DSP技術(shù)的35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

王顯力 王應(yīng)宇 王 勛 張乃莉

（1.國(guó)網(wǎng)河北省電力有限公司培訓(xùn)中心；2.北京科東電力控制系統(tǒng)有限責(zé)任公司）

35kv電網(wǎng)以其低能耗的優(yōu)勢(shì)受到廣泛應(yīng)用，在運(yùn)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(yùn)行包括5部分，分別為：整流、中間直流儲(chǔ)能、逆變、控制以及制動(dòng)。及時(shí)監(jiān)測(cè)35kv電網(wǎng)故障，是確保35kv電網(wǎng)運(yùn)行安全、穩(wěn)定工作的重要前提條件。目前，我國(guó)應(yīng)用的35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要采用主動(dòng)自報(bào)的方式監(jiān)測(cè)35kv電網(wǎng)中的具體參數(shù)，并通過GPRS傳輸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。此系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中存在監(jiān)測(cè)精度低的問題，無法實(shí)時(shí)地動(dòng)態(tài)地精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)35kv電網(wǎng)故障。而DSP技術(shù)作為一種數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，具備覆蓋范圍廣、精度高、耗能低以及成本低廉等優(yōu)勢(shì)，在眾多數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)中脫穎而出。為此，本文基于DSP技術(shù)設(shè)計(jì)一種新型35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提高35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)精度。

1 DSP技術(shù)

DSP是一種數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，是將信號(hào)轉(zhuǎn)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(duì)數(shù)字信號(hào)做出相應(yīng)的處理。DSP技術(shù)能夠直接在GMTS或者LTEG網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)絡(luò)部署，為35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 傳感器

本文設(shè)計(jì)的傳感器型號(hào)為POW-5894262，用于測(cè)量35kv電網(wǎng)故障電壓、電流等關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時(shí)狀態(tài)。傳感器內(nèi)置MPU-90120 芯片，能夠有效提高35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)傳感精度。具體參數(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 POW-5894262傳感器參數(shù)指標(biāo)

結(jié)合表1所示指標(biāo)，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(cè)量故障以及非故障狀態(tài)下的35kv電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)，滿足35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)的要求。

2.2 專用集成電路（ASIC）

為確保系統(tǒng)中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠高效傳輸，運(yùn)用DSP技術(shù)設(shè)計(jì)專用集成電路（ASIC），表格化傳感器接收端的有效信號(hào)功率。通過專用的DSP芯片傳輸35kv電網(wǎng)故障中的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，減小信源信號(hào)的冗余度，將出現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤的幾率降至最低。

2.3 監(jiān)測(cè)主機(jī)

設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)主機(jī)，型號(hào)為OM-A6X2547888，無需依賴網(wǎng)絡(luò)即可完成對(duì)35kv電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的采集，集中監(jiān)控管理，并報(bào)警。在故障狀況下，完成關(guān)鍵數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)圖像采集、報(bào)警信息發(fā)布、遠(yuǎn)程控制等操作。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 跟蹤35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)信號(hào)

在35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)過程中，首先要明確35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)信號(hào)的發(fā)射點(diǎn)與傳輸路徑。基于信號(hào)分析，假定監(jiān)測(cè)振動(dòng)信號(hào)可表示35kv電網(wǎng)故障的實(shí)時(shí)狀態(tài)，設(shè)35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)振動(dòng)信號(hào)的表達(dá)式為y，則有公式(1)：

式中：m是信號(hào)濾波轉(zhuǎn)換次數(shù)；j是35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)振動(dòng)信號(hào)的選擇傳輸路徑；Amj是35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)振動(dòng)信號(hào)濾波轉(zhuǎn)換次數(shù)序列分布平方和；n是35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)振動(dòng)信號(hào)跟蹤節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)。重構(gòu)35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)信號(hào)在傳輸路徑的排列。假定經(jīng)過濾波轉(zhuǎn)換后，35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)信號(hào)的能量傳輸呈現(xiàn)逐步遞減趨勢(shì)，則跟蹤35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)信號(hào)的目標(biāo)函數(shù)為：

式中：k是35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)信號(hào)能量值。實(shí)現(xiàn)35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)信號(hào)跟蹤。最后，利用35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)信號(hào)的映射函數(shù)與信號(hào)庫映射的方式，接收35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，即可推出監(jiān)測(cè)信號(hào)的故障點(diǎn)。

3.2 基于DSP技術(shù)集成處理35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

在接收35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過DSP技術(shù)中的XCOM V2.0定點(diǎn)模塊，配置35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的DSP匯編代碼，如圖1所示。

結(jié)合圖1，基于DSP技術(shù)XCOM V2.0定點(diǎn)模塊對(duì)每個(gè)35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)執(zhí)行DSP匯編代碼，平均分配每個(gè)35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)一個(gè)唯一標(biāo)識(shí)，即為deviceld。通過deviceld將信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，從而減少35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中的冗余值，進(jìn)一步提高35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)精度，降低監(jiān)測(cè)過程中出現(xiàn)的誤報(bào)警次數(shù)。

圖1 XCOM V2.0定點(diǎn)模塊DSP匯編代碼示意圖

3.3 顯示35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)結(jié)果

利用DSP技術(shù)將35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)報(bào)警功能連接后臺(tái)，顯示35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)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(jì)算每個(gè)數(shù)據(jù)的映射值，以此獲得35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)結(jié)果。則35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)結(jié)果的表達(dá)式為：

式中：K是35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)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(jì)算得出的映射值作為35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵依據(jù)，結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)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(cè)。

表1 35kv電網(wǎng)故障參數(shù)

4 實(shí)例分析

4.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

選取某35kv電網(wǎng)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，并對(duì)35kv電網(wǎng)故障的區(qū)域范圍、無調(diào)整耗時(shí)、回滾段、信號(hào)強(qiáng)度、以及調(diào)整后耗時(shí)等參數(shù)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。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(cè)系統(tǒng)以及本文設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，設(shè)置傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)對(duì)照組。本次實(shí)驗(yàn)硬環(huán)境包括：服務(wù)器Double PIV 1.7G 1 024M RAM Double 80G Disk；客戶機(jī)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(cè)試兩種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)誤報(bào)警率。在此次的實(shí)驗(yàn)中，將區(qū)域范圍設(shè)置為（0，10 000），選取測(cè)量點(diǎn)為2mA、4mA、6mA、8mA、10mA、12mA以及14mA。針對(duì)黑盒工具 -QAcenter測(cè)得的監(jiān)測(cè)誤報(bào)警率，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖2 監(jiān)測(cè)誤報(bào)警率對(duì)比圖

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與結(jié)論

采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將兩種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)下的監(jiān)測(cè)誤報(bào)警率進(jìn)行對(duì)比。具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖2所示。

分析圖2可知，本文系統(tǒng)監(jiān)測(cè)誤報(bào)警率平均為0.8%，明顯低于對(duì)照組，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)35kv電網(wǎng)故障的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。

結(jié)束語：通過DSP技術(shù)的35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究，能夠精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)35kv電網(wǎng)故障，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義，應(yīng)加大DSP技術(shù)在5kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用力度。在日后的研究中還需要進(jìn)一步對(duì)提高35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的效率方面進(jìn)行深入研究。