DSP技術的35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測系統(tǒng)

王顯力 王應宇 王 勛 張乃莉

（1.國網(wǎng)河北省電力有限公司培訓中心；2.北京科東電力控制系統(tǒng)有限責任公司）

35kv電網(wǎng)以其低能耗的優(yōu)勢受到廣泛應用，在運行過程中，受外界環(huán)境的影響很容易出現(xiàn)故障。35kv電網(wǎng)運行包括5部分，分別為：整流、中間直流儲能、逆變、控制以及制動。及時監(jiān)測35kv電網(wǎng)故障，是確保35kv電網(wǎng)運行安全、穩(wěn)定工作的重要前提條件。目前，我國應用的35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測系統(tǒng)，主要采用主動自報的方式監(jiān)測35kv電網(wǎng)中的具體參數(shù)，并通過GPRS傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)。此系統(tǒng)在實際應用中存在監(jiān)測精度低的問題，無法實時地動態(tài)地精準監(jiān)測35kv電網(wǎng)故障。而DSP技術作為一種數(shù)字信號處理技術，具備覆蓋范圍廣、精度高、耗能低以及成本低廉等優(yōu)勢，在眾多數(shù)字信號處理技術中脫穎而出。為此，本文基于DSP技術設計一種新型35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測系統(tǒng)，提高35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測精度。

1 DSP技術

DSP是一種數(shù)字信號處理技術，是將信號轉換為數(shù)字形式，通過專用集成電路，取消監(jiān)控端數(shù)據(jù)傳輸過程中原有的集中器，并在此過程中對數(shù)字信號做出相應的處理。DSP技術能夠直接在GMTS或者LTEG網(wǎng)絡架構上實現(xiàn)，可以實現(xiàn)多網(wǎng)絡部署，為35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測系統(tǒng)的設計提供了強有力的技術支持。

2 硬件設計

2.1 傳感器

本文設計的傳感器型號為POW-5894262，用于測量35kv電網(wǎng)故障電壓、電流等關鍵參數(shù)的實時狀態(tài)。傳感器內置MPU-90120 芯片，能夠有效提高35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測的數(shù)據(jù)傳感精度。具體參數(shù)指標如表1所示。

表1 POW-5894262傳感器參數(shù)指標

結合表1所示指標，POW-5894262傳感器工作電壓為2.8～6.5V，所承受電流值小于40mA。該傳感器能夠測量故障以及非故障狀態(tài)下的35kv電網(wǎng)運行參數(shù)，滿足35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測的要求。

2.2 專用集成電路（ASIC）

為確保系統(tǒng)中的監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠高效傳輸，運用DSP技術設計專用集成電路（ASIC），表格化傳感器接收端的有效信號功率。通過專用的DSP芯片傳輸35kv電網(wǎng)故障中的各項監(jiān)測數(shù)據(jù)，減小信源信號的冗余度，將出現(xiàn)傳輸錯誤的幾率降至最低。

2.3 監(jiān)測主機

設計監(jiān)測主機，型號為OM-A6X2547888，無需依賴網(wǎng)絡即可完成對35kv電網(wǎng)設備運行參數(shù)的采集，集中監(jiān)控管理，并報警。在故障狀況下，完成關鍵數(shù)據(jù)監(jiān)測、現(xiàn)場圖像采集、報警信息發(fā)布、遠程控制等操作。

3 軟件設計

3.1 跟蹤35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測信號

在35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測過程中，首先要明確35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測信號的發(fā)射點與傳輸路徑?；谛盘柗治?，假定監(jiān)測振動信號可表示35kv電網(wǎng)故障的實時狀態(tài)，設35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測振動信號的表達式為y，則有公式(1)：

式中：m是信號濾波轉換次數(shù)；j是35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測振動信號的選擇傳輸路徑；Amj是35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測振動信號濾波轉換次數(shù)序列分布平方和；n是35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測振動信號跟蹤節(jié)點區(qū)域系數(shù)。重構35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測信號在傳輸路徑的排列。假定經(jīng)過濾波轉換后，35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測信號的能量傳輸呈現(xiàn)逐步遞減趨勢，則跟蹤35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測信號的目標函數(shù)為：

式中：k是35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測信號能量值。實現(xiàn)35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測信號跟蹤。最后，利用35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測信號的映射函數(shù)與信號庫映射的方式，接收35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測數(shù)據(jù)，即可推出監(jiān)測信號的故障點。

3.2 基于DSP技術集成處理35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測數(shù)據(jù)

在接收35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎上，通過DSP技術中的XCOM V2.0定點模塊，配置35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測數(shù)據(jù)的DSP匯編代碼，如圖1所示。

結合圖1，基于DSP技術XCOM V2.0定點模塊對每個35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測數(shù)據(jù)執(zhí)行DSP匯編代碼，平均分配每個35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測數(shù)據(jù)信號一個唯一標識，即為deviceld。通過deviceld將信號轉換為數(shù)字形式，從而減少35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測數(shù)據(jù)中的冗余值，進一步提高35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測精度，降低監(jiān)測過程中出現(xiàn)的誤報警次數(shù)。

圖1 XCOM V2.0定點模塊DSP匯編代碼示意圖

3.3 顯示35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測結果

利用DSP技術將35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測報警功能連接后臺，顯示35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測數(shù)據(jù)。通常情況下，數(shù)字形式數(shù)據(jù)在終端的顯示映射取值在0～1之間，通過計算每個數(shù)據(jù)的映射值，以此獲得35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測結果。則35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測結果的表達式為：

式中：K是35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測數(shù)字形式數(shù)據(jù)可信任度；E是35kv電網(wǎng)故障電壓值；是35kv電網(wǎng)故障電流值。計算得出的映射值作為35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測的關鍵依據(jù)，結合監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時傳遞情況，傳輸終端數(shù)據(jù)，并顯示數(shù)據(jù)信息，完成35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測。

表1 35kv電網(wǎng)故障參數(shù)

4 實例分析

4.1 實驗準備

選取某35kv電網(wǎng)為實驗對象，并對35kv電網(wǎng)故障的區(qū)域范圍、無調整耗時、回滾段、信號強度、以及調整后耗時等參數(shù)進行具體設計。35kv電網(wǎng)故障參數(shù)信息，如表1所示。

根據(jù)表1，分別使用傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)以及本文設計監(jiān)測系統(tǒng)進行實驗，設置傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)為實驗對照組。本次實驗硬環(huán)境包括：服務器Double PIV 1.7G 1 024M RAM Double 80G Disk；客戶機PIV 1.7G 256M RAM 80G Disk, Win-2000Professional, 100M以太網(wǎng)以及CPRS/DCMA無線公網(wǎng)、無線專網(wǎng)。測試兩種監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測誤報警率。在此次的實驗中，將區(qū)域范圍設置為（0，10 000），選取測量點為2mA、4mA、6mA、8mA、10mA、12mA以及14mA。針對黑盒工具 -QAcenter測得的監(jiān)測誤報警率，記錄實驗結果。

圖2 監(jiān)測誤報警率對比圖

4.2 實驗結果分析與結論

采集實驗數(shù)據(jù)，將兩種監(jiān)測系統(tǒng)下的監(jiān)測誤報警率進行對比。具體實驗結果，如圖2所示。

分析圖2可知，本文系統(tǒng)監(jiān)測誤報警率平均為0.8%，明顯低于對照組，能夠實現(xiàn)對35kv電網(wǎng)故障的精準監(jiān)測。

結束語：通過DSP技術的35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測系統(tǒng)研究，能夠精準監(jiān)測35kv電網(wǎng)故障，具有一定的現(xiàn)實意義，應加大DSP技術在5kv電網(wǎng)故障監(jiān)測系統(tǒng)中的應用力度。在日后的研究中還需要進一步對提高35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測系統(tǒng)的效率方面進行深入研究。