nätverket, och de andra är slavnoder, och varje slavnod har en unik enhetsadress.

I det seriella bussnätet, masternoden startar ett kommando, och alla slavenheter kommer att ta emot kommandot. Modbus-kommandot innehåller adressen till slavenheten som utför kommandot, och slavanordningen som utsetts av masteranordningen svarar först och exekverar sedan kommandot. Det finns kontrollsummor i Modbus-kommandona för att säkerställa att de ankommande kommandona inte har skadats. Modbus-kommandon kan instruera undercentralen att ändra dess registervärde, läsa eller styra I/O-porten, och beordra enheten att returnera en eller flera registerdata.

Modbus inkluderar ASCII, RTU och TCP tre meddelandetyper. ASCII-överföringsläge, LRC kontrollsumma, låg transmissionseffektivitet, men intuitivt, enkel och lätt att felsöka. RTU-överföringsläge, använder CRC-kontroll, hög överföringseffektivitet, något mer komplicerat än ASCII. Generellt, om mängden data som ska överföras är liten, Du kan överväga att använda ASCII-protokollet; om mängden data som ska överföras är relativt stor, det är bäst att använda RTU-protokollet. Av denna anledning, de intelligenta instrumenten och sensorerna i detta system använder Modbus-RTU kommunikationsläget enhetligt.

3.2 Hårdvarudesign av fältkontroller för boxtransformator

Boxtransformatorns fältkontroller är sammansatt av ett inbyggt system. Det inbäddade systemet är applikationscentrerat, mjukvara och hårdvara kan skräddarsys, och realiserar utrustningsautomation, intelligens, och fjärrövervakningsfunktioner. Den består huvudsakligen av inbäddade mikroprocessorer, relaterad hårdvara, inbyggda operativsystem, och programvarusystem.

(1) STM32 mikroprocessor minimum system

Minimisystemet för inbäddad mikroprocessor inkluderar inbäddad mikroprocessor, återställningskrets och felsökningskrets. Klockkretsen tillhandahåller den erforderliga externa klocksignalen, återställningskretsen ger ett enhetligt initialtillstånd, och felsökningskretsen tillhandahåller ett gränssnitt för programnedladdning och felsökning.
* Alternativ för inbyggd mikroprocessor. Enligt kraven för 10kV intelligent box transformator fjärrövervakningssystem för prestandan för på plats styrenhet, detta system väljer STM32F103ZET6-chippet som kärnmikroprocessorn i styrenheten på plats. STM32F103ZET6 inbäddad mikroprocessor, MCU har hög integration, låg energiförbrukning, och hög kostnadsprestanda. Den är lämplig för olika applikationskrav inom det industriella medicinska området, och kan uppfylla kraven för datainsamling och realtidsbehandling av detta system.
* Kristalloscillatorkrets. Kristalloscillatorkretsen tillhandahåller en fast frekvenspuls till mikroprocessorn för att få mikroprocessorn att fungera normalt. STM32-mikroprocessorn har två kristalloscillatorer, 8MHz kristalloscillatorn ger en extern höghastighetsklocka, och 32,768KHz kristalloscillatorn ger en extern låghastighetsklocka.

* Återställ krets. Funktionen hos mikroprocessorns återställningskrets är att starta om systemet. När systemet misslyckas, tryck på återställningsknappen för att starta om enheten. Allmänt, återställningskretsen använder en lågnivåsignal för att starta om.

(2) Strömkretsdesign

Systemet väljer en extern likströmskälla med en märkspänning på 12V (2A), och väljer en DC 5V (2A) nätadapter med USB-gränssnitt för att förse fältkontrollern med ström. 12V DC-strömförsörjningen är ansluten till styrkortet, och DC 12V strömförsörjningen trappas ned för att erhålla en DC 5V strömförsörjning genom LM2596S step-down modulen. 5V-spänningen förs sedan genom AMS1117-3,3V-regulatorchippet för att erhålla en 3,3V-spänning för att mata ström till STM32-chippet. Kretsschemat för LM2596S och AMS1117-3.3V strömförsörjningsregulator visas i figuren 8.

(3) RS485-gränssnitt till TTL-modul

RS485-gränssnittet till TTL-modulen realiserar tvåvägskonvertering och kommunikation av RS485-signal och TTL-signal, men signalen måste utföras växelvis, och kan inte utföras i två riktningar samtidigt. Alla fältenheter använder denna modul för att ansluta till mikrokontrollern, och kopplingsschemat visas i figuren 9.

Kopplingsschema för TFT-LCD och STM32 MCU - Figur 9

(4) LCD display modul

Eftersom kontrollenheten på plats för fjärrövervakningssystemet av boxtyp behöver visa många siffror och tecken, en 2,8-tums TFT-LCD flytande kristallskärm väljs som displaymodul, och det finns en ILI9341-kontroller inuti. Tänk på att STM32 kan kommunicera med ILI9341 via SPI-gränssnitt, 8080 gränssnitt eller RGB-gränssnitt. För att uppnå en snabbare uppdateringsfrekvens, TFT-LCD använder 8080 parallellt databussgränssnitt. STM32 matar ut data till ILI9341-styrenhetens minne genom den variabla statiska minnesmodulen FSMC.

(5) Röstlarmmodul

När STM32-mikroprocessorn upptäcker att det finns en abnormitet eller fel i driftdata för boxtransformatorn, den kommer att skicka ett meddelande till serieporten och starta ett röstlarm. Röstlarmmodulen väljer det vanliga röstchippet SYN6288, och sänder automatiskt röstlarminformation enligt det programmerade programmet. Systemet använder GB2312-kod, som lämpar sig för informationsutbyte i kinesisk teckenbehandling och kinesisk teckenkommunikation. SYN6288 känner också exakt igen siffror, tider och datum, och vanliga måttenheter.

(6) Relämodul

Fältkontrollern väljer en grupp 2-vägs optokopplar isoleringsrelämoduler för att styra öppning och stängning av DC 12V larmklocka och fläkt, och 220V AC halvledarreläet kan väljas i enlighet med strömförsörjningstyp och effekt för box-typ frånluftsfläkten. Varje reläkretsmodul har normalt öppna och normalt slutna kontakter, samt LED-statusindikering; varje reläkrets är isolerad av optokopplare, och är utrustad med en frihjulsdiod för att frigöra reläets inducerade spänning och skydda den tidigare kretsen. När omgivningstemperaturen på boxtransformatorn överstiger ett visst intervall, regulatorn på plats avger en hög nivå, och ett isoleringsrelä för optokopplare verkar för att slå på fläkten för att kyla ner; när allvarliga fel som för hög rökkoncentration uppstår, styrenheten driver ett annat optokopplarisoleringsrelä för att ansluta Larmklockslingan skickar ut ett larm på plats. För arbetsprincipschemat för reläet och anslutningsschemat mellan relämodulen och STM32-chippet, vänligen kontakta tillverkaren och skicka förfrågan.

(7) Kommunikationsmodul

Enligt designkraven för 10kV intelligent box transformator fjärrövervakningssystem, kommunikationen mellan den intelligenta boxtransformatorn och molnet väljer den trådlösa GPRS-kommunikationsmetoden med låg trafikkostnad. Gizwits firmware GPRS-modul.
*Gizwits firmware GPRS-modul (G510_GAgent firmware). Denna modul är ett applikationsprogram som körs på olika kommunikationsmoduler, tillhandahålla funktioner som tvåvägsöverföring av moln- och produktenhetsdata, enhetskonfiguration i nätverket, upptäckt och bindning, och programuppgraderingar. Kretsschemat mellan GPRS-modulen och huvudstyrenheten kan erhållas genom att kontakta tillverkaren.

*GPRS-GA6-modul. Denna modul kan realisera överföring av röst, kortmeddelande och data med låg strömförbrukning. Den är lämplig för olika designkrav i M2M-applikationer, speciellt för design av kompakta produkter. För det andra, kommunikationsprotokollet antar UART seriell port bussöverföring, använder standard AT-kommandon för att styra modulen, och väljer överföringshastigheten 115200bps. Kontakta IoT-tillverkare för kopplingsschemat för GPRS-GA6-modulen och STM32-mikrokontrollern.

3.3 Mikrodator heltäckande skyddsanordning

Enligt konstruktionsspecifikationen för krafttransformatorskyddet (GB/T 50062-2008), 10kV-transformatorer behöver vanligtvis installera överströmsskydd med tidsbegränsning. Mikrodatorskyddet har skyddet, mät- och styrfunktioner för transformatorer och ledningar, såväl som funktionerna för datainsamling, övervakning och självkontroll av systemet, och har hög känslighet och tillförlitlighet.

Enligt designkraven för 10kV intelligent boxbyte i studentlägenheten, Ankerui AM3-I strömtyp mikrodator omfattande skyddsenhet med RS485 kommunikationsfunktion är vald, med IA, IB, IC, UA, DU ÄR, UC, P, F, Fr och annan elektrisk Parametermätning, 8-kanal extern brytare signal förvärv, och strömbrytare fjärrkontroll öppning och stängning operationer och andra funktioner. Kopplingsschemat för AM3-I mikrodatorskyddsanordning är som följer:

Kopplingsschema för AM3-I mikrodatorskyddsenhet

3.4. Smart nätverksmätare

Smarta nätverksmätare används för att detektera elektriska parametrar som trefasström, spänning och effekt hos lågspänningskraftdistributionskretsar, samt öppnings- och stängningsstatus för brytare och brytare. Enligt designkraven för det sekundära systemet med 10kV intelligent boxtransformator, Ankerui ACR intelligent nätverksmätare med RS485 kommunikationsfunktion är vald, och kopplingsschemat för ACR intelligent nätverksmätare och lågspänningsströmtransformator och kopplingsschemat för switchingång och utgång väljs.

ACR smart nätverksmätare lågspänningsströmtransformator och digitalt in- och utgångskopplingsschema

ACR smart nätverksmätare använder Modbus-RTU-protokoll, som kan mäta och samla in effektparametrar. Omkopplaringångsfunktionen kan detektera omkopplingsstatus för isoleringsbrytaren och strömbrytaren, och reläutgångsfunktionen kan fjärraktivera och stänga av strömbrytaren. Den intelligenta nätverksmätaren ACR har en enhetlig plan för kommunikationsadresstabellen, som kan realisera telemetrins tre fjärrfunktioner, fjärrsignalering och fjärrkontroll.

(1) AD konvertering och beräkning av AC analog signal

De 3 fasspänningssignaler och 3 strömsignaler (strömtransformatorns utsignaler) som samlas in direkt av ACRs smarta nätverksmätare är alla analoga kvantiteter, som behöver omvandlas till digitala signaler som kan kännas igen av CPU:n för databehandling. Först, de 3 fasspänningar på 220V och 3 strömanaloger omvandlas till lågspänningssignaler genom omvandlaren, och omvandlas till den spänning som tillåts av AD-omvandlaren genom en spänningsbildande slinga; , konverteras till en digital signal av AD och matas in till CPU:n. Det schematiska diagrammet över provtagningen och AD-omvandlingsprocessen för AC-analogmängden kan erhållas genom att kontakta tillverkaren.

* Analog spänningsomvandling och lågpassfiltrering. Funktionen hos den spänningsbildande kretsen är att elektriskt isolera och omvandla elektriciteten. Allmänt, AD-omvandlaren kräver att insignalen är ±5V och ±10V, så att transformationsförhållandet för spänningsomvandlaren kan bestämmas. Lågpassfilter är uppdelade i passiva filter och aktiva filter. Aktiva filter är sammansatta av kondensatorer, motstånd och integrerade operationsförstärkare, som förstärker signalen under filtrering. Passiva filter har bara filtreringsfunktioner men inga signalförstärkningsfunktioner.
* Analog signalsampling. Provtagningsprocessen bör följa Shannons samplingssats, det är, provtagningsfrekvensen får inte vara mindre än 2 gånger ingångssignalens högsta frekvens. Provtagningsprocessen är mycket snabb. Den aktuella AD-omvandlarsamplingen har nått nanosekundnivån, medan samplingsperioden för kraftsystemets automatiska enhet är på millisekundnivån, så att spännings- och strömsignalerna för de sex slingorna kan dela en AD-omvandlare, men samplingskretsen måste vara utrustad med en samplings-och-håll-enhet och en multiplexeromkopplare.
* AD-konvertering. AD-omvandlare inkluderar successiv approximation, väsentlig, räkning, parallell jämförelse, och VFC spännings-frekvensomvandlare. AD-omvandlaren med successiv approximation är en representant för både hastighet och precision i ADC, och den har en högre konverteringsupplösning till en högre konverteringsfrekvens.

(2) Halvcykels absolutvärdesintegreringsalgoritm för sinusformad elektrisk kvantitet

Nyckeln till mjukvarualgoritmen är att förbättra noggrannheten och hastigheten för algoritmoperationen. Nyckeln till AC-samplingsalgoritmen för den smarta mätaren är att lösa hur man beräknar amplituden eller det effektiva värdet för den sinusformade samplingssignalen enligt det momentana värdet på den sinusformade signalen. Den vanligaste algoritmen för sinuskvantiteter är halvcykels absolutvärdesintegreringsalgoritm. Principen för halvcykelns absolutvärdesintegreringsalgoritm är att integralen av absolutvärdet för sinuskvantiteten i varje halvcykel är en konstant S, och integralvärdet konstant S har ingenting att göra med integralstartvinkeln . Halvcykelns absolutvärdesintegreringsalgoritm baserad på sinusfunktionsmodellen visas i figuren 19.

Algoritm för halvcykels absolutvärdesintegrering baserad på sinusfunktionsmodell

Uttrycket för att beräkna det effektiva värdet av strömmen genom att använda halvcykelns absolutvärdesintegralalgoritm visas i figuren nedan:

I formeln, S representerar integralen av det absoluta värdet inom en halv cykel; I representerar strömmens effektiva värde; i representerar strömmens momentana värde; w representerar vinkelhastigheten; T representerar växelströmscykeln; f representerar växelströmsfrekvensen; N representerar antalet prover i en cykel ; Ts representerar provtagningsperioden.

3.5 RS485 temperatur och luftfuktighet röksensor

Med tanke på att strömförsörjningsledningen i transformatorn av boxtyp kan ha läckage, överbelastning, kortslutning och överdrivet kontaktmotstånd, som kan orsaka bränder, och fel på transformatorn som är nedsänkt i bränsleolja kan orsaka bränder. Därför, det är nödvändigt att installera en röksensor i lådans transformator för branddetektering av lådans transformator. För att upptäcka potentiella fel tidigt. För att säkerställa mätnoggrannheten och samtidigt minska kostnaderna, RS485-temperaturen, fuktighet och rök tre-i-ett sensor används för att detektera temperaturen, fukt och rökkoncentration i lådans transformator. De temperatur- och fuktighetssensor använder SHT30-sonden. På plats överspänning och pulsstörningar. Sensorn har 4 ledningar: röd, svart, gul, och grönt. För den specifika kopplingsmetoden för temperatur- och luftfuktighetsröksensorn, vänligen kontakta IoT-tillverkaren.

De smarta mätarna och sensorerna som designats i detta system använder Modbus-RTU-protokollet, som kan kommunicera tillförlitligt inom hela baudhastighetsintervallet 1200-115200. Baudhastigheten för smarta mätare och sensorer är enhetligt inställd på 9600 bps. Dataöverföringsformatet och datakonverteringsformatet för sensorn är som följer:
Frågeramformat för sensordata. Sensorn följer standard Modbus-RTU-protokoll, och sensoravläsningen lagras i lagringsregistret, och funktionskoden är 04. Den övre datorn läser sensordataförfrågningsramformatet, och det nedre formatet för dataförfrågningsram för datorsensor.

3.6 PT100 temperaturgivare - arbetsprincipen för RTD PT100 - arbetsprincip för temperatursensor

PT100 temperatursändare används för att detektera transformatorns kroppstemperatur, högspännings- och lågspänningskabeltemperatur, den är lämplig för olika industrianläggningar. Transformator kommer att ge förluster under drift, främst järnförlust och kopparförlust, även känd som kärnförlust och lastförlust. Kopparförlusten varierar med belastningsströmmen och är proportionell mot belastningsströmmens kvadrat. Formel för beräkning av transformatorförlust är följande:

I formeln, P0 representerar transformatorns aktiva effekt i tomgångsdrift vid märkspänningen; I1 och I2 representerar högspänningsledningsströmmen och lågspänningssidoledningsströmmen; R1 och R2 representerar högspänningssidans resistans och lågspänningssidans resistans.

Temperatursändaren PT100 är inbyggd med RS485-bussgränssnitt, och varje temperatursändare kan anslutas till 4 PT100 temperaturgivare.

3.7 Arbetsprincip för vattensändare

På grund av den låga vattennivån i lådan transformatorstations grundgropen, det finns ofta vattenansamling i kabeldiket och grundgropen efter det kraftiga regnet, och det finns en potentiell säkerhetsrisk för kabelläckage, så oregelbunden inspektion och dränering krävs. I denna design, vattennedsänkningssensorn används för att detektera vattenansamlingen i lådans underkonstruktions grundgropen. Vattendoppningssensorn tillämpar principen om vätskeledning, och använder elektroder för att upptäcka om det finns vatten. Välj en vattennedsänkningsdetektor av kontakttyp med RS485-kommunikationsfunktion. Arbetsprincipen för vattendoppningsdetektorn visas i figuren 23.

4. Design av systemprogramvara

Systemets mjukvarudesign innehåller två delar: 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. Mikrodatorns integrerade skyddsanordning, smart nätverksmätare och smart sensor i fältbussen lokala nätverk av boxtransformatorn har inbyggd applikationsprogramvara, så endast mjukvarudesignen för boxtransformatorns fältkontroller krävs.

4.1 Design av mjukvara för fältkontroller för transformator av boxtyp

Lådtransformatorns fältkontroller är ett inbyggt system, och dess mjukvarusystem består av applikationsprogram, API, inbyggt operativsystem och BSP (styrelsestödpaket). Enligt egenskaperna hos många parametrar, många uppgifter och höga realtidskrav som samlas in av fältkontrollern för den 10kV intelligenta transformatorn av boxtyp, det inbäddade realtidsoperativsystemet μC/OS-Ⅲ, som används i stor utsträckning inom kommersiell produktutveckling och undervisningsforskning, är vald. μC/OS-Ⅲ betraktar uppgifter som den minsta enheten, och varje uppgift behöver inte bry sig om den specifika förvaltningsmetoden för resurser, som bestäms av operativsystemet.

4.2 Mjukvaruprogramdesign för fältkontroller för transformator av boxtyp

Hela mjukvarusystemets design är baserad på det distribuerade systemet som består av intelligenta instrument, sensorer, fältkontrollanter och molnplattformar, och design och utveckling av tillämpningsprogram utförs. Dataöverföring och utbyte, styrenheten på plats och Gizwits molnserver använder Gizwits kommunikationsprotokoll i GPRS firmware för dataöverföring och utbyte. Huvudprogrammets flödesschema för fältstyrenhetens applikationsprogramvara för transformatorn av boxtyp.

*Programvarans huvudprogram. Först, initiera alla delar av systemet, som GPIO, serieport, klocka, minneshantering, etc., och skapa uppgifter i μC/OS-Ⅲ. STM32 utför sensordatainsamling och bearbetning, och skickar korrekt information till LCD-skärmen. På samma gång, STM32 skickar AT-kommandon till GPRS-G510-modulen, utbyter data, ansluter till Gizwits molnplattform genom LwM2M-protokollet, och bedömer om GPRS-kommunikationsmodulen är framgångsrikt ansluten till Gizwits molnserver. Om anslutningen lyckas, dataöverföring utförs. Bedöm sedan om den bearbetade datan är större än den inställda tröskeln.
Om det är ett mindre fel på boxtransformatorstationen, skicka datainformationen till mobilappen via molnplattformen; om det är ett allmänt misslyckande, skicka datalarminformationen till den mobila appen via molnplattformen, och starta GPRS-GA6-kommunikationsmodulen för att skicka larminformationen via mobiltelefonens SMS; om Om det är ett allvarligt fel, datalarminformationen kommer att skickas till mobiltelefonens APP via molnplattformen, och GPRS-GA6 kommunikationsmodulen kommer att aktiveras för att skicka larminformationen via mobiltelefonens textmeddelande och ringa den förinställda relevanta personalen.