電力系統站所終端的設計與應用研究

金則群

將站所終端（distribution terminal unit，簡稱DTU）安裝在傳統的開關站、配電室、環網柜、箱式變電站等處，以完成遙信、遙測、遙控和饋線自動化功能。裝置具有自動故障檢測和識別功能，與配電網自動化主站和子站系統配合，實現多條線路的測量控制、隔離故障區域并且恢復非故障區域供電，從而提高供電可靠性和配網的智能化。本文主要介紹了智能電網中的站所終端的軟硬設計及其應用。

【關鍵詞】電力系統 站所終端 DTU 設計 功能

智能電網已經成為世界各國投入科技研發的重點，在歐美一些國家已經逐步上升到國家戰略層面，成為國家經濟發展和能源政策的重要組成部分。我國《國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》明確提出要依托信息、控制和儲能等先進技術，推進智能電網建設，增強電網優化配置電力的能力和供電可靠性。配電網自動化是智能電網中重要的一環，但是我國剛剛還處于起步的水平，落后發達國家比較多，急需大力發展。因此研究配電網自動化的站所終端是具有非常好的發展前景。本文將介紹站所終端的設計與應用。

1 電力系統的發展及應用站所終端的背景

電力系統是由發電、輸電、變電、配電及用電等環節組成的統一系統。在大力建設堅強型智能電網環境下，配網自動化既提高供電可靠性和供電質量、又擴大供電能力和實現配電網高效經濟運行， 是實現智能電網的重要基礎之一。重“輸”輕“配”已是過去時，配電網會是未來主流趨勢。配網自動化是應用現代計算機技術、遠動、自控、通訊等先進技術手段，實現配網在線和離線遠方監控，以達到配網安全、可靠、高效運行之目的。

2 站所終端的系統設計原理

總體來說電力系統站所終端DTU的功能主要就是實現對遠方一次設備的遙信、遙測、遙控“三遙”自動化功能。具備就地采集開關的模擬量和狀態量以及控制開關分合閘功能，具備測量數據、狀態數據的遠傳和遠方控制功能。在其設計上，主要是分為硬件設計和軟件設計。站所終端是由主控板和采集板兩個系統共同工作的。主控系統負責監控采集板、與配電自動化主站子站通訊。采集板負責數據采樣、處理。兩板之間通過CAN總線和RS485總線進行交互。終端具備故障指示手動復歸、自動復歸和主站遠程復歸功能，能根據設定時間或線路恢復正常供電后自動復歸，也能根據故障性質（瞬時性或永久性）自動選擇復歸方式。具備軟硬件防誤動措施，保證控制操作的可靠性。

2.1 硬件設計

系統主控板和采集板各自擁有一個中央處理器（CPU），都使用STM32F207。其具有自適應實時加速器，可以讓程序在Flash中以最高120MHz頻率執行時，能夠實現零等待狀態的運行性能，內置存儲器保護單元，能夠實現高達150DMIPS性能。處理器自帶1個網絡口、1個全速USB接口和2個CAN口。主控板提供兩路網絡口，4路串口，1個CAN口。

采集板上的采樣芯片采用ADE7878，是一款高精度、三相電能計量IC，采用串行接口，并提供三路靈活的脈沖輸出。該器件內置七個ADC、基準電壓源電路和所有必需的信號處理電路，實現總（基波和諧波）有功/無功/視在功率測量，以及基波有功和無功功率測量和有效值計算。ADE7878有七路模擬量輸入，分成電流和電壓兩個通道。ADE7878提供三種串行通訊口，主模式HSDC接口的最高的通訊速度為8MHz，可以采集電壓、電流瞬時值以用于諧波分析計算。

2.2 軟件設計

終端軟件包括主控板程序和采集板程序。

主控板通信協議和數據處理功能比較繁雜，程序調度比較麻煩，因此選用了具有實時性、開源性、可靠性的 FREERTOS操作系統。FreeRTOS是一個迷你的實時操作系統內核。作為一個輕量級的操作系統，功能包括：任務管理、時間管理、信號量、消息隊列、內存管理、記錄功能、軟件定時器等，可滿足本系統的需要。實現站所終端的技術規范所要求的遙信、遙測、遙控等功能。

主控板有自檢、自恢復功能，擁有運行指示燈。監控開關電源工作狀態，采集遙信值，并且控制就地指示燈。上行通信協議使用國家電網DL/T 634.5104和DL/T 634.5101。與采集板交互的通信協議采用自定義格式。主控板具備對時功能，支持SNTP等對時方式，接收主站或其它時間同步裝置的對時命令，與主站時鐘保持同步。終端接受并執行來自主站或子站的遙控命令，完成開關的分、合閘操作。遙控采取“遙控預制-返送校核-操作執行命令”的方式。

采集板為了滿足實時性的要求采用的是裸機程序。處理器采集采樣芯片的波形信號后，10毫秒計算一次電流有效值。每條線路的零序電流和零序電壓，即可以由三相電流或三相電壓計算獲得，也可由零序CT或零序PT直接采集獲得，可根據現場實際情況靈活配置。采樣值周期的通過CAN總線發送給主控板。如果采樣值超過閥值，控制操作繼電器動作，使開關跳閘，并且記錄事件、上報故障遙信給主控板。

3 站所終端在電力系統中的應用

站所終端是配網自動化的主要設備。隨著我國配網自動化水平的逐步提高，越來越多的站所終端被投入使用。 配電系統自動化涉及范圍主要是指10kV中壓系統。配電自動化主要就是監控此處的一次設備。站所終端主要用于環網柜、開閉所等，實現電氣量的監測和控制，故障診斷、故障隔離。

4 結束語

本文簡要分析了電力系統站所站所終端的設計與應用，結合電力行業正在快步走向智能電網的實際情況，可以得知將站所終端應用于電力系統中，市場需求巨大，應用前景非常樂觀，必將帶來滿意的經濟效益和社會效益。

參考文獻

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作者單位

華立科技股份有限公司 浙江省杭州市 310023