一種智能電網(wǎng)諧波檢測系統(tǒng)的架構(gòu)

侯利明

摘 要：在世界能源危機(jī)的影響下，我國根據(jù)自身的能源結(jié)構(gòu)及能源人均擁有量偏低的實(shí)際情況，把節(jié)能減排制定為我國的一項(xiàng)基本國策，堅(jiān)強(qiáng)、自愈、兼容、經(jīng)濟(jì)、集成、優(yōu)化的智能電網(wǎng)自然而然地被我國選為推動(dòng)環(huán)保型經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐。本文根據(jù)當(dāng)前變壓器諧波損耗的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，利用迅速發(fā)展的集成電路、計(jì)算機(jī)、電子信息等技術(shù)，架構(gòu)出了一套實(shí)用、智能、高效的配電變壓器諧波在線監(jiān)測系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；諧波檢測；系統(tǒng)；架構(gòu)

在由發(fā)電站、供配電變壓器、用戶等三方所構(gòu)成的整個(gè)電力系統(tǒng)中，配電變壓器的作用顯得至關(guān)重要，電網(wǎng)電壓必須要通過配電變壓器這座不可或缺的溝通橋梁才能把電壓分配給用戶，用戶直接使用前也得經(jīng)過配電變壓器的降壓，其運(yùn)行的各種數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測是配電自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)重要方面。配電變壓器監(jiān)測終端（簡稱配變終端）是一種對變壓器進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與控制的自動(dòng)化終端設(shè)備，它可以通過通信網(wǎng)絡(luò)與配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)相連，并上報(bào)監(jiān)測的各種數(shù)據(jù)。

1 配變終端總體結(jié)構(gòu)與構(gòu)成

配電變壓器諧波損耗在線監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)原理：變壓器一次側(cè)和二次側(cè)的電壓/電流互感器將電流、電壓轉(zhuǎn)換成與后續(xù)電路相匹配的電流、電壓，經(jīng)過信號的前端處理和低通濾波，送給DSP2812內(nèi)部集成的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字化采集，通過GPRS無線通信方式就可以把所需信息傳送給遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)站。由遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)站智能電網(wǎng)終端實(shí)時(shí)損耗在線監(jiān)測軟件平臺(tái)生成變壓器運(yùn)行參數(shù)信息，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)、管理、發(fā)布和參數(shù)配置等功能。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)站軟件平臺(tái)具有良好的人機(jī)交互接口界面，能清晰地顯示監(jiān)控電網(wǎng)終端結(jié)構(gòu)，具有實(shí)時(shí)報(bào)表、實(shí)時(shí)趨勢、報(bào)警等監(jiān)控功能，可以為電力工作人員動(dòng)態(tài)地監(jiān)測變壓器諧波損耗提供實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的有力依據(jù)。

2 系統(tǒng)的各個(gè)組成部分及其實(shí)現(xiàn)的功能

2.1 電流互感器和電壓互感器

在現(xiàn)場測量變壓器電流信號時(shí)，為了能夠比傳統(tǒng)的零序電流互感器在安裝和操作上更加方便和快捷，我們選用可以直接將其接入配電變壓器輸出端的電流互感器，且包括變比、測量范圍、精度等級和工作溫度等適合我們工程需要的各項(xiàng)性能指標(biāo)。類似的，我們也會(huì)選擇能夠直接接入配電輸出端，且具有外圍電路簡單、線性度好和測量精度高的特點(diǎn)，而且，包括額定輸入電壓、二次輸出、精度等級和工作溫度在內(nèi)的各項(xiàng)性能指標(biāo)完全能夠滿足現(xiàn)場的工作環(huán)境要求。

2.2 采集信號前端處理

采集信號前端處理包括電壓采集前端處理和電流采集前端處理。電壓采集前端處理主要實(shí)現(xiàn)的功能是將來自電壓互感器的高電壓信號按比例變換并對其進(jìn)行直流偏置，以匹配ADC模塊的測量電壓。將變壓器輸出端經(jīng)過電流互感器的電流經(jīng)由電流采集前端處理轉(zhuǎn)換為電壓信號，并對其進(jìn)行直流偏置和反相變換，使其滿足DSP2812的模數(shù)轉(zhuǎn)換范圍。

2.3 低通濾波處理

電流/電壓雖然經(jīng)過前端處理，但是信號中難免有高頻部分出現(xiàn)，為了防止信號混疊和對后續(xù)的諧波信號測量產(chǎn)生干擾，必須進(jìn)行低通濾波處理。

2.4 數(shù)字信號處理

數(shù)字信號處理包括對整個(gè)系統(tǒng)的采樣、數(shù)據(jù)處理、對外接口和通信等一系列工作，系統(tǒng)采用美國德州儀器最新推出的數(shù)字信號處理器TMS320F2812，該芯片集成了嵌入式系統(tǒng)的許多先進(jìn)技術(shù)，包括改進(jìn)型的哈佛總線結(jié)構(gòu)、流水線操作、專用的硬件乘法器、通用JPTG調(diào)試接口和高性能的靜態(tài)CMOS技術(shù)。

2.5 GPRS無線通信模塊

在本系統(tǒng)中GPRS無線通信模塊所要完成的任務(wù)就是將DSP2812傳送過來的有關(guān)信息借助GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸給主控中心，還有就是監(jiān)控中心反饋回來的控制命令信息也必須通過GPRS無線通信模塊來傳輸給數(shù)字信號處理器。GPRS移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，必須按照IP協(xié)議才能進(jìn)行，所以GPRS通信模塊發(fā)送數(shù)據(jù)之前，必須對DSP2812傳入的數(shù)據(jù)進(jìn)行TCP/IP封裝，封裝之后才能發(fā)送出去；這個(gè)原理也一樣適用于來自主控中心的操作命令有效，數(shù)據(jù)包傳送給MCU模塊之前，數(shù)據(jù)包必須進(jìn)行拆封。因此，TCP/IP協(xié)議處理和GPRS發(fā)射兩部分是該模塊的重要組成部分。

2.6 GPRS網(wǎng)絡(luò)

現(xiàn)場的有關(guān)參數(shù)只有借助通信網(wǎng)絡(luò)才能夠?qū)崟r(shí)地傳送到監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)，繼而從監(jiān)控中心發(fā)出的命令指示也必須通過通信網(wǎng)絡(luò)來傳輸給遠(yuǎn)程受到監(jiān)控的裝置，并應(yīng)該且能夠及時(shí)發(fā)出響應(yīng)。在系統(tǒng)中，我們優(yōu)先選用GPRS通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控中心與遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置之間的數(shù)據(jù)傳輸功能，因?yàn)镚PRS核心網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)分組型數(shù)據(jù)網(wǎng)，支持IP通信協(xié)議，可以跟Internet網(wǎng)絡(luò)無縫對接。

2.7 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心作為工作人員直觀、直接察看現(xiàn)場電網(wǎng)和變壓器運(yùn)行狀態(tài)的重要崗位，其主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集終端經(jīng)過GPRS通信模塊通信發(fā)送過來的數(shù)據(jù)信息，其中包括接收數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)和圖表的直觀顯示和歷史系統(tǒng)數(shù)據(jù)大量、持久的存儲(chǔ)以及發(fā)送控制信息。所以，主控中心的設(shè)計(jì)最重要地包括所涉及到的軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的應(yīng)用程序的命令語句。

3 結(jié)語

本文本著智能電網(wǎng)配電變壓器諧波檢測的特點(diǎn)，利用DSP、GPRS無線通信等模塊架構(gòu)出了以上的配電諧波監(jiān)測系統(tǒng)。

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