電力系統(tǒng)應(yīng)用站所終端研究

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摘要：將站所終端安裝在傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)站、配電室、環(huán)網(wǎng)柜、箱式變電站等處，以完成遙信、遙測(cè)、遙控和饋線自動(dòng)化功能。裝置具有自動(dòng)故障檢測(cè)和識(shí)別功能，與配電網(wǎng)自動(dòng)化主站和子站系統(tǒng)配合，實(shí)現(xiàn)多條線路的測(cè)量控制、隔離故障區(qū)域并且恢復(fù)非故障區(qū)域供電，從而提高供電可靠性和配網(wǎng)的智能化。本文主要介紹了智能電網(wǎng)中的站所終端的軟硬設(shè)計(jì)及其應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；站所終端；DTU設(shè)計(jì)；功能

智能電網(wǎng)已經(jīng)成為世界各國(guó)投入科技研發(fā)的重點(diǎn)，在歐美一些國(guó)家已經(jīng)逐步上升到國(guó)家戰(zhàn)略層面，成為國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源政策的重要組成部分。我國(guó)《國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》明確提出要依托信息、控制和儲(chǔ)能等先進(jìn)技術(shù)，推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)，增強(qiáng)電網(wǎng)優(yōu)化配置電力的能力和供電可靠性。配電網(wǎng)自動(dòng)化是智能電網(wǎng)中重要的一環(huán)，但是我國(guó)剛剛還處于起步的水平，落后發(fā)達(dá)國(guó)家比較多，急需大力發(fā)展。因此研究配電網(wǎng)自動(dòng)化的站所終端是具有非常好的發(fā)展前景。本文將介紹站所終端的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

1電力系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用站所終端的背景

電力系統(tǒng)是由發(fā)電、輸電、變電、配電及用電等環(huán)節(jié)組成的統(tǒng)一系統(tǒng)。在大力建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)型智能電網(wǎng)環(huán)境下,配網(wǎng)自動(dòng)化既提高供電可靠性和供電質(zhì)量、又?jǐn)U大供電能力和實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)之一。重“輸”輕“配”已是過(guò)去時(shí)，配電網(wǎng)會(huì)是未來(lái)主流趨勢(shì)。配網(wǎng)自動(dòng)化是應(yīng)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、遠(yuǎn)動(dòng)、自控、通訊等先進(jìn)技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)在線和離線遠(yuǎn)方監(jiān)控，以達(dá)到配網(wǎng)安全、可靠、高效運(yùn)行之目的。

2站所終端的系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

總體來(lái)說(shuō)電力系統(tǒng)站所終端DTU的功能主要就是實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)方一次設(shè)備的遙信、遙測(cè)、遙控“三遙”自動(dòng)化功能。具備就地采集開(kāi)關(guān)的模擬量和狀態(tài)量以及控制開(kāi)關(guān)分合閘功能，具備測(cè)量數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳和遠(yuǎn)方控制功能。在其設(shè)計(jì)上，主要是分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。站所終端是由主控板和采集板兩個(gè)系統(tǒng)共同工作的。主控系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)控采集板、與配電自動(dòng)化主站子站通訊。采集板負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采樣、處理。兩板之間通過(guò)CAN總線和RS485總線進(jìn)行交互。終端具備故障指示手動(dòng)復(fù)歸、自動(dòng)復(fù)歸和主站遠(yuǎn)程復(fù)歸功能，能根據(jù)設(shè)定時(shí)間或線路恢復(fù)正常供電后自動(dòng)復(fù)歸，也能根據(jù)故障性質(zhì)（瞬時(shí)性或永久性）自動(dòng)選擇復(fù)歸方式。具備軟硬件防誤動(dòng)措施，保證控制操作的可靠性。

2.1硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主控板和采集板各自擁有一個(gè)中央處理器（CPU），都使用STM32F207。其具有自適應(yīng)實(shí)時(shí)加速器，可以讓程序在Flash中以最高120MHz頻率執(zhí)行時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)零等待狀態(tài)的運(yùn)行性能，內(nèi)置存儲(chǔ)器保護(hù)單元，能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)150DMIPS性能。處理器自帶1個(gè)網(wǎng)絡(luò)口、1個(gè)全速USB接口和2個(gè)CAN口。主控板提供兩路網(wǎng)絡(luò)口，4路串口，1個(gè)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(jì)量IC，采用串行接口，并提供三路靈活的脈沖輸出。該器件內(nèi)置七個(gè)ADC、基準(zhǔn)電壓源電路和所有必需的信號(hào)處理電路，實(shí)現(xiàn)總（基波和諧波）有功/無(wú)功/視在功率測(cè)量，以及基波有功和無(wú)功功率測(cè)量和有效值計(jì)算。ADE7878有七路模擬量輸入，分成電流和電壓兩個(gè)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(shí)值以用于諧波分析計(jì)算。

2.2軟件設(shè)計(jì)

終端軟件包括主控板程序和采集板程序。主控板通信協(xié)議和數(shù)據(jù)處理功能比較繁雜，程序調(diào)度比較麻煩，因此選用了具有實(shí)時(shí)性、開(kāi)源性、可靠性的FREERTOS操作系統(tǒng)。FreeRTOS是一個(gè)迷你的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核。作為一個(gè)輕量級(jí)的操作系統(tǒng)，功能包括：任務(wù)管理、時(shí)間管理、信號(hào)量、消息隊(duì)列、內(nèi)存管理、記錄功能、軟件定時(shí)器等，可滿足本系統(tǒng)的需要。實(shí)現(xiàn)站所終端的技術(shù)規(guī)范所要求的遙信、遙測(cè)、遙控等功能。主控板有自檢、自恢復(fù)功能，擁有運(yùn)行指示燈。監(jiān)控開(kāi)關(guān)電源工作狀態(tài)，采集遙信值，并且控制就地指示燈。上行通信協(xié)議使用國(guó)家電網(wǎng)DL/T634.5104和DL/T634.5101。與采集板交互的通信協(xié)議采用自定義格式。主控板具備對(duì)時(shí)功能，支持SNTP等對(duì)時(shí)方式，接收主站或其它時(shí)間同步裝置的對(duì)時(shí)命令，與主站時(shí)鐘保持同步。終端接受并執(zhí)行來(lái)自主站或子站的遙控命令，完成開(kāi)關(guān)的分、合閘操作。遙控采取“遙控預(yù)制-返送校核-操作執(zhí)行命令”的方式。采集板為了滿足實(shí)時(shí)性的要求采用的是裸機(jī)程序。處理器采集采樣芯片的波形信號(hào)后，10毫秒計(jì)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(jì)算獲得，也可由零序CT或零序PT直接采集獲得，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況靈活配置。采樣值周期的通過(guò)CAN總線發(fā)送給主控板。如果采樣值超過(guò)閥值，控制操作繼電器動(dòng)作，使開(kāi)關(guān)跳閘，并且記錄事件、上報(bào)故障遙信給主控板。

3站所終端在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

站所終端是配網(wǎng)自動(dòng)化的主要設(shè)備。隨著我國(guó)配網(wǎng)自動(dòng)化水平的逐步提高，越來(lái)越多的站所終端被投入使用。配電系統(tǒng)自動(dòng)化涉及范圍主要是指10kV中壓系統(tǒng)。配電自動(dòng)化主要就是監(jiān)控此處的一次設(shè)備。站所終端主要用于環(huán)網(wǎng)柜、開(kāi)閉所等，實(shí)現(xiàn)電氣量的監(jiān)測(cè)和控制，故障診斷、故障隔離。

4結(jié)束語(yǔ)

本文簡(jiǎn)要分析了電力系統(tǒng)站所站所終端的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，結(jié)合電力行業(yè)正在快步走向智能電網(wǎng)的實(shí)際情況，可以得知將站所終端應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，市場(chǎng)需求巨大，應(yīng)用前景非常樂(lè)觀，必將帶來(lái)滿意的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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作者:金則群 王強(qiáng) 單位:華立科技股份有限公司