基于戶(hù)內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜智能核相方法研究

楊平禮 任明遠(yuǎn) 李春華 李強(qiáng)仁 陳振勇

摘 要：環(huán)網(wǎng)柜在配電網(wǎng)絡(luò)體系中發(fā)揮著重要的作用。戶(hù)內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜智能核相方法的應(yīng)用，可以在提升戶(hù)內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜智能化水平的基礎(chǔ)上，為整體配網(wǎng)性能的優(yōu)化提供保障。文章從智能化環(huán)網(wǎng)柜系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與功能優(yōu)勢(shì)入手，對(duì)基于戶(hù)內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜的智能核相方法進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞：戶(hù)內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜；智能核相方法；相位檢測(cè)方法

中圖分類(lèi)號(hào)：TM72 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）28-0126-02

Abstract： Ring cabinets play an important role in the distribution network system. The application of intelligent phase checking method of indoor ring network cabinet can provide guarantee for the optimization of overall distribution network performance on the basis of raising the intelligent level of indoor ring network cabinet. Starting with the overall structural design and functional advantages of the intelligent ring network cabinet system， this paper probes into the intelligent phase checking method based on the indoor ring network cabinet.

Keywords： indoor ring network cabinet； intelligent phase checking method； phase detection method

環(huán)網(wǎng)柜在電力系統(tǒng)法術(shù)配電及電能消耗中發(fā)揮著開(kāi)斷、關(guān)合線(xiàn)路，監(jiān)測(cè)運(yùn)行電量數(shù)據(jù)的功能。它可以在利用網(wǎng)絡(luò)機(jī)制實(shí)施自動(dòng)化運(yùn)作的基礎(chǔ)上，為供電部門(mén)的遠(yuǎn)程智能化指揮管理提供保障，進(jìn)而發(fā)揮出提升供電管理效率與供電管理質(zhì)量的作用。隨著配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)整體負(fù)荷壓力的增加，傳統(tǒng)環(huán)網(wǎng)柜系統(tǒng)已經(jīng)難以滿(mǎn)足電網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)際需求，智能化環(huán)網(wǎng)柜系統(tǒng)在電網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，已經(jīng)成為了電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的保障因素。

1 智能化環(huán)網(wǎng)柜系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與功能優(yōu)勢(shì)

1.1 智能化環(huán)網(wǎng)柜系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

環(huán)網(wǎng)柜具有密封性能強(qiáng)、絕緣性能良好和后期保養(yǎng)簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)[1]。它可以為配電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供保障。一般情況下，智能化環(huán)網(wǎng)柜系統(tǒng)主要包含有以下內(nèi)容：一是環(huán)網(wǎng)柜系統(tǒng)的控制模塊；二是環(huán)網(wǎng)柜的電源自供操作系統(tǒng)；三是環(huán)網(wǎng)柜系統(tǒng)的臭氧絕緣監(jiān)測(cè)設(shè)備；四是環(huán)網(wǎng)柜的無(wú)源閉鎖裝置。出于滿(mǎn)足環(huán)網(wǎng)柜系統(tǒng)的智能化需求，設(shè)計(jì)人員需要在為環(huán)網(wǎng)柜的基礎(chǔ)功能提供保障的基礎(chǔ)上，對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行智能化創(chuàng)新。如在智能化環(huán)網(wǎng)柜系統(tǒng)的控制模塊設(shè)計(jì)方面，相關(guān)人員需要為戶(hù)內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜的遙信功能與遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通信功能等功能提供保障，精準(zhǔn)化的遙信算法可以在消除智能控制模塊中的遙信抖動(dòng)與通信誤動(dòng)的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行有效記錄，遙控功能可以為環(huán)網(wǎng)柜智能化遠(yuǎn)程操作體系的正常運(yùn)行提供保障。

1.2 智能化環(huán)網(wǎng)柜系統(tǒng)的功能優(yōu)勢(shì)

智能化環(huán)網(wǎng)柜系統(tǒng)的功能優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下方面：一是，技術(shù)指標(biāo)方面；二是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；三是環(huán)網(wǎng)柜系統(tǒng)的整體功能性。通過(guò)對(duì)環(huán)網(wǎng)柜系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，智能化裝置與集成化裝置的應(yīng)用，有助于配網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)關(guān)站的集中式監(jiān)控體系的構(gòu)建，插箱式結(jié)構(gòu)與緊湊結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，也可以發(fā)揮出節(jié)約裝置空間的作用。在環(huán)網(wǎng)柜系統(tǒng)整體功能性方面，智能化環(huán)網(wǎng)柜系統(tǒng)可以為配網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)關(guān)站集中式監(jiān)控體系的構(gòu)建提供支持，也可以讓系統(tǒng)閉鎖方式得到優(yōu)化，故而智能化戶(hù)外環(huán)網(wǎng)柜在電力系統(tǒng)具有著較為廣闊的應(yīng)用前景。

2 戶(hù)內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜的智能核相方式

2.1 戶(hù)內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜核相方式存在的問(wèn)題

高壓柜內(nèi)兩路或多路電纜進(jìn)線(xiàn)的相位核對(duì)，是電力系統(tǒng)相關(guān)操作人員在開(kāi)關(guān)站開(kāi)閉所、戶(hù)內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜合環(huán)供電路時(shí)不可缺少的措施[2]。在核相工作開(kāi)展過(guò)程中，相關(guān)人員會(huì)讓兩核向棒接觸高壓回路的導(dǎo)電體，并通過(guò)利用電壓表測(cè)量?jī)珊讼喟舻亩坞妷旱姆绞剑_定兩個(gè)高壓回路的對(duì)應(yīng)相位。這種核相方式是利用核相棒直接從高壓回路提取信號(hào)的措施，在核相工作實(shí)施過(guò)程中，相關(guān)人員需要在解開(kāi)高壓開(kāi)關(guān)柜柜鎖的情況下開(kāi)展核相作業(yè)，核相過(guò)程存在著違反操作規(guī)程的問(wèn)題。核相期間出現(xiàn)的重大責(zé)任事故會(huì)嚴(yán)重影響人身安全和設(shè)備安全。在兩個(gè)高壓回路中接入具有相同支柱的絕緣子式傳感器的措施也是一種較為常用的核相措施。支柱絕緣子式傳感器可以將二次信號(hào)引至插座，相關(guān)人員可以將移動(dòng)式核相器安裝于插座之上，并借助核相器內(nèi)包含的交流指示器開(kāi)展核相操作。根據(jù)這一核相措施的實(shí)施情況，核相器中應(yīng)用有高電阻值的電壓表和氖燈。設(shè)備在核相工作開(kāi)展過(guò)程中會(huì)表現(xiàn)出攜帶不便及易損壞的問(wèn)題。除此以外，這一核相方式并不能在距離相對(duì)較遠(yuǎn)的戶(hù)內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜核相工作開(kāi)展過(guò)程中。根據(jù)戶(hù)內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜核相方式的應(yīng)用現(xiàn)狀，戶(hù)內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜智能核相方式的應(yīng)用，是促進(jìn)戶(hù)內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜系統(tǒng)智能化水平提升的有效措施。

2.2 戶(hù)內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜的智能核相方法

根據(jù)智能控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，適用于戶(hù)內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜核相工作的核相方法主要包含有以下內(nèi)容：一是，過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)法；二是，Prony法；三是，相關(guān)分析法；四是，波形變換法；五是瞬時(shí)值法。以過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)法為例，這一核相方法與兩個(gè)或多個(gè)同頻信號(hào)過(guò)零點(diǎn)的時(shí)差之間具有一定的聯(lián)系，在過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)法應(yīng)用于戶(hù)內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜核相領(lǐng)域以后，相關(guān)人員可以在計(jì)算兩個(gè)或多個(gè)同頻信號(hào)過(guò)零點(diǎn)的信號(hào)差的基礎(chǔ)上，將時(shí)間差轉(zhuǎn)變?yōu)橄辔徊頪3]。下圖所示的內(nèi)容為過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)法的應(yīng)用效果圖。

根據(jù)圖中所反映的內(nèi)容，S1和S2指代的內(nèi)容為兩種同頻化的正弦信號(hào)；T1和T2可以被看作是兩種正弦信號(hào)相鄰的過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻，ΔT可以被看作是T1與T2之間的時(shí)間差。根據(jù)上述內(nèi)容，相關(guān)人員可以借助信號(hào)采樣周期信號(hào)和時(shí)間差內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)等參數(shù)，將時(shí)間差轉(zhuǎn)化為相位差。在難以直接測(cè)取過(guò)零點(diǎn)的情況下，相關(guān)人員可以根據(jù)過(guò)零點(diǎn)附近的電壓正負(fù)變換特點(diǎn)，確定與2個(gè)正負(fù)電壓相鄰的采樣點(diǎn)，進(jìn)而確定過(guò)零點(diǎn)的位置。Prony法是建立在譜分析技術(shù)基礎(chǔ)之上的信號(hào)處理技術(shù)，它可以在提取信號(hào)特征量的基礎(chǔ)上，對(duì)給定信號(hào)的頻率、幅值和相位等內(nèi)容進(jìn)行分析。相關(guān)分析法在戶(hù)內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜核相工作開(kāi)展過(guò)程中，發(fā)揮出良好的噪聲抑制能力[4]。離散傅里葉變換法是瞬時(shí)值法的代表因素。在離散傅里葉變換法應(yīng)用于戶(hù)內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜智能核相工作以后，相關(guān)人員可以在無(wú)需濾波的情況下，完成多個(gè)分量的計(jì)算。

2.3 戶(hù)內(nèi)相位檢測(cè)方法的選擇

通過(guò)對(duì)不同的相位測(cè)量方式進(jìn)行分析，過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)法是易于實(shí)現(xiàn)的一種智能化核相方法；這種核相方法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，可以表現(xiàn)出實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)，但是在被測(cè)信號(hào)出現(xiàn)一定波動(dòng)的情況下，過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)法的檢測(cè)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生一定的誤差[5]。Prony法可以在低頻震蕩分析領(lǐng)域發(fā)揮自身的作用，但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)抗干擾能力差的問(wèn)題。根據(jù)戶(hù)內(nèi)相位檢測(cè)工作的實(shí)際情況，這種檢測(cè)方式也可以在頻率估計(jì)及諧波分析等領(lǐng)域得到應(yīng)用。相關(guān)分析法雖然具有噪聲抑制能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，但是它對(duì)硬件設(shè)備的要求相對(duì)較高，在核相工作實(shí)施過(guò)程中，也會(huì)表現(xiàn)出缺乏實(shí)時(shí)性的問(wèn)題。離散傅里葉變換法是一種較為理想的戶(hù)內(nèi)相位檢測(cè)方式，這一檢測(cè)方式的濾波作用相對(duì)良好，其在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中也可以表現(xiàn)出計(jì)算精準(zhǔn)和計(jì)算速度快的優(yōu)勢(shì)。

2.4 電力核相系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)智能控制的電力核相技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，嵌入式硬件是戶(hù)內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜智能核相工作中常用的一種核相系統(tǒng)。與之相關(guān)的嵌入式硬件多應(yīng)用有32位主流架構(gòu)。X86、ARM等微處理器是戶(hù)內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜智能核相系統(tǒng)中常用的硬件類(lèi)型。以ARM處理器為例，此類(lèi)處理器在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中具有體積小、功耗低和低成本等優(yōu)勢(shì)。它可以大量使用寄存器的基礎(chǔ)上，促進(jìn)指令執(zhí)行速度的提升。指令長(zhǎng)度的固定化也是此類(lèi)處理器的主要特點(diǎn)。

在電力核相系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)方面，智能化的電力核相系統(tǒng)主要由電力線(xiàn)、數(shù)據(jù)采集電路和嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)等多部分內(nèi)容構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集電路和嵌入式平臺(tái)電路可以被看作是系統(tǒng)之中的兩大核心線(xiàn)路。數(shù)據(jù)采集電路可以發(fā)揮出采集電力線(xiàn)信號(hào)模擬量的作用。根據(jù)戶(hù)內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜系統(tǒng)的實(shí)際特點(diǎn)，此類(lèi)設(shè)備的核相以二次核相為主，故而電壓互感器的電路設(shè)計(jì)與整形電路需要滿(mǎn)足二次核相的實(shí)際需求。ADRAM存儲(chǔ)系統(tǒng)和FLASH存儲(chǔ)系統(tǒng)等系統(tǒng)也在嵌入使平臺(tái)的核心電路之中發(fā)揮著一定的作用。

在系統(tǒng)軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)方面，Linux系統(tǒng)是戶(hù)內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜智能核相系統(tǒng)中的常用系統(tǒng)。與之相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序需要滿(mǎn)足設(shè)備初始化、數(shù)據(jù)傳送（數(shù)據(jù)在內(nèi)核與硬件之間的傳送）和數(shù)據(jù)讀取等功能。為提升智能核相系統(tǒng)的可操作性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者也可以將GoAhead服務(wù)器應(yīng)用于系統(tǒng)的軟件平臺(tái)之中。B/S模式與Web服務(wù)之間的融合，可以為系統(tǒng)的電網(wǎng)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控功能提供一定的保障。在系統(tǒng)允許的情況下，設(shè)計(jì)者也可以通過(guò)諧波分析和功率分析等方式，增加監(jiān)控信息。

3 結(jié)束語(yǔ)

戶(hù)內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜傳統(tǒng)核相工作具有一定的復(fù)雜性。基于智能控制的電力核相系統(tǒng)的應(yīng)用，是提升戶(hù)內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜智能化管理水平，提升核相工作安全性的可行措施。根據(jù)戶(hù)內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜的實(shí)際特點(diǎn)，離散傅里葉轉(zhuǎn)換法可以為核相結(jié)果的精度與準(zhǔn)確度提供保障。嵌入式linux實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以為系統(tǒng)的嵌入式特性提供保障。在戶(hù)內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜智能核相方法應(yīng)用于核相工作以后，相關(guān)人員也可以借助和核相系統(tǒng)，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

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