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    電力系統應用站所終端研究

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    電力系統應用站所終端研究

    摘要:將站所終端安裝在傳統的開關站、配電室、環網柜、箱式變電站等處,以完成遙信、遙測、遙控和饋線自動化功能。裝置具有自動故障檢測和識別功能,與配電網自動化主站和子站系統配合,實現多條線路的測量控制、隔離故障區域并且恢復非故障區域供電,從而提高供電可靠性和配網的智能化。本文主要介紹了智能電網中的站所終端的軟硬設計及其應用。

    關鍵詞:電力系統;站所終端;DTU設計;功能

    智能電網已經成為世界各國投入科技研發的重點,在歐美一些國家已經逐步上升到國家戰略層面,成為國家經濟發展和能源政策的重要組成部分。我國《國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》明確提出要依托信息、控制和儲能等先進技術,推進智能電網建設,增強電網優化配置電力的能力和供電可靠性。配電網自動化是智能電網中重要的一環,但是我國剛剛還處于起步的水平,落后發達國家比較多,急需大力發展。因此研究配電網自動化的站所終端是具有非常好的發展前景。本文將介紹站所終端的設計與應用

    1電力系統的發展及應用站所終端的背景

    電力系統是由發電、輸電、變電、配電及用電等環節組成的統一系統。在大力建設堅強型智能電網環境下,配網自動化既提高供電可靠性和供電質量、又擴大供電能力和實現配電網高效經濟運行,是實現智能電網的重要基礎之一。重“輸”輕“配”已是過去時,配電網會是未來主流趨勢。配網自動化是應用現代計算機技術、遠動、自控、通訊等先進技術手段,實現配網在線和離線遠方監控,以達到配網安全、可靠、高效運行之目的。

    2站所終端的系統設計原理

    總體來說電力系統站所終端DTU的功能主要就是實現對遠方一次設備的遙信、遙測、遙控“三遙”自動化功能。具備就地采集開關的模擬量和狀態量以及控制開關分合閘功能,具備測量數據、狀態數據的遠傳和遠方控制功能。在其設計上,主要是分為硬件設計和軟件設計。站所終端是由主控板和采集板兩個系統共同工作的。主控系統負責監控采集板、與配電自動化主站子站通訊。采集板負責數據采樣、處理。兩板之間通過CAN總線和RS485總線進行交互。終端具備故障指示手動復歸、自動復歸和主站遠程復歸功能,能根據設定時間或線路恢復正常供電后自動復歸,也能根據故障性質(瞬時性或永久性)自動選擇復歸方式。具備軟硬件防誤動措施,保證控制操作的可靠性。

    2.1硬件設計

    系統主控板和采集板各自擁有一個中央處理器(CPU),都使用STM32F207。其具有自適應實時加速器,可以讓程序在Flash中以最高120MHz頻率執行時,能夠實現零等待狀態的運行性能,內置存儲器保護單元,能夠實現高達150DMIPS性能。處理器自帶1個網絡口、1個全速USB接口和2個CAN口。主控板提供兩路網絡口,4路串口,1個CAN口。采集板上的采樣芯片采用ADE7878,是一款高精度、三相電能計量IC,采用串行接口,并提供三路靈活的脈沖輸出。該器件內置七個ADC、基準電壓源電路和所有必需的信號處理電路,實現總(基波和諧波)有功/無功/視在功率測量,以及基波有功和無功功率測量和有效值計算。ADE7878有七路模擬量輸入,分成電流和電壓兩個通道。ADE7878提供三種串行通訊口,主模式HSDC接口的最高的通訊速度為8MHz,可以采集電壓、電流瞬時值以用于諧波分析計算。

    2.2軟件設計

    終端軟件包括主控板程序和采集板程序。主控板通信協議和數據處理功能比較繁雜,程序調度比較麻煩,因此選用了具有實時性、開源性、可靠性的FREERTOS操作系統。FreeRTOS是一個迷你的實時操作系統內核。作為一個輕量級的操作系統,功能包括:任務管理、時間管理、信號量、消息隊列、內存管理、記錄功能、軟件定時器等,可滿足本系統的需要。實現站所終端的技術規范所要求的遙信、遙測、遙控等功能。主控板有自檢、自恢復功能,擁有運行指示燈。監控開關電源工作狀態,采集遙信值,并且控制就地指示燈。上行通信協議使用國家電網DL/T634.5104和DL/T634.5101。與采集板交互的通信協議采用自定義格式。主控板具備對時功能,支持SNTP等對時方式,接收主站或其它時間同步裝置的對時命令,與主站時鐘保持同步。終端接受并執行來自主站或子站的遙控命令,完成開關的分、合閘操作。遙控采取“遙控預制-返送校核-操作執行命令”的方式。采集板為了滿足實時性的要求采用的是裸機程序。處理器采集采樣芯片的波形信號后,10毫秒計算一次電流有效值。每條線路的零序電流和零序電壓,即可以由三相電流或三相電壓計算獲得,也可由零序CT或零序PT直接采集獲得,可根據現場實際情況靈活配置。采樣值周期的通過CAN總線發送給主控板。如果采樣值超過閥值,控制操作繼電器動作,使開關跳閘,并且記錄事件、上報故障遙信給主控板。

    3站所終端在電力系統中的應用

    站所終端是配網自動化的主要設備。隨著我國配網自動化水平的逐步提高,越來越多的站所終端被投入使用。配電系統自動化涉及范圍主要是指10kV中壓系統。配電自動化主要就是監控此處的一次設備。站所終端主要用于環網柜、開閉所等,實現電氣量的監測和控制,故障診斷、故障隔離。

    4結束語

    本文簡要分析了電力系統站所站所終端的設計與應用,結合電力行業正在快步走向智能電網的實際情況,可以得知將站所終端應用于電力系統中,市場需求巨大,應用前景非常樂觀,必將帶來滿意的經濟效益和社會效益。

    參考文獻

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    [4]趙亞崧,孟衛東.防誤操作站所型配電終端的實現[J].電氣開關,2015,03:101-103.

    作者:金則群 王強 單位:華立科技股份有限公司

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