一種微型多路三相功率源的臺區(qū)組網(wǎng)及隔離方法

韓周 孟海川 朱林

摘要：現(xiàn)有的仿真實(shí)訓(xùn)裝置采用了模塊化設(shè)計(jì)，一臺仿真實(shí)訓(xùn)裝置配備了5個獨(dú)立的隔離三相功率源，每個源為獨(dú)立供電模式并通過變壓器經(jīng)行隔離，源與源無法通過載波進(jìn)行通訊已經(jīng)不能滿足各網(wǎng)省公司對HPLC深化應(yīng)用培訓(xùn)的需求。隨著國網(wǎng)公司近幾年來營銷專業(yè)管理要求越來越高，計(jì)量相關(guān)系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)不斷深入，需要從營銷專業(yè)的角度強(qiáng)化對基層人才的培訓(xùn)，以滿足當(dāng)前和未來計(jì)量專業(yè)不斷發(fā)展建設(shè)對人才的需求。為此本文設(shè)計(jì)了一種微型多路三相功率源的臺區(qū)組網(wǎng)及隔離方法，解決了隔離三相功率源的獨(dú)立臺區(qū)，共零臺區(qū)，共源臺區(qū)之間的切換，滿足了HPLC載波的不同應(yīng)用場景。

關(guān)鍵詞：仿真實(shí)訓(xùn)裝置;HPLC深化應(yīng)用;臺區(qū)組網(wǎng);共零臺區(qū);共源臺區(qū);

作者簡介：作者一韓周（1984—），男，研究員級高工，碩士研究生，主要研究方向：電力系統(tǒng)自動化、用電營銷計(jì)量。

作者簡介：作者二孟海川（1990—），男，助理工程師，學(xué)士，主要研究方向：電子信息工程、電力系統(tǒng)自動化。

基金項(xiàng)目：采集運(yùn)維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)及設(shè)備研究（524636210002）

0引言

目前，國家電網(wǎng)公司為夯實(shí)構(gòu)建現(xiàn)代計(jì)量/采集服務(wù)體系建設(shè)，強(qiáng)化計(jì)量專業(yè)培訓(xùn)、加強(qiáng)服務(wù)隊(duì)伍建設(shè)，結(jié)合國家電網(wǎng)公司在前期運(yùn)維技能競賽、結(jié)合現(xiàn)場運(yùn)維實(shí)例、故障仿真裝置等設(shè)備研制的基礎(chǔ)上，開展故障運(yùn)維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)和仿真實(shí)訓(xùn)裝置研究工作：研發(fā)培訓(xùn)用課件庫、知識庫，通過梳理計(jì)量設(shè)備的運(yùn)行特征、計(jì)量工作人員的工作經(jīng)驗(yàn)和計(jì)量工作的業(yè)務(wù)場景和業(yè)務(wù)制度，編制培訓(xùn)課件;研發(fā)仿真實(shí)訓(xùn)裝置，通過斷路、彈出表蓋、黑屏、掉線等技術(shù)手段模擬設(shè)備掉線、表計(jì)故障等采集、計(jì)量故障現(xiàn)象，模擬各類采集/計(jì)量故障場景，支撐技能實(shí)操培訓(xùn)及考試。

現(xiàn)有的仿真實(shí)訓(xùn)裝置采用了模塊化設(shè)計(jì)，一臺仿真實(shí)訓(xùn)裝置配備了5個獨(dú)立的隔離三相功率源，每個源為獨(dú)立供電模式并通過變壓器經(jīng)行隔離，源與源無法通過載波進(jìn)行通訊已經(jīng)不能滿足各網(wǎng)省公司對HPLC深化應(yīng)用培訓(xùn)的需求。隨著國網(wǎng)公司近幾年來營銷專業(yè)管理要求越來越高，計(jì)量相關(guān)系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)不斷深入，需要從營銷專業(yè)的角度強(qiáng)化對基層人才的培訓(xùn)，以滿足當(dāng)前和未來計(jì)量專業(yè)不斷發(fā)展建設(shè)對人才的需求。

1結(jié)構(gòu)組件圖

圖1為仿真實(shí)訓(xùn)裝置整體圖片，一組仿真裝置由5個獨(dú)立的功率源，5個獨(dú)立仿真模組及一個工控機(jī)組成;圖2為功率源，采用220V單相供電，通過DAC，變壓器等器件輸出3相隔離電壓電流源至接插件，為仿真面板供電。圖3圖4為仿真面板，用于掛接仿真設(shè)備（電能表，采集終端等）通過接插件與功率源連接實(shí)現(xiàn)仿真設(shè)備的正常供電。

2功能原理框圖

總控電路，用于控制繼電器開合邏輯。

繼電器保護(hù)電路，用于繼電器狀態(tài)轉(zhuǎn)換時防止電流倒灌損壞器件。

繼電器驅(qū)動電路，用于驅(qū)動繼電器開合。

航空插頭，12芯航空插頭用于功率源的供電與組臺區(qū)后的三相電輸入輸出。

仿真面板，掛接仿真設(shè)備（電能表，采集終端等）通過航插與功率源連接實(shí)現(xiàn)仿真設(shè)備的正常供電。

三相輸出功率源，采用220V單相供電，通過DAC，變壓器等器件輸出3相隔離電壓電流源，為仿真面板供電。

當(dāng)總控電路沒有下發(fā)組臺區(qū)指令時，繼電器不動作，1號三相功率源輸出直接與1號面板相連，2號三相功率源輸出直接與2號面板相連，故不同源之間彼此獨(dú)立，此時每一個源都相當(dāng)與一個獨(dú)立的臺區(qū)，電力線載波信號無法傳輸。當(dāng)總控電路下發(fā)共零臺區(qū)指令時，1號、2號三相功率源內(nèi)零線繼電器動作，將功率源零線輸出至載波總線中，同事面板控制繼電器動作，控制1號、2號面板零線輸入端與載波總線導(dǎo)通，三相線電壓控制繼電器不動作仍從功率源直接輸出至面板，以此實(shí)現(xiàn)多個源共零線模式，可進(jìn)行HPLC載波模塊的相關(guān)功能模擬達(dá)到培訓(xùn)目標(biāo)。當(dāng)總控電路下發(fā)共源臺區(qū)指令是，第一步設(shè)置主供電電源與副受電電源，此時主供電電源ABCN三相四線繼電器動作，將主供電電源三相四線與載波總線導(dǎo)通，副受電電源不動作與載波總線斷開，同時控制1號、2號面板三相四線輸入端繼電器動作與載波總線導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)主供電電源同時為所有面板供電組成共源臺區(qū)，可經(jīng)行HPLC高頻數(shù)據(jù)采集等功能的模擬，達(dá)到培訓(xùn)效果。

3關(guān)鍵技術(shù)

圖6為繼電器控制及保護(hù)電路， 主控CPU控制串入并出芯片輸出高電平信號，使三極管與繼電器驅(qū)動芯片導(dǎo)通，從而控制繼電器吸合。二極管反向并聯(lián)在繼電器電壓控制腳用于繼電器從吸合到斷開的瞬間因?yàn)槔^電器內(nèi)感性線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的釋放，用來保護(hù)作為開關(guān)作用的三極管不被感應(yīng)電動勢產(chǎn)生電電流擊穿，當(dāng)繼電器斷開時通過二極管續(xù)流功能將產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢消耗。

圖7為繼電器驅(qū)動與三相源輸出電路串入并出芯片U1，其11腳、12腳、14腳作為輸入控制端，1腳、2腳、3腳、4腳、5腳、6腳、7腳、15腳、作為輸出控制端，其輸出高電平，則繼電器驅(qū)動芯片與三極管導(dǎo)通，輸出低電平，則繼電器驅(qū)動芯片與三極管關(guān)斷，其組合方式為當(dāng)串入并出芯片1腳、3腳、4腳、5腳、7腳、15腳為高電平時對應(yīng)8號繼電器、16號繼電器、4號繼電器、5號繼電器、6號繼電器、1號繼電器、2號繼電器、3號繼電器、12號繼電器、13號繼電器、14號繼電器、7號繼電器吸合此時一號源作為主供電電源為總線及一號面板供電，二號面板通過總線取電，從而組成共源臺區(qū);

若組合方式為串入并出芯片1腳、2腳、3腳、4腳、6腳、15腳高電平時對應(yīng)8號繼電器、15號繼電器、16號繼電器、1號繼電器、2號繼電器、3號繼電器、9號繼電器、10號繼電器、11號繼電器、7號繼電器吸合 則1號源輸出ABCN到1號面板且N相并聯(lián)到總線上，2號源輸出ABCN到2號面板且N相并聯(lián)到總線上實(shí)現(xiàn)共零臺區(qū)組成;

若組合方式為串入并出芯片3腳4腳6腳15腳為高電平時對應(yīng)15號繼電器、1號繼電器、2號繼電器、3號繼電器、9號繼電器、10號繼電器、11號繼電器、7號繼電器吸合此時一號源輸出ABCN到面板不與總線連接，2號源輸出ABCN到面板不與總線連接，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立臺區(qū)組成;多個多路三相源的電壓總線通過航空插頭連接，依次類推可實(shí)現(xiàn)多個多路三相功率源的共源臺區(qū)、共零臺區(qū)、獨(dú)立臺區(qū)的實(shí)現(xiàn)。

4.應(yīng)用情況

作為用電公司現(xiàn)場功能故障模擬的支撐工具，仿真培訓(xùn)裝置以供貨兩個省的電力公司，每臺設(shè)備都應(yīng)用了微型多路三相功率源的臺區(qū)組網(wǎng)及隔離方法，實(shí)現(xiàn)了省市電力公司的HPLC載波模塊的深化應(yīng)用場景。并真實(shí)的還原了現(xiàn)場用電復(fù)雜環(huán)境，為國網(wǎng)省市縣公司現(xiàn)場運(yùn)維提供了堅(jiān)實(shí)的理論與實(shí)操基礎(chǔ)。

5.結(jié)論

本文提出了一種微型多路三相功率源的臺區(qū)組網(wǎng)及隔離方法，實(shí)現(xiàn)了原有仿真實(shí)訓(xùn)裝置的多臺區(qū)，共零臺區(qū)，共源臺區(qū)的組合，實(shí)現(xiàn)了營銷計(jì)量仿真標(biāo)準(zhǔn)中HPLC載波模塊的深化應(yīng)用要求，優(yōu)化了現(xiàn)場用電環(huán)境復(fù)雜，錯解等現(xiàn)象的模擬，通過實(shí)操演練可以使學(xué)員掌握現(xiàn)場相關(guān)用電故障排查提供理論與實(shí)操知識，掌握核心業(yè)務(wù)技能的營銷高素質(zhì)專業(yè)隊(duì)伍。滿足了當(dāng)前和未來營銷計(jì)量專業(yè)不斷發(fā)展建設(shè)對新型人才的需求。滿足了當(dāng)前和未來營銷計(jì)量專業(yè)不斷發(fā)展建設(shè)對新型人才的需求。

參考文獻(xiàn)

安徽南瑞中天電力電子有限公司.一種電力物聯(lián)網(wǎng)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)及方法：201910740597.6[P].2019-12-06.

YANG Feng， ZHAO Wei， HAN Zhou. A power Internet of things simulation training system and method[J]. China Electric Power Industry， 2019， 47（15）： 209-210.

景沈鋒， 姚波， 湯建軍. 基于STM32F103R8T6的數(shù)字式量度繼電器設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 低壓電器， 2010.熊諾曄. 基于IMX6ULL的嵌入式LINUX實(shí)驗(yàn)設(shè)備開發(fā)[J]. 數(shù)字化用戶， 2019， 025（034）：110，112.

孫嫻， 溫渤嬰. 電網(wǎng)故障仿真實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)[J]. 繼電器， 2006.

唐秋， 何藝， 李佳，等. 低壓集抄故障安全隱患排查仿真培訓(xùn)裝置：， CN210244685U[P]. 2020.

燕伯峰、劉宇鵬、黃欣、董永樂、余佳、李軒. 低壓電力線寬帶載波HPLC組網(wǎng)通信測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品， 2020， No.425（19）：6-12.

陳鳳， 鄭文剛， 申長軍，等. 低壓電力線載波通信技術(shù)及應(yīng)用[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制， 2009， 37（022）：188-195.

徐勝玲， 金永勝， 陳波波. 航空插頭在標(biāo)準(zhǔn)裝配式變電站交直流電源系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 華東電力， 2014， 42（007）：1427-1430.

王凱， 李杏春， 王占國. 一種磁保持繼電器驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)[J]. 儀器儀表用戶， 2008， 15（003）：66-67.

郭鳳儀， 王智勇， 李穎，等. 不同保護(hù)電路對繼電器電壽命的影響及實(shí)驗(yàn)研究[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報， 2007， 27（31）：77-82.