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摘 要
我国电力工业的发展异常迅猛，发电厂的装机容量越来越大，原来的零星小网已逐渐连成跨地区、跨省的大电力系统。随着越来越大的电力系统和电力工业的迅猛发展，发电厂的电气自动化水平也越来越高，发电厂的监控系统向更高层次更高水平发展已经非常必要，用常规的控制和管理手段已无法适应了。对电气自动化水平的要求也逐渐提高，电厂电气的监控系统进一步深入发展显得极为迫切，而目前这方面还存在着不少问题，如ECS的发展存在误区，遇到了许多阻碍发展的诸多问题，需要我们解决，根据现状本课题研究的内容为风力发电场箱式变压器智能监测装置设计。该套系统主要由交流电监测模块、压力传感器、液位传感器、瓦斯传感器、单片机STM32、ZigBee 通信模块、继电器、OLED屏幕等硬件组成，系统可对电压、瓦斯、油位、压力实时监测，出现故障时，自动切断供电，并发送上位机告警信号。压力传感器，通过此模块检测压力情况、液位传感器，通过该模块来检测油位、瓦斯传感器通过该模块实现对场内瓦斯的实时监测、单片机STM32、ZigBee 通信模块、继电器、OLED屏幕等硬件组成，系统可对电压、瓦斯、油位、压力实施监测，自动切断供电，并发送上位机警告信号。

关键词:传感器；箱式变压器；ZIGBEE；智能监测
ABSTRACT
Abnormal rapidly, the development of power industry in China power plant capacity is more and more big, the original scattered small net has gradually become cross-regional, across the province of large power system. Along with the increasing of power system and the rapid development of power industry, power plant electrical automation level is becoming more and more high, the monitoring system of power plant to a higher level to a higher level development is very necessary, using conventional control and management methods have been unable to adapt to. For electrical automation level requirement also gradually improve, The monitoring system of power plant electrical becomes extremely urgent further development, and at present many problems exist in this aspect, such as the development of ECS exist error, met many many problems that hinder the development of we need to solve, according to the current situation of this topic research content for the intelligent monitoring device of wind farms box transformer design. This system is mainly composed of alternating current monitoring module, pressure sensors, liquid level sensor, gas sensor, single chip microcomputer STM32, ZigBee communication module, relay, OLED screen, such as hardware, the system can real-time monitoring of voltage, temperature and the halogen-light display system to detect wind the threshold temperature is greater than the set temperature in the cabinet or wind inside the suitcase is open, Automatic cut off power supply, concurrent warning signal to a machine.

Key words:The sensor; STM32; ZIGBEE; Transformer monitoring

目 录

第1章 绪论 1
1.1 研究目的及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 主要研究内容 2
第2章 系统的总体结构 4
2.1 设计方案 4
2.2 功能需求分析 4
2.2.1技术路线 4
2.2.2预期结果 4
2.3 总体方案设计 5
2.4 单片机型号选择 5
第3章 系统的硬件部分设计 7
3.1 系统总体设计 7
3.2 系统的主要功能模块设计 7
3.2.1 OLED显示屏模块设计 7
3.2.2 ZIGBEE模块设计 7
3.2.3 瓦斯传感器模块设计 8
3.2.4 超声波传感器模块设计 9
3.2.5 交流电检测模块设计 10
3.2.6 压力传感器模块设计 11
第4章 系统的软件设计 12
4.1 软件的主要流程 12
4.2 OLED显示模块软件设计 13
4.3 ZIGBEE模块软件设计 14
4.4 瓦斯传感器模块软件设计 15
4.5 超声波传感器模块软件设计 16
4.6 交流电检测模块软件设计 17
4.7 压力检测模块软件设计 18
第5章 系统测试 19
5.1 系统实物图 19
5.2 测试原理 19
结论 24
参考文献 25
致谢 27
附录 28
电路图 28
源程序 28

第1章 绪论
1.1 研究目的及意义
随着全球能源消费剧增，煤炭、石油、天然气等资源消耗速度加快。人们对环保、节能、无污染认识的逐步提高和技术发展。风能作为取之不尽的清洁能源将是未来潜力最大的可再生能源,是解决全球变暖、能源短缺、环境恶化等问题的有效途径，对它的利用 得到迅速发展。风电场因其自身的特殊性，其中风力发电机组布置较为分散，每个风电场机组分布在数公里内，距离风电场集中升压变电所较远，而目前市场上风力发电机组出口电压多为 690V，需就地经箱式变压器升压后传送至风电场升压变电所。人为巡视和监控及维护相对困难。所以本课题就是对电力需求管理奉献出自己绵薄之力。
1.2 国内外研究现状
电力和能源一直是我们很多人密切关注的问题，从爱迪生发明电灯开始我们就进入了电气时代也是从那时候开始我们的生活与电密切相关，这么多年来我们对电更好的管理利用从未停止脚步[1]。在2020年，国内的研究人员刘欢在《风力发电场集电线路优化改造研究及应用》一文中是这样说的现阶段电力企业为了减少风电场架空集电线路出现跳闸的次数，保证线路设备可以尽可能少地受到过电压和短路电流出现的情况，已经开始不断地采取措施来对施工过程中可能导致出现事故的原因进行了分析，并针对恶劣施工条件下，风电场施工人员对对线路巡视的次数进行了明确的规定，在保证风力发电场集电线路工程质量的前提下减少了劳动的强度，帮助提高了整个工程的运行效率[2]。本文就对集电线路施工过程中可能出现的问题以及导致出现问题的原因进行了深入的剖析，并针对产生事故的原因积极制定了一系列可行的措施来对集电线路进行了优化和改造研究。同年郑旭在《基于TPC协议的自适应无线网络箱式变压器数据监测系统设计》针对传统的箱式变压器环境监测系统存在的问题，提出了一种基于TCP协议[13]的自适应无线网络箱式变压器数据监测系统。该系统通过RS485总线和Modbus协议采集箱式变压器内部多点温度、湿度、油温等环境参数，以及三相电压[3]、电流、电能、功率因数、频率等电力参数。MCU对数据进行分析处理，并将监测参数实时显示在人机交互界面上，可以预警和控制突发情况。此外，通过GPRS、WiFi或以太网口三种可选择的方式，将数据发送到云端服务器，用户可远程登录服务器上位机，监测箱式变压器内部状态。经过试验测试，该系统可以正常监测箱式变压器内部参数，为工作人员的维护和检修工作提供了方便，同时也提高了箱式变压器[4]的使用寿命。在2019年，李晓飞等人的团队在《风电场运行及其检修维护探究》文中谈及为了更好的实现新能源的发展策略，在这几年发电企业为了新能源的发展建立了许多风力发电场[10]，但是却缺少有效果的管理及维护的方式，企业现在所使用的管理维护方法比较落后，很难满足发展策略中对运行和维护的要求，也因为这样导致企业没有得到发展。所以要在现在的管理基础中，对风力发电厂的运行和维护工作中出现的缺点进行完善调整，要运用现在最先进的技术，以创新为发展的理念，让企业可以持续的发展。
在2022年Eivazi Ahmadreza发表的《Power Swing and Fault Detection in the Presence of Wind Farms Using Generator Speed Zero-Crossing Moment》提出了一种不依赖于网络参数，基于同步发电机转速检测功率波动的新方法。基于所提出的方法，在功率稳定摆动期间，发电机转速在任意时刻均不通过零点。相比之下，它通过发生高、低故障电阻的故障类型、功率摆动期间的故障类型以及不稳定的功率摆动来过零点[18]。因此，该方法可防止距离保护误动。值得注意的是，所提方法适用于任何含风电场和不含风电场的电力系统中的距离保护，如在补偿输电线路的距离保护中。结果表明，所提出的方法能在短时间内检测到功率波动。在同年国外研究学者Rahmati Mohammad的团队在《A Novel Wake Control Approach for Power Generation Improvement of Three Wind Turbines in a Wind Farm》文章提供一种新颖的混合尾流控制策略，以提高水平轴风力机在风电场布局中的发电量。采用基于致动线法的大涡模拟( ALM-LES )方法[20]对NREL 5MW机组三机三机并列布置时的周围流场进行了数值模拟。风电机组的偏航角和倾斜角分别在( - 30 <偏航< 30)和( 0 < titl < 35)范围内。首先，研究了偏航控制和倾斜控制方法对多尺度风电场尾流区速度剖面、涡量产生和湍流动能的综合影响。然后，将风电场的总发电量与以往的风力机尾流控制方法进行了比较。可以看出，与以往的风力机尾流控制技术相比，所提出的混合尾流控制方法可以将总发电量提高9.94 %。混合控制策略可以偏离尾流比典型的单控方法好得多。此外，还提供了优化分析，以找到在不同风速下风力发电机的最合适的偏航角和倾斜角。
1.3 主要研究内容
本课题研究的内容为风力发电场箱式变压器智能监测装置设计。该套系统主要由交流电监测模块、压力传感器、液位传感器、瓦斯传感器、单片机STM32、ZigBee 通信模块、继电器、OLED屏幕等硬件组成；采用STM32单片机技术将交流电监测模块、压力传感器、液位传感器、瓦斯传感器采集到的参数通过ZigBee通信模块发送到上位机，采用电脑端作为上位机对下位机采集的数据进行显示、控制供电设备，系统可对轻瓦斯报警阈值、重瓦斯跳闸阈值、高压过压保护、低电压保护、低油位报警阈值，压力异常报警阈值进行设定并实时监测显示，若系统监测到风力发电场箱式变压器内的瓦斯高于瓦斯轻度警告值或者是高于瓦斯重度跳闸值，切断供电发送警告信号到电脑端；若系统监测到风力发电场箱式变压器内的高压侧电压高于过压保护设定值或抵压侧电压高于低电压保护设定值，开启过压保护功能，切断供电电闸，发送警告信号到电脑端；系统监测到油箱油位低或压力异常，发送警告信号到电脑端；继电器模拟供电的闸门开关。