基于DSP的備用電源自動投入裝置的設(shè)計

趙 麗

(江蘇科技大學(xué)張家港校區(qū)，江蘇張家港215600)

0 引言

備用電源自動投入BZT裝置是當(dāng)工作電源因故障或其他緣故被斷開后，能迅速自動地將備用電源或其他工作電源投入工作，使工作電源被斷開的用戶不至于停電的一種自動裝置［1]。近幾年國內(nèi)110kV電網(wǎng)已開環(huán)運行，為確保供電可靠性，各供電公司在110kV及以下變電站中均裝設(shè)備自投裝置并投入運行，作為提高供電可靠性的重要措施。一旦電網(wǎng)發(fā)生故障，工作線路或工作變壓器將被切除，此時由于BZT裝置迅捷動作，可以消除用戶的停電故障。

本文在研究變電站綜合自動化系統(tǒng)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種基于DSP+ARM的備自投裝置，該裝置的硬件以TI公司生產(chǎn)的DSP芯片TMS320F2812和Atmel公司生產(chǎn)的AT91SAM9261芯片為核心。

1 BZT裝置總體設(shè)計方案

BZT裝置接入各斷路器的位置接點和其他有關(guān)接點，用于BZT邏輯判斷，并根據(jù)定值和各斷路器位置，自動投入相應(yīng)的BZT方式。開入量輸入回路應(yīng)具有防抖功能，軟件處理完成適當(dāng)延時及頻率過濾。但延時不能過長，應(yīng)小于最短的斷路器跳閘時間。某些瞬動的開入狀態(tài)應(yīng)具有自保持功能。需要設(shè)置BZT的變電站的典型主接線圖如圖1所示:單母線分段分別接入二條電源進(jìn)線或通過二臺變壓器接入二電源進(jìn)線。一般不采用合環(huán)運行方式，而BZT方式以保證供電的可靠性。

該裝置設(shè)置四種備用電源備自投方式，要求根據(jù)設(shè)置運行方式選擇投退:分別是分段BZT投退、進(jìn)線BZT投退、變壓器BZT投退和遠(yuǎn)方BZT投退，其中進(jìn)線BZT和變壓器BZT可以自動識別進(jìn)線備用方式，BZT裝置每次只能選擇一種備用方式，不可同時進(jìn)行。

圖1 BZT主接線示意圖

BZT裝置需要完成的工作分為兩個方面:下位機(jī)完成采集電網(wǎng)的電壓、電流等模擬信號，并對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算和分析，結(jié)合開關(guān)量的輸入判斷動作的執(zhí)行，完成投入工作，同時把數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)。上位機(jī)完成數(shù)據(jù)的接收、人機(jī)界面的顯示、數(shù)據(jù)存儲和打印等功能。系統(tǒng)分析圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)分析圖

2 BZT裝置硬件設(shè)計

基于DSP的BZT裝置主要由測量終端和管理終端兩部分組成，測量終端主要完成模擬信號的采集、信號的A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的計算和RS-485通信等主要功能。其硬件設(shè)計原理圖如圖3所示。

在其控制電路中，數(shù)字信號處理器上交流采樣信號的輸入端與電流電壓互感器相連，然后再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行快速模擬量采集;其開關(guān)量采集模塊的信號輸入端與斷路器位置開關(guān)相連，通過數(shù)字信號處理器中的數(shù)字量I/O口采集。開關(guān)量輸出信號通過中間繼電器連接到電力線路中的斷路器，控制其投切。各個模擬量數(shù)據(jù)及備用電源自動投入裝置運行狀態(tài)通過通信接口顯示在液晶顯示控制屏上。人機(jī)接口界面可以向DSP發(fā)送命令，控制斷路器的投切，在線修改參數(shù)及查看當(dāng)前的數(shù)據(jù)記錄等操作。

圖3 BZT硬件設(shè)計原理圖

管理終端采用ATMEL公司生產(chǎn)的以ARM9為核心的AT91SAM9261芯片，完成人機(jī)交互界面，鍵盤、信號指示燈等部分的控制，數(shù)據(jù)的存儲和打印等，并與測量終端的數(shù)據(jù)通信。其硬件設(shè)計原理圖如圖4所示。

3 BZT裝置的軟件設(shè)計

BZT主程序的流程圖如圖5所示。

圖5 主程序流程圖

裝置上電或復(fù)位后，系統(tǒng)首先進(jìn)行初始化，包括各個芯片及寄存器的初始化，然后進(jìn)入主循環(huán)。在主程序循環(huán)中進(jìn)行以下的五部分工作:①對各個器件進(jìn)行自檢，發(fā)現(xiàn)裝置故障會報警;②調(diào)用數(shù)據(jù)處理模塊計算出有效值;③動作判斷模塊根據(jù)上一步的計算結(jié)果采取相應(yīng)的動作;④刷新液晶顯示器和各指示燈的顯示;⑤通信部分。

4 抗干擾設(shè)計

由于繼電保護(hù)裝置的工作環(huán)境比較惡劣，所以電磁干擾問題很嚴(yán)重。這些干擾頻率高、幅度大、持續(xù)時間短，通過電磁耦合很容易進(jìn)入保護(hù)裝置的內(nèi)部。干擾不僅對模擬電流和電壓采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有影響，而且可能損壞裝置中的一些元器件，甚至還可能導(dǎo)致程序紊亂，使裝置無法正常運行，造成保護(hù)的誤動作。

為了提高裝置的抗干擾能力，要求硬件系統(tǒng)可靠地接地、屏蔽和隔離。例如經(jīng)過光電隔離電路將開關(guān)量輸入、輸出回路與繼電器保護(hù)的主系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的隔離，使兩者不存在電的直接聯(lián)系。同時還應(yīng)通過完善軟件的性能，提高裝置的抗干擾能力。軟件中故障自檢模塊使裝置具有自動檢測和自診斷能力，而且還可以對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行糾錯。

5 結(jié)語

本文設(shè)計的基于DSP的BZT裝置通過測量進(jìn)線和母線的電壓值和電流值，判斷當(dāng)前的運行狀態(tài)，根據(jù)設(shè)定的功能完成BZT功能。此外，該裝置還有過負(fù)荷聯(lián)切及PT斷線監(jiān)測等功能。

該裝置通過了國家電磁兼容實驗室的電磁兼容實驗，各項指標(biāo)均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，并且通過了檢驗中心的功能檢驗，各項功能也均已實現(xiàn)。

［1] 徐金玲，鄭建勇.基于uC/OS－II的備用電源自動投入裝置設(shè)計［J] .北京:單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)，2005，9:56－59

［2] 唐濤，諸偉楠，楊儀松等.發(fā)電廠與變電站自動化技術(shù)及其應(yīng)用［M] .北京:中國電力出版社，2005

［3] 許正亞.電力系統(tǒng)自動裝置［M] .北京:水利電力出版社，1990

［4] 劉瀘平，湯大海等.一種新型自適應(yīng)備投方案及其實現(xiàn)［J] .南京:電力自動化設(shè)備，2005，25(8):84－86

［5] 王西平.一種設(shè)備靈活可靠的微機(jī)備自投裝置［J] .南京:電力自動化設(shè)備，2000，2(20):18－20

［6] 楊奇遜，黃少鋒.微型機(jī)繼電保護(hù)基礎(chǔ)(第二版)［M] .北京:中國電力出版社，2005.1:79－80，95－98，101－105，123－125