以DSP為基礎的高壓配電系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制研究

孫佳男

（國網(wǎng)丹東市供電公司，遼寧 丹東 118000）

引言

確保電力系統(tǒng)運行的安全性是十分重要的。在高壓配電系統(tǒng)中，電能會在變電、輸電與發(fā)電之后直接進到電力轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。配電系統(tǒng)的定義就是其電壓會自降壓配電變電站中輸出出來，然后配電線路會把所輸出的電壓送到用戶端。在配電系統(tǒng)中，故障發(fā)生頻繁，主要故障有變電站中配電設備發(fā)生故障與輸電線路發(fā)生故障。當有故障出現(xiàn)在固有高壓配電系統(tǒng)時，會馬上保護開關與斷路器，然后把故障線路切斷，有關人員按照所切斷的故障線路，來逐一排查，這樣不但會消耗不小的無力與人力，還對電能供給的正常性有很大的影響。DSP芯片技術與傳感器技術通過對DSP數(shù)字信號所具有的處理能力的使用，就能實時采集站中電力設備的運行情況，當有故障出現(xiàn)之后，就能馬上對故障點進行定位，能夠當作檢修的依據(jù)，把管理效率提高，使所耗費的物力與人力降低[1-2]。

1 基于DSP的高壓配電系統(tǒng)的重要性及配電系統(tǒng)主要組成

電力系統(tǒng)包括的環(huán)節(jié)較多，主要有發(fā)電環(huán)節(jié)、輸電環(huán)節(jié)、變電環(huán)節(jié)、配電環(huán)節(jié)以及用電環(huán)節(jié)等，在這些環(huán)節(jié)中距離用戶最近的環(huán)節(jié)就是配電環(huán)節(jié)，配電環(huán)節(jié)對安全穩(wěn)定運行十分重要，會對廣大用戶的安全穩(wěn)定運行產(chǎn)生直接影響[3]。就高壓配電系統(tǒng)而言，其所包含的電氣設備主要有高壓熔斷器、斷路器、隔離開關以及避雷器等。就傳統(tǒng)的高壓配電系統(tǒng)保護情況來看，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，雖然也有布設的斷路器或隔離開關及時斷開來進行安全保護，但無法在發(fā)生故障前提前發(fā)現(xiàn)問題，對此，研究基于DSP的高壓配電系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)也顯得越來越重要。

依據(jù)電壓等級，把配電系統(tǒng)分成了低壓配電系統(tǒng)、中壓配電系統(tǒng)及高壓配電系統(tǒng)。并且對應的電壓等級是220 V和380 V、10 kV和6 kV、110 kV、63 kV和35 kV。圖1為配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖1 配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

從圖1中能夠發(fā)現(xiàn)，總降變電會把高壓配電系統(tǒng)的電壓直接轉(zhuǎn)為6～10 kV，繼而車間變電所就把其電壓直接轉(zhuǎn)為380 V或220 V。在本文中，高壓配電系統(tǒng)就是所設計出的配電系統(tǒng)，最關鍵電氣設備中包括避雷器、隔離開關、斷路器及高壓熔斷器等。上述幾種電氣設備運行的穩(wěn)定性與安全性是十分重要的，經(jīng)過對上述電氣設備全部電氣參數(shù)進行檢測，就能當做協(xié)調(diào)系統(tǒng)，使智能化控制高壓配電系統(tǒng)得以實現(xiàn)[4-5]。

2 DSP協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的介紹與框架

2.1 DSP的介紹

數(shù)字信號處理又稱為DSP，DSP是芯片被TI公司所研發(fā)，性價比比較高。型號為TMS320F28335的DSP用于本文中，該型號DSP的浮點運算有32位，有150 MHz的運算速度，在里面有比較高的集成度，存儲單元分別是ROM存儲單元與SRAM存儲單元，且分別是256 K×16位與34 K×16位；對FLASH進行外部擴展的功能也是存在的，具有512 K×16位的擴展；DAC、ADC、百兆以太網(wǎng)等單元也是存在的，能夠很好地控制其協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)采集得以實現(xiàn)。

2.2 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)基本框架

該系統(tǒng)會檢測其電氣設備正常運行的參數(shù)，且電氣設備主要是避雷器、高壓斷路器。電機電流的儲能、形成觸頭的時間與分合閘線電流構(gòu)成了斷路檢測的參數(shù)。介質(zhì)損耗的因數(shù)、全電流、阻性電流構(gòu)成了避雷器檢測參數(shù)。圖2為協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的框架。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

從圖2中能夠發(fā)現(xiàn)，避雷器與斷路器所具有的電氣特征被其所采集，繼而在傳至監(jiān)測終端，監(jiān)測終端在對數(shù)據(jù)進行處理；計算DSP就能把現(xiàn)場避雷器與斷路器所運行的數(shù)據(jù)給得出來，還要分析數(shù)據(jù)，對現(xiàn)在電氣設備所運行的情況進行判斷，可以保證供給給其協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)是有效的；于此同時，現(xiàn)場的RS-485總線會把所采集到的全部數(shù)據(jù)直接傳輸至后臺的服務器中來顯示[6-7]。

3 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的實現(xiàn)和設計

3.1 硬件結(jié)構(gòu)的設計

在本文中，最主要的處理器就是DSP，傳感器會把其避雷器與斷路器中的所有運行參數(shù)進行采集，二者運行的狀態(tài)會被DSP進行計算。圖3為硬件結(jié)構(gòu)圖。

圖3 硬件結(jié)構(gòu)圖

從圖3中能夠發(fā)現(xiàn)，GPS對時電路、RS-485通信電路、程序加載電路、DSP電路、復位電路、電源電路、晶振電路、晶振電路、信號處理電路、現(xiàn)場傳感器構(gòu)成了硬件方案。能夠獲取模擬量的是現(xiàn)場傳感器，數(shù)字化轉(zhuǎn)換電路與信號處理電路來數(shù)字化轉(zhuǎn)換與處理模擬信號，經(jīng)過DSP的計算，最終得出了可以體現(xiàn)出設備正常運行情況的所有數(shù)據(jù)，現(xiàn)場的RS-485總線會把其直接輸送至后臺的服務器中，可以保證供給給其協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)是有效的，有預警作用，發(fā)現(xiàn)問題，對設備檢修進行指導。

3.2 流程軟件程序的設計

當所設計的硬件結(jié)構(gòu)完成之后，就要設計軟件程序的流程。當上電運行該系統(tǒng)之后，第一步要做的操作就是初始化系統(tǒng)，使參數(shù)配置得以完成；第一步就是等著采集書記，當采集數(shù)據(jù)初期，還要對采樣時間進行等待，且是同步的，繼而對數(shù)據(jù)進行采集；在計算所采集的數(shù)據(jù)之后，把采樣標志復位，使此次的數(shù)據(jù)采集得以完成，數(shù)據(jù)采集會被現(xiàn)場的RS-485總線直接傳輸至后臺的服務器內(nèi)。圖4就是軟件程序流程圖。

圖4 軟件程序流程圖

4 結(jié)語

以DSP高壓配電系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)為基礎，介紹了高壓配電系統(tǒng)的分類與組成、其框架與功能，提出了系統(tǒng)基本框架組成，設計了系統(tǒng)的軟件與硬件程序。其電氣設備正常運行的參數(shù)被協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)采集出來，電氣設備包括避雷器與斷路器等，當作其數(shù)據(jù)依據(jù)。在設計協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)時，可以把數(shù)據(jù)提供給配電系統(tǒng)，使高壓配電系統(tǒng)運行得更加穩(wěn)定與安全。