配電變壓器智能管控裝置的研究與分析

高自力等

摘要：隨著用戶對供電質量和供電可靠性要求的增高，用戶已經連瞬時中斷都難以忍受，安裝配電變壓器智能管控裝置來對分布廣泛的配電變壓器進行管控，滿足對整個配電網狀況了解的需求已經勢在必行。配電變壓器智能管控裝置在我國的研究和應用起步較晚，目前的研究成果還存在不少缺陷（如所測參數不全、時效性不高等），因此本文將就此展開研究。

關鍵詞：配電變壓器；智能管控裝置；配電自動化

1. 配電變壓器智能管控裝置的總體設計

配電變壓器智能管控裝置集電能質量監測、無功補償、配電變壓器工況監測和電能計量等功能于一體，它由管控終端、電力電容器、快速熔斷器和低壓斷路器、復合開關等幾個部分構成（見圖1），本文將重點對配電變壓器智能管控終端的設計進行分析。

1.1 配電變壓器智能管控終端的硬件設計

作為配電變壓器智能管控裝置的核心設備，配電變壓器智能管控終端由如下四大模塊構成：第一是數據采集模塊，它通過電流互感器和電壓互感器對變壓器二次側的電氣參數進行采集；第二是抄表與級聯模塊，它通過RS-485接口獲取多塊多功能電能表的實時數據，同時周期性巡查級聯從終端的主動上報需求；第三是通信模塊，它用于實現配電變壓器智能管控終端的幾種通信方式（包括遠程GPRS通信、本地RS-232串口通信及近距離微功率無線通信）；第四是無功補償控制模塊，它每隔一段時間計算出無功補償量，并通過智能復合開關控制相應電容器組投切動作。

1.2 配電變壓器智能管控終端的軟件設計

由于配電變壓器智能管控終端要實現無功補償計算、數據采集、數據轉發和數據管理等功能，因此采用基于嵌入式實時系統的軟件結構設計就成為了最佳選擇。配電變壓器智能管控終端是建立在嵌入式軟件平臺的基礎之上，以任務為主脈絡，以實時性為優先級，并綜合嵌入式平臺的軟硬件資源進行設計的。

配電變壓器智能管控終端軟件采用模塊化結構設計，每個模塊被設計成只負責單獨的一項功能，此種設計方法有利于軟件的移植和修改，可以充分利用現有的通用軟件包，因此可以達到事半功倍的效果并且方便調試和修改。具體說來，配電變壓器智能管控終端軟件主要由數據采集與處理模塊、事件監測與主動上報模塊、數據存取模塊、無功補償控制模塊、終端通信處理模塊、鍵盤顯示模塊、抄表處理模塊、級聯處理模塊等組成。

在開發配電變壓器智能管控終端軟件時，具體流程為：將實時嵌入式操作系統移植到微控制器上；編寫微控制器主控制電路外圍器件的底層驅動函數；在實時嵌入式系統接口函數的基礎上開發用戶應用程序，編寫各模塊的功能實現程序代碼；對各個模塊進行實時性優先級分類，將每個功能模塊都嵌入到嵌入式平臺的各個子任務中，從而實現各個任務的合理調度。

2.配電變壓器智能管控裝置與主站通信的實現

2.1通信方式的選擇

2.1.1有線方式。有線方式包括光纖通信、現場總線和RS-485等，具有使用方便且投資較少的特點，但是其傳輸距離受到限制且傳輸速度較慢。

2.1.2 GSM短信方式。GSM短信方式具有主動上報、安裝方便的優點，但缺點是按條收費、運營費用較高、在短信中心服務器繁忙時無法保障信息的可靠性和及時性。

2.1.3 GPRS方式。GPRS是在現有的GSM網絡上發展起來的一種新型分組數據傳輸技術，引入了分組交換的傳輸模式，使得原來采用電路交換模式的GSM傳輸數據方式發生了根本性的變化，這在無線資源稀缺的情況下顯得尤為重要。相較于GSM，GPRS的頻率利用率高、數據傳輸速率高、用戶永遠在線、接入速度快且按流量計費。

考慮到配電變壓器分布廣泛且沒有相應的有線網絡，因此配電變壓器智能管控裝置宜采用維護成本低且性價比高的GPRS無線通信方式。

2.2 通信組網方案的實現

目前配電變壓器智能管控裝置與主站通信主要有四種組網方案：第一種是主站采用GPRS終端接入獲得動態IP，使用Internet上的注冊服務器協助主站與配電變壓器監控終端建立通信；第二種是主站采用移動APN專網固定IP，APN即接入點名稱，它的字面含義是與某個移動終端可以通信的外部網絡的接入位置；第三種是數據中心寬帶接入Internet網路，使用公網固定IP或公網動態IP+DNS解析服務；第四種是主站通過一條2MB APN專線接入移動運營商GPRS網絡，雙方互聯路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接，在GGSN與移動運營商互聯路由器之間采用GRE（通用路由封裝）隧道。

考慮到主站對數據流量和通信安全性的要求，在綜合比對的基礎上本文選自了方案2，配電變壓器智能管控終端對數據進行處理，按通信協議打包，數據包通過串口發送到配電變壓器智能管控終端的GPRS通信模塊，微處理器通過AT指令建立GPRS通訊連接。

3.小結

本文在對現有配電變壓器智能管控裝置缺陷進行分析的基礎上，提出配電變壓器智能管控裝置的總體設計方案、核心設備配電變壓器智能管控終端的硬件和軟件總體架構，最后對配電變壓器智能管控裝置與主站的通信實現進行了詳細闡述，具有一定的參考價值。

作者簡介：

高自力（1965.7 -），男，漢族，河南省葉縣人，本科，高工高技，國網公司技術專家，技術標準委員會委員，研究方向為配電運維，可靠性管理，帶電作業。