電力系統應用站所終端研究論文
摘要：將站所終端安裝在傳統的開(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、遙控和饋線(xiàn)自動(dòng)化功能。裝置具有自動(dòng)故障檢測和識別功能，與配電網(wǎng)自動(dòng)化主站和子站系統配合，實(shí)現多條線(xiàn)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(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計及其應用。
關(guān)鍵詞：電力系統；站所終端；DTU設計；功能
智能電網(wǎng)已經(jīng)成為世界各國投入科技研發(fā)的重點(diǎn)，在歐美一些國家已經(jīng)逐步上升到國家戰略層面，成為國家經(jīng)濟發(fā)展和能源政策的重要組成部分。我國《國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展第十二個(gè)五年規劃綱要》明確提出要依托信息、控制和儲能等先進(jìn)技術(shù)，推進(jìn)智能電網(wǎng)建設，增強電網(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)，但是我國剛剛還處于起步的水平，落后發(fā)達國家比較多，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計與應用。
1電力系統的發(fā)展及應用站所終端的背景
電力系統是由發(fā)電、輸電、變電、配電及用電等環(huán)節組成的統一系統。在大力建設堅強型智能電網(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、又擴大供電能力和實(shí)現配電網(wǎng)高效經(jīng)濟運行,是實(shí)現智能電網(wǎng)的重要基礎之一。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。配網(wǎng)自動(dòng)化是應用現代計算機技術(shù)、遠動(dòng)、自控、通訊等先進(jìn)技術(shù)手段，實(shí)現配網(wǎng)在線(xiàn)和離線(xiàn)遠方監控，以達到配網(wǎng)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(lái)說(shuō)電力系統站所終端DTU的功能主要就是實(shí)現對遠方一次設備的遙信、遙測、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，具備測量數據、狀態(tài)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(gè)系統共同工作的。主控系統負責監控采集板、與配電自動(dòng)化主站子站通訊。采集板負責數據采樣、處理。兩板之間通過(guò)CAN總線(xiàn)和RS485總線(xiàn)進(jìn)行交互。終端具備故障指示手動(dòng)復歸、自動(dòng)復歸和主站遠程復歸功能，能根據設定時(shí)間或線(xiàn)路恢復正常供電后自動(dòng)復歸，也能根據故障性質(zhì)（瞬時(shí)性或永久性）自動(dòng)選擇復歸方式。具備軟硬件防誤動(dòng)措施，保證控制操作的可靠性。
2.1硬件設計
系統主控板和采集板各自擁有一個(gè)中央處理器（CPU），都使用STM32F207。其具有自適應實(shí)時(shí)加速器，可以讓程序在Flash中以最高120MHz頻率執行時(shí)，能夠實(shí)現零等待狀態(tài)的運行性能，內置存儲器保護單元，能夠實(shí)現高達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(gè)ADC、基準電壓源電路和所有必需的信號處理電路，實(shí)現總（基波和諧波）有功/無(wú)功/視在功率測量，以及基波有功和無(wú)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(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(xié)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(shí)時(shí)性、開(kāi)源性、可靠性的`FREERTOS操作系統。FreeRTOS是一個(gè)迷你的實(shí)時(shí)操作系統內核。作為一個(gè)輕量級的操作系統，功能包括：任務(wù)管理、時(shí)間管理、信號量、消息隊列、內存管理、記錄功能、軟件定時(shí)器等，可滿(mǎn)足本系統的需要。實(shí)現站所終端的技術(shù)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(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。主控板具備對時(shí)功能，支持SNTP等對時(shí)方式，接收主站或其它時(shí)間同步裝置的對時(shí)命令，與主站時(shí)鐘保持同步。終端接受并執行來(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“遙控預制-返送校核-操作執行命令”的方式。采集板為了滿(mǎn)足實(shí)時(shí)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(xiàn)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(chǎng)實(shí)際情況靈活配置。采樣值周期的通過(guò)CAN總線(xiàn)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(wǎng)自動(dòng)化的主要設備。隨著(zhù)我國配網(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。配電系統自動(dòng)化涉及范圍主要是指10kV中壓系統。配電自動(dòng)化主要就是監控此處的一次設備。站所終端主要用于環(huán)網(wǎng)柜、開(kāi)閉所等，實(shí)現電氣量的監測和控制，故障診斷、故障隔離。
4結束語(yǔ)
本文簡(jiǎn)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(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用于電力系統中，市場(chǎng)需求巨大，應用前景非常樂(lè )觀(guān)，必將帶來(lái)滿(mǎn)意的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。
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