数字变电站设计探讨

2016-01-01李宁李国平

数码世界 2016年1期

关键词：光纤单片机变电站

李宁　李国平

内蒙古超高压供电局

数字变电站设计探讨

李宁李国平

内蒙古超高压供电局

摘要：变电站是电力系统中不可缺少的重要环节，担负着电能转换和重新分配的任务，对于电网的安全、可靠和经济运行起着举足轻重的作用。数字化变电站就是将信息采集、传输、处理、输出过程完全数字化的变电站。全站采用统一的通讯规约构建通信网络，保护、测控、计量、监控、远动、VQC等系统，均用同一网络接收电流、电压和状态信息，各个系统实现信息共享。数字化变电站技术意味着变电站自动化系统将迈入一个新的发展平台。

随着电力系统容量、输电电压等级的提高，使得电力系统的测量与控制更加复杂，传统变电站的缺陷日渐突出，主要体现在安全性，可靠性已不能满足现代电力系统的要求；供电电能质量缺乏保证；不适应电力系统快速计算和时实控制的要求；维护工作量巨大，设备可靠性差，不利于提高运行管理水平和自动化水平；占地面积大，增加了征地投资等缺点。数字化变电站技术将逐步引领未来变电站自动化系统技术发展的趋势。

1　数字变电站总体设计

数字变电站的信息采集系统的主要由高压侧部分、光纤传输部分还有低压侧部分三部分组成。采用的是光纤传输信号，不但提高了精度而且起到了良好的高、低隔离效果。

2　系统硬件设计

2.1罗氏线圈

采用的测量元件是罗氏线圈，它的运用已经很成熟。罗氏线圈是一种较为理想的敏感，特别是进行大电流的测量时非常适用。它可以在不接触被测电路的情况下对高压电路进行隔离测量。

2.2信号调理电路

罗氏线圈感应出的电动势要进行信号调整，这是因为电动势不但与被测电流有90度的相位差而且是十分微弱。调整电路主要由前置放大电路、有源积分电路、低通滤波和隔直电路等部分组成。

2.3传感信号的处理方式

调整电路通过不同的方式进行传输信号，即把调整的信号传输到低压侧。传感信号处理的方式分别是调幅式、压频转换式、数模转换式3种方式。根据信号及调制方式的不同选择不同的传输方式。随着科技的发展现在最常用的是A／D转换式，因为调幅式和压频转换式都存在缺点。A／D转换时其芯片的选择要符合的条件是，为了方便信号在光纤中传输采用串行输出，为使转化的电压范围为最大限度采用输入电压尽可能是双极性输入。

2.4光纤传输系统

纤传输系统的组合成主要包括电光转换、光电转换、以及接口电路组成经过A／D调制后，输出的数字信息就可以不失真地通过光纤传输到低压侧进行数字信号处理。因此，电信号首先要经过电光转换，变成光脉冲信号才能在光纤中传输，到达低压端还要经过光电转换才能送人单片机系统进行信号的处理。因此，光纤传输系统主要包括电光转换、光电转换、以及接口电路组成。

2.5低压侧的单片机处理

低压侧单片机双重责任：一是通过光纤传输产生同步时序波形，控制AD采样：二是通过光纤传输接收高压端采集的信息。本设计采用两根光纤连接高、低压侧。低压侧单片机的控制采用MSP430。MSP430单片机是一个16位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机。为了满足电力系统l3次以上谐波的要求，AD采样速率为每工频40个点。定时的目

的是用来控制AD采样的速率。采样AD用MAX187芯片，首先要进行初始化，AD转换完毕后，将数据取出、发送。MSP430单片机内部含看门狗定时器，它的作用是为了防止发生死循环。

3　网络化的二次设备

变电站内常规的二次设备，如继电保护装置、防误闭锁装置、测量控制装置、远动装置、等以及正在发展中的在线状态检测装置全部基于标准化、模块化的微处理机设计制造，设备之间的连接全部采用高速的网络通信，二次设备不再出现常规功能装置重复的I／0现场接口，通过网络真正实现数据共享、资源共享，常规的功能装置在这里变成了逻辑的功能模块。而数字变电站系统结构在逻辑结构上可分为3个层次，根据IEE61850通信协议草案定义，由下至上分别称为“过程层”、“间隔层”、“站控层”。各层次内部及层次之间采用高速网络通信。过程层的主要功能是：电力运行实时的电气量检测；运行设备的状态参数检测；操作控制执行与驱动。间隔层设备的主要功能是：汇总本间隔过程层实时数据信息；实施对一次设备保护控制功能；实施本间隔操作闭锁功能；实施操作同期及其它控制功能；对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制；承上启下的通信功能，即同时高速完成与过程层及站控层的网络通信功能。必要时，上下网络接口具备双口全双工方式，以提高信息通道的冗余度，保证网络通信的可靠性。