電力系統(tǒng)應用站所終端研究
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摘要：將站所終端安裝在傳統(tǒng)的開關站、配電室、環(huán)網(wǎng)柜、箱式變電站等處，以完成遙信、遙測、遙控和饋線自動化功能。裝置具有自動故障檢測和識別功能，與配電網(wǎng)自動化主站和子站系統(tǒng)配合，實現(xiàn)多條線路的測量控制、隔離故障區(qū)域并且恢復非故障區(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計及其應用。
關鍵詞：電力系統(tǒng)；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，在歐美一些國家已經(jīng)逐步上升到國家戰(zhàn)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)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)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(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(tǒng)的發(fā)展及應用站所終端的背景
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)。在大力建設堅強型智能電網(wǎng)環(huán)境下,配網(wǎng)自動化既提高供電可靠性和供電質(zhì)量、又擴大供電能力和實現(xiàn)配電網(wǎng)高效經(jīng)濟運行,是實現(xiàn)智能電網(wǎng)的重要基礎之一。重“輸”輕“配”已是過去時，配電網(wǎng)會是未來主流趨勢。配網(wǎng)自動化是應用現(xiàn)代計算機技術、遠動、自控、通訊等先進技術手段，實現(xiàn)配網(wǎng)在線和離線遠方監(jiān)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(tǒng)設計原理
總體來說電力系統(tǒng)站所終端DTU的功能主要就是實現(xiàn)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(tài)量以及控制開關分合閘功能，具備測量數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)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(tǒng)共同工作的。主控系統(tǒng)負責監(jiān)控采集板、與配電自動化主站子站通訊。采集板負責數(shù)據(jù)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(jù)設定時間或線路恢復正常供電后自動復歸，也能根據(jù)故障性質(zhì)（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(tǒng)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(zhí)行時，能夠?qū)崿F(xiàn)零等待狀態(tài)的運行性能，內(nèi)置存儲器保護單元，能夠?qū)崿F(xiàn)高達150DMIPS性能。處理器自帶1個網(wǎng)絡口、1個全速USB接口和2個CAN口。主控板提供兩路網(wǎng)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(nèi)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(xiàn)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(xié)議和數(shù)據(jù)處理功能比較繁雜，程序調(diào)度比較麻煩，因此選用了具有實時性、開源性、可靠性的FREERTOS操作系統(tǒng)。FreeRTOS是一個迷你的實時操作系統(tǒng)內(nèi)核。作為一個輕量級的操作系統(tǒng)，功能包括：任務管理、時間管理、信號量、消息隊列、內(nèi)存管理、記錄功能、軟件定時器等，可滿足本系統(tǒng)的需要。實現(xiàn)站所終端的技術規(guī)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(jiān)控開關電源工作狀態(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(zhí)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(zhí)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(jù)現(xiàn)場實際情況靈活配置。采樣值周期的通過CAN總線發(fā)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(tǒng)中的應用
站所終端是配網(wǎng)自動化的主要設備。隨著我國配網(wǎng)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(tǒng)自動化涉及范圍主要是指10kV中壓系統(tǒng)。配電自動化主要就是監(jiān)控此處的一次設備。站所終端主要用于環(huán)網(wǎng)柜、開閉所等，實現(xiàn)電氣量的監(jiān)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(tǒng)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)的實際情況，可以得知將站所終端應用于電力系統(tǒng)中，市場需求巨大，應用前景非常樂觀，必將帶來滿意的經(jīng)濟效益和社會效益。
參考文獻
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作者:金則群 王強 單位:華立科技股份有限公司
