以DSP為基礎(chǔ)的高壓配電系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制研究

孫佳男

（國(guó)網(wǎng)丹東市供電公司，遼寧 丹東 118000）

引言

確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性是十分重要的。在高壓配電系統(tǒng)中，電能會(huì)在變電、輸電與發(fā)電之后直接進(jìn)到電力轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。配電系統(tǒng)的定義就是其電壓會(huì)自降壓配電變電站中輸出出來(lái)，然后配電線(xiàn)路會(huì)把所輸出的電壓送到用戶(hù)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(shè)備發(fā)生故障與輸電線(xiàn)路發(fā)生故障。當(dāng)有故障出現(xiàn)在固有高壓配電系統(tǒng)時(shí)，會(huì)馬上保護(hù)開(kāi)關(guān)與斷路器，然后把故障線(xiàn)路切斷，有關(guān)人員按照所切斷的故障線(xiàn)路，來(lái)逐一排查，這樣不但會(huì)消耗不小的無(wú)力與人力，還對(duì)電能供給的正常性有很大的影響。DSP芯片技術(shù)與傳感器技術(shù)通過(guò)對(duì)DSP數(shù)字信號(hào)所具有的處理能力的使用，就能實(shí)時(shí)采集站中電力設(shè)備的運(yùn)行情況，當(dāng)有故障出現(xiàn)之后，就能馬上對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行定位，能夠當(dāng)作檢修的依據(jù)，把管理效率提高，使所耗費(fèi)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(hù)最近的環(huán)節(jié)就是配電環(huán)節(jié)，配電環(huán)節(jié)對(duì)安全穩(wěn)定運(yùn)行十分重要，會(huì)對(duì)廣大用戶(hù)的安全穩(wěn)定運(yùn)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(shè)備主要有高壓熔斷器、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)以及避雷器等。就傳統(tǒng)的高壓配電系統(tǒng)保護(hù)情況來(lái)看，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，雖然也有布設(shè)的斷路器或隔離開(kāi)關(guān)及時(shí)斷開(kāi)來(lái)進(jìn)行安全保護(hù)，但無(wú)法在發(fā)生故障前提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)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(lái)越重要。

依據(jù)電壓等級(jí)，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(duì)應(yīng)的電壓等級(jí)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(huì)把高壓配電系統(tǒng)的電壓直接轉(zhuǎn)為6～10 kV，繼而車(chē)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(shè)計(jì)出的配電系統(tǒng)，最關(guān)鍵電氣設(shè)備中包括避雷器、隔離開(kāi)關(guān)、斷路器及高壓熔斷器等。上述幾種電氣設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性是十分重要的，經(jīng)過(guò)對(duì)上述電氣設(shè)備全部電氣參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，就能當(dāng)做協(xié)調(diào)系統(tǒng)，使智能化控制高壓配電系統(tǒng)得以實(shí)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(hào)處理又稱(chēng)為DSP，DSP是芯片被TI公司所研發(fā)，性?xún)r(jià)比比較高。型號(hào)為T(mén)MS320F28335的DSP用于本文中，該型號(hào)DSP的浮點(diǎn)運(yùn)算有32位，有150 MHz的運(yùn)算速度，在里面有比較高的集成度，存儲(chǔ)單元分別是ROM存儲(chǔ)單元與SRAM存儲(chǔ)單元，且分別是256 K×16位與34 K×16位；對(duì)FLASH進(jìn)行外部擴(kuò)展的功能也是存在的，具有512 K×16位的擴(kuò)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(shí)現(xiàn)。

2.2 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)基本框架

該系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)其電氣設(shè)備正常運(yùn)行的參數(shù)，且電氣設(shè)備主要是避雷器、高壓斷路器。電機(jī)電流的儲(chǔ)能、形成觸頭的時(shí)間與分合閘線(xiàn)電流構(gòu)成了斷路檢測(cè)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(cè)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(cè)終端，監(jiān)測(cè)終端在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；計(jì)算DSP就能把現(xiàn)場(chǎng)避雷器與斷路器所運(yùn)行的數(shù)據(jù)給得出來(lái)，還要分析數(shù)據(jù)，對(duì)現(xiàn)在電氣設(shè)備所運(yùn)行的情況進(jìn)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(shí)，現(xiàn)場(chǎng)的RS-485總線(xiàn)會(huì)把所采集到的全部數(shù)據(jù)直接傳輸至后臺(tái)的服務(wù)器中來(lái)顯示[6-7]。

3 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和設(shè)計(jì)

3.1 硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

在本文中，最主要的處理器就是DSP，傳感器會(huì)把其避雷器與斷路器中的所有運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集，二者運(yùn)行的狀態(tài)會(huì)被DSP進(jìn)行計(jì)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(duì)時(shí)電路、RS-485通信電路、程序加載電路、DSP電路、復(fù)位電路、電源電路、晶振電路、晶振電路、信號(hào)處理電路、現(xiàn)場(chǎng)傳感器構(gòu)成了硬件方案。能夠獲取模擬量的是現(xiàn)場(chǎng)傳感器，數(shù)字化轉(zhuǎn)換電路與信號(hào)處理電路來(lái)數(shù)字化轉(zhuǎn)換與處理模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)DSP的計(jì)算，最終得出了可以體現(xiàn)出設(shè)備正常運(yùn)行情況的所有數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)的RS-485總線(xiàn)會(huì)把其直接輸送至后臺(tái)的服務(wù)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(yù)警作用，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)設(shè)備檢修進(jìn)行指導(dǎo)。

3.2 流程軟件程序的設(shè)計(jì)

當(dāng)所設(shè)計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)完成之后，就要設(shè)計(jì)軟件程序的流程。當(dāng)上電運(yùn)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(shū)記，當(dāng)采集數(shù)據(jù)初期，還要對(duì)采樣時(shí)間進(jìn)行等待，且是同步的，繼而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；在計(jì)算所采集的數(shù)據(jù)之后，把采樣標(biāo)志復(fù)位，使此次的數(shù)據(jù)采集得以完成，數(shù)據(jù)采集會(huì)被現(xiàn)場(chǎng)的RS-485總線(xiàn)直接傳輸至后臺(tái)的服務(wù)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(yǔ)

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