電力系統應用站所終端研究論文
電力系統應用站所終端研究論文
摘要：將站所終端安裝在傳統的開關站、配電室、環網櫃、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、隔離故障區域並且恢復非故障區域供電，從而提高供電可靠性和配網的智慧化。本文主要介紹了智慧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
智慧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》明確提出要依託資訊、控制和儲能等先進技術，推進智慧電網建設，增強電網最佳化配置電力的能力和供電可靠性。配電網自動化是智慧電網中重要的一環，但是我國剛剛還處於起步的水平，落後發達國家比較多，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慧電網環境下,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執行,是實現智慧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，實現配網線上和離線遠方監控，以達到配網安全、可靠、高效執行之目的。
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裝置的遙信、遙測、遙控“三遙”自動化功能。具備就地採集開關的模擬量和狀態量以及控制開關分合閘功能，具備測量資料、狀態資料的遠傳和遠方控制功能。在其設計上，主要是分為硬體設計和軟體設計。站所終端是由主控板和採集板兩個系統共同工作的。主控系統負責監控採集板、與配電自動化主站子站通訊。採集板負責資料取樣、處理。兩板之間透過CAN匯流排和RS485匯流排進行互動。終端具備故障指示手動復歸、自動復歸和主站遠端復歸功能，能根據設定時間或線路恢復正常供電後自動復歸，也能根據故障性質（瞬時性或永久性）自動選擇復歸方式。具備軟硬體防誤動措施，保證控制操作的可靠性。
2.1硬體設計
系統主控板和採集板各自擁有一箇中央處理器（CPU），都使用STM32F207。其具有自適應實時加速器，可以讓程式在Flash中以最高120MHz頻率執行時，能夠實現零等待狀態的執行效能，內建儲存器保護單元，能夠實現高達150DMIPS效能。處理器自帶1個網路口、1個全速USB介面和2個CAN口。主控板提供兩路網路口，4路串列埠，1個CAN口。採集板上的取樣晶片採用ADE7878，是一款高精度、三相電能計量IC，採用序列介面，並提供三路靈活的脈衝輸出。該器件內建七個ADC、基準電壓源電路和所有必需的訊號處理電路，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提供三種序列通訊口，主模式HSDC介面的最高的通訊速度為8MHz，可以採集電壓、電流瞬時值以用於諧波分析計算。
2.2軟體設計
終端軟體包括主控板程式和採集板程式。主控板通訊協議和資料處理功能比較繁雜，程式排程比較麻煩，因此選用了具有實時性、開源性、可靠性的`FREERTOS作業系統。FreeRTOS是一個迷你的實時作業系統核心。作為一個輕量級的作業系統，功能包括：任務管理、時間管理、訊號量、訊息佇列、記憶體管理、記錄功能、軟體定時器等，可滿足本系統的需要。實現站所終端的技術規範所要求的遙信、遙測、遙控等功能。主控板有自檢、自恢復功能，擁有執行指示燈。監控開關電源工作狀態，採集遙信值，並且控制就地指示燈。上行通訊協議使用國家電網DL/T634.5104和DL/T634.5101。與採集板互動的通訊協議採用自定義格式。主控板具備對時功能，支援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。終端接受並執行來自主站或子站的遙控命令，完成開關的分、合閘操作。遙控採取“遙控預製-返送校核-操作執行命令”的方式。採集板為了滿足實時性的要求採用的是裸機程式。處理器採集取樣晶片的波形訊號後，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直接採集獲得，可根據現場實際情況靈活配置。取樣值週期的透過CAN匯流排傳送給主控板。如果取樣值超過閥值，控制操作繼電器動作，使開關跳閘，並且記錄事件、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裝置。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範圍主要是指10kV中壓系統。配電自動化主要就是監控此處的一次裝置。站所終端主要用於環網櫃、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慧電網的實際情況，可以得知將站所終端應用於電力系統中，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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