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低压配电智能化监控系统的研究
发布时间：2013-05-01 12:15 来源：未知
1、概述
目前，在我国低压配电系统中大多实行“盲目”的无人值守方式，即设备投入运行后现场没有人员值守，采用定期巡检或故障用户主动反映的方式对运行中的设备进行集中监视和维护。但是近几年来，随着配电网综合自动化技术的日益成熟以及城市轨道交通对供电质量的严格要求，广大技术人员开始将智能低压微机监控装置引入到低压配电监控中，以期实现对远方集中运行的设备进行实时监控，提高低压供电安全性，减轻巡检人员的劳动强度。
笔者在分析现有的低压监控模式基础上，提出新型的低压配电监控�？榈纳杓扑枷�，并基于TI公司的TM320VC33芯片，研制开发出一种新型低压监控装置。该装置充分利用了DSP强大的数字处理能力，采用了先进的软件编程技术，可实时监视低压设备的运行工况，快速控制低压开关，有效隔离故障区域，这样大大提高了低压配电网的供电可靠性。
2、现有的低压监控模式
由于低压配电系统中送电终端比较繁多，监控点布置比较复杂，因此，许多技术人员进行了大量的研究工作，现己形成多种比较成熟的监控模式。
(1)基于PLC与普通断路器的监控模式
此监控模式主要利用PLC的I/O接口将各低压配电系统中的开关量状态及模拟电量参数直接采集传送到PLC，然后PLC上传至远方监控中心并接受远方操作命令，控制相应的断路器。
主要特点：PLC的开关量输入／输出接口抗干扰性能好，逻辑控制灵活；但装置接线复杂，故障率高；模拟量采集比较麻烦，成本较高。
(2)基于数字智能仪表与普通断路器的监控模式
此监控模式下，数字智能仪表主要用于模拟数据采样及SOE事件记录，并经通信网络一方面将各种数据上传给当地／远方通信处理机，形成完善的数据库以进行实时数据分析处理，另一方面接受当地／远方的�？夭僮髅睿舷嘤Φ亩下菲�；断路器接受数字智能仪表传送过来的�？夭僮髅�，并将操作结果通过辅助无源接点返送给数字智能仪表。
主要特点：灵活地将仪表与监控结合起来，实现了分散式监控；但由于�？楸冉隙嗲冶冉戏稚�，重复数据采样率高，故障数据可分析性差，成本比较高。
(3)基于智能断路器的监控模式
智能型断路器就是把智能型脱扣器与断路器集成在一起，实现长延时、短延时、瞬时过流保护以及接地和欠压�；ぁＶ悄苄投下菲魇凳毕允镜缌�、电压、有功功率、无功功率、功率因数、频率等参数运行状态以及故障信息，并通过通信接口一方面上传数据给上位计算机或远方监控中心，另一方面接受上位机或远方监控中心的控制命令。
主要特点：将数据采集、控制保护以及通信集于断路器内，提高了断路器性能；但相应的产品造价高，监控系统比较分散。
3、新型低压配电监控�？樯杓�
低压配电监控技术是与微处理技术、网络通信技术密切相关的。近几年来，一些新技术的兴起，为研制监控装置提供了更好的方法。在总结现有的同类产品的基础上，提出基于DSP技术的新型低压监控�？榈闹饕杓品椒�。
3.1 新型低压配电监控模块设计
新型低压配电监控�？榕渲萌缤糽所示，其主要由二次变换器( PT/CT)、数据采样单元(ADC)、数据处理单元（DSP微处理器）、人机接口单元(MMI)、开关量输入输出模块以及事故打印�？榈�6个基本单元组成。
(1)二次变换器
二次变换器单元主要是将低压系统一次侧传送来的高电压大电流变换成微机测控系统能进行采样的低电压信号，然后传送给数据采集单元和微处理器( DSP单元)进行数据的采集、分析和处理，因此二次变换器中电流互感器( CT)和电压互感器(PT)的传变精度直接影响着测量精确度。本装置中的二次变换器的主要技术指标为：在额定工作状态下，电压和电流测量精度不小于0.2%；在短路大电流以及含有直流分量的情况下，变换器不会发生饱和，波形不畸变，20倍额定电流下的误差小于5%。
(2)数据采集单元
数据采集单元为32路同步数据采集系统，采用同时采样分时转换的方式，其中A/D转换芯片采用了分辨率为16位、转换率为500KSPS的LTC1608芯片。数据采样时，模拟信号首先经过一阶RC低通滤波器及采样保持器，再经多路模拟开关和运放比例衰减，传送到数据缓存区。数据转换时用DSP内部定时器定时触发信号启动32路采样通道同时采样，在AD转换结束时响应中断，通过设定通道选择寄存器逐次采样多路模拟值。
(3)数据处理单元
数据处理单元是基于TI公司的TMS320VC33芯片开发的。数据处理单元的主要硬件资源为芯片内具有34K×32位单周期双获取的高速SRAM，片外扩展了128K x8位EPROM、256K×32位高速RAM、1Mx8位NVRAM和16K×8位EEPROM。TMS320VC33芯片为32位高性能CPU，其具有120~150MFLOPS，60~ 75 MIPS高速浮点运算能力；内含5倍频的锁相环时钟发生器，工作频率为60 MHz;具有4个内部译码页选，可大大简化与I/O及存贮器的接口；总线控制寄存器配置选通控制等待数，全部地址空间统一由控制软件插入等待的个数，可方便灵活地对外部器件进行控制；可以在一个单指令周期内并行进行算数／逻辑单元( ALU)操作和乘法器运算；带有启动程序装载功能，可将固化在片外的EPROM中的程序上电后自动引导装载到快速片内34K×32位高速RAM存贮器中；带有2个地址发生器、8个辅助寄存器和2个辅助寄存器辅助单元( ARAUs)，程序总线、数据总线分开，可同时进行取指和数据读写；具有块重复功能，可零开销循环和单周期分支；具有条件调用、条件返回指令故障录波数据存贮在片外NVRAM中，可连续记录故障前4个周波，故障后6个周波；装置初始值固化在板内的EEPROM，可在线修改，方便程序调试。
(4)人机接口（MMI�？椋┑ピ�
人机接口单元是一个富于人性化的智能终端，是低压配电监控�？椤⒉僮髡呓行畔⒔换坏闹匾方�。操作者一方面可以通过MMI方便地对装置进行一些操作，另一方面能根据MMI模块的提示信息快速地对低压配电系统运行状态进行判断。本装置的MMI单元是基于Rabbit半导体公司的RCM2000芯片开发的。
(5)微型打印机
微型打印机采用智能点阵感热式并行非击打打印机。打印机内部有一片C51单片机对打印头进行控制，打印机与DSP的通信可通过插拔短路块进行切换。
3.2 新型低压配电监控�？榧际跣阅�
(1)32路模拟量同步采样与存贮
现有的智能仪表或智能断路器同段母线数据采样均采用非同步方式，即同母线段每个监控�？槭莶裳毙虿煌�，这样为了计算功率因数、有功功率、无功功率等基本电量需要反复采样同段母线电压，造成成本增加而且计算结果误差大。新型监控模块将尽量保证同段母线上输出回路模拟数据同步采样，避免同段母线电压的反复采样，同时也有利于进行录波数据分析对比，及时发现潜在故障危害。
(2)快速准确的基本电参量计算
母线电压有效值、线路电流有效值、功率因数、系统频率、有功功率等基本电参量计算是低压监控�？榈囊桓鲋匾墓δ堋＜屏客缶哂薪细呔范�，而故障录波启动则注重计算速度，这两者是相互矛盾的。要解决这个矛盾一方面要提高装置微处理器CPU的运算速度；另一方面要改进现有装置的算法。新型监控装置将采用具有高速浮点运算能力的TMS320VC33芯片作为主微处理器，并根据故障录波启动和电参量计算对实时性的要求，选用常用的全波傅立叶差分算法。全波傅立叶差分算法不仅可以滤掉整次谐波和纯直流分量，还可以有效地滤除衰减直流分量。
(3)灵活的通信接口及组网方式
低压监控模块的主板上集成了RS232、RS422及RJ45等多种标准通信接口。RS232和RS422标准串行接口采用了101远动规约，RJ45接口集成了TC P/IP协议，这样装置可适应于多种通信方式的要求，丰富了系统的网络组合模式，同时也提高了通信速率，有利于提高整个系统的稳定性和可靠性。
(4)易于操作的人机交换界面
低压监控�？樯柚昧�240×128的宽温液晶，液晶为中文图形模式显示模式，在系统正常运行循环显示母线电压有效值、各馈线电流有效值、系统功率、系统频率各开关量信息及保护装置的状态等；发生故障时，显示故障时间、故障距离、装置设定定值、装置起动原因。此外，MMI�？榍懊姘寤股柚昧�9个键盘，可方便地完成装置参数设定、特殊操作指令发送等操作。
4、结语
本文基于DSP技术开发研制的新型低压配电智能化监控模块可适应当前对低压监控的要求，可替代传统的RTU装置，实现“四遥”功能。
三门峡富通新能源可根据用户的需求订做各种类型的高低压配电柜开关柜。
