數(shù)字通信技術(shù)和數(shù)字同步技術(shù)在電子式互感器中的應(yīng)用

摘 要：近年來(lái)，數(shù)字化變電站中電子式互感器的應(yīng)用得到了進(jìn)一步的推廣。隨著數(shù)字信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，電子式互感器也積極應(yīng)用了相關(guān)技術(shù)。其中電子式互感器的技術(shù)難點(diǎn)在于數(shù)字通信技術(shù)和數(shù)字同步技術(shù)。電子式互感器簡(jiǎn)易便攜、頻帶卷、又具有優(yōu)良的絕緣性能，較之傳統(tǒng)的電磁式互感器，優(yōu)勢(shì)十分突出。本文針對(duì)我國(guó)現(xiàn)階段數(shù)字通信技術(shù)和數(shù)字同步技術(shù)在電子式互感器中的應(yīng)用現(xiàn)狀以及發(fā)展過(guò)程中存在的問(wèn)題，做出討論分析，并提出一些研究與設(shè)計(jì)的全新技術(shù)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字通信技術(shù)；數(shù)字同步技術(shù)；電子式互感器；應(yīng)用；數(shù)字化變電站

中圖分類(lèi)號(hào)：TM45

在數(shù)字同步技術(shù)中，將數(shù)字信號(hào)波形向前移，并保持線(xiàn)性群延，這種前移是通過(guò)數(shù)字移相和相位均衡技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。進(jìn)行小范圍的相位調(diào)整時(shí)，要依靠二次插值技術(shù)。在數(shù)字通信方面，提出了“分布式采樣值控制塊”的思想，來(lái)彌補(bǔ)電子式互感器標(biāo)準(zhǔn)互操作性比較弱的不足之處，并定制了分布式采樣值控制塊之間的通信協(xié)議。

1 電子式互感器

1.1 電子式互感器的概念。在電子式互感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要通過(guò)采集器來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬電信號(hào)的高精度采集任務(wù)，并將電信號(hào)下傳。電子式互感器的兩大核心是傳感原理新型化和外部接口數(shù)字化。光學(xué)無(wú)源電子式互感器以光學(xué)器件作為傳輸介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集和傳輸；它具有優(yōu)良的信號(hào)傳變性能。另一種非光學(xué)有源電子式互感器，也稱(chēng)羅氏有源電子式互感器，在它的整體結(jié)構(gòu)中，高壓側(cè)的電子回路負(fù)責(zé)采集高精度的電信號(hào)，運(yùn)用羅氏線(xiàn)圈等其他數(shù)據(jù)采集電路和傳感器，將采集到的信號(hào)傳輸?shù)降蛪旱仉娢?。這種傳感技術(shù)相對(duì)來(lái)講比較成熟，但是供電環(huán)境比較復(fù)雜。

電子式互感器的基本結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖1。

圖1 電子式互感器的基本結(jié)構(gòu)

1.2 電子式互感器的輸出信號(hào)。電子式互感器的輸出信號(hào)包括數(shù)字信號(hào)輸出和模擬信號(hào)輸出。其中數(shù)字信號(hào)輸出中的電流測(cè)量值為2D41H，電流保護(hù)數(shù)值確定在01CFH，電壓保持在2D41H；模擬信號(hào)輸出電流互感器為150mV、225mV、4V。

1.3 電子式互感器的特點(diǎn)。電子式互感器滿(mǎn)足了電力系統(tǒng)智能化和數(shù)字化的發(fā)展要求，測(cè)量精度非常高，且它的精度不受載荷變化的影響；有很好的絕緣性，因此，安全性比較高；不存在電流互感器開(kāi)路或是電壓互感器短路的風(fēng)險(xiǎn)，電子式互感器動(dòng)態(tài)范圍比較大；它不含鐵芯，避免了鐵磁諧振現(xiàn)象的發(fā)生；輕便、易攜，有良好的暫態(tài)特性。

1.4 電子式互感器的配置原則。110KV及以上電壓條件下，要綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)先進(jìn)性，一般選用電子式互感器時(shí)，要全面把握其技術(shù)性和成本投入，可以選用電子式互感器或常規(guī)互感器；若電壓在66KV及以下，用戶(hù)外敞開(kāi)配電裝置保護(hù)測(cè)控集中布置的情況下，可以采用電子式傳感器或者常規(guī)傳感器，若果保護(hù)測(cè)控下放布置，選用常規(guī)傳感器不較好。

2 數(shù)字通信技術(shù)和同步技術(shù)在電子式互感器中的應(yīng)用

2.1 IED服務(wù)器模型。在電子式互感器的數(shù)字通信技術(shù)中，通過(guò)IEC61850-9-2LE標(biāo)準(zhǔn)配置思想搭建了IED服務(wù)器，在該服務(wù)器模型中，采集到的信號(hào)被綁定在兩個(gè)采樣值控制塊上，即MSVCB01和MSVCB02，前者負(fù)責(zé)8路電流和電壓的打包發(fā)送任務(wù)，后者將4路保護(hù)電流數(shù)據(jù)打包，并發(fā)送。兩個(gè)采樣值控制塊還需要分析相關(guān)的信息狀態(tài)。

2.2 分布式采樣值控制塊的可行性。IEC61850-9-2LE標(biāo)準(zhǔn)配置的采樣值控制塊包括采樣值報(bào)文傳輸和采樣值控制塊讀寫(xiě)，前者傳輸?shù)膱?bào)文直接到達(dá)以太網(wǎng)，要求具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性；采樣值控制塊讀寫(xiě)通過(guò)特定的通信服務(wù)映射，主要負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程控制和在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，對(duì)實(shí)時(shí)性要求不是很高，但是具有很大的難度和復(fù)雜性。采樣值報(bào)文傳輸和采樣值控制塊讀寫(xiě)這兩項(xiàng)服務(wù)的性質(zhì)完全不同，就現(xiàn)階段的單核心系統(tǒng)而言，要想實(shí)現(xiàn)兩者同時(shí)進(jìn)行是比較困難的。在實(shí)際通信中，MU服務(wù)器和客戶(hù)端之間的聯(lián)系通過(guò)MMS來(lái)實(shí)現(xiàn)連接。

2.3 分布式采樣值控制塊之間的通信協(xié)議的定制。分布式采樣值控制塊之間的通信協(xié)議包括FPGA和ARM通信協(xié)議，客戶(hù)端要實(shí)現(xiàn)對(duì)SMV包發(fā)送的控制，就需要通過(guò)改變ARM中的對(duì)象的屬性，通過(guò)建立通信聯(lián)系，可以達(dá)到控制SMV包發(fā)送的目的。

ARM系統(tǒng)通過(guò)S-requests向FPGA系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求，F(xiàn)PGA系統(tǒng)接受請(qǐng)求信息，然后經(jīng)過(guò)調(diào)整和修改，把S-requests原語(yǔ)反饋給ARM系統(tǒng)。其中，ARM系統(tǒng)同時(shí)扮演著客戶(hù)端和服務(wù)器的雙重角色是分布式采樣值控制塊的核心部分。伴隨著數(shù)字通信技術(shù)和數(shù)字同步技術(shù)的發(fā)展，電子式互感器中的各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程會(huì)得到進(jìn)一步的完善，客戶(hù)端與服務(wù)端之間的溝通和反饋質(zhì)量也會(huì)不斷得以提升。

3 結(jié)語(yǔ)

數(shù)字通信技術(shù)和數(shù)字同步技術(shù)在電子式互感器中的應(yīng)用，使電子互感器的優(yōu)勢(shì)凸現(xiàn)出來(lái)，改良了常規(guī)互感器在絕緣、精度、諧振、飽和等方面的問(wèn)題，也滿(mǎn)足了電力系統(tǒng)智能化和數(shù)字化的發(fā)展要求。電子式互感器測(cè)量精度非常高，有很好的絕緣性，安全性比較高；不存在電流互感器開(kāi)路或是電壓互感器短路的風(fēng)險(xiǎn)，電子式互感器動(dòng)態(tài)范圍比較大；它不含鐵芯，避免了鐵磁諧振現(xiàn)象的發(fā)生；輕便、易攜，有良好的暫態(tài)特性。在配置電子式互感器時(shí)，要綜合考慮其技術(shù)的科學(xué)性、先進(jìn)性以及經(jīng)濟(jì)性。對(duì)電子式互感器的研究要進(jìn)一步深入，不斷提高其穩(wěn)定性和可靠性，將羅氏線(xiàn)圈型電子互感器的高壓側(cè)改裝到低壓側(cè)，這是需要重點(diǎn)完善的技術(shù)，這樣可以有效減短停電的檢修時(shí)間。要進(jìn)一步推廣電子式互感器與斷路器、變電器的集成組合應(yīng)用，更好地實(shí)現(xiàn)客戶(hù)端與服務(wù)端的連接。伴隨著數(shù)字通信技術(shù)和數(shù)字同步技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，電子式互感器廠(chǎng)家的產(chǎn)品質(zhì)量也會(huì)逐步得到提升。

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作者簡(jiǎn)介：宋峰（1980.10.23-），河北省霸州市人，項(xiàng)目開(kāi)發(fā)工程師，學(xué)士學(xué)位，研究方向：計(jì)算機(jī)。