电力系统站所终端的设计与应用研究

金则群

将站所终端（distribution terminal unit，简称DTU）安装在传统的开关站、配电室、环网柜、箱式变电站等处，以完成遥信、遥测、遥控和馈线自动化功能。装置具有自动故障检测和识别功能，与配电网自动化主站和子站系统配合，实现多条线路的测量控制、隔离故障区域并且恢复非故障区域供电，从而提高供电可靠性和配网的智能化。本文主要介绍了智能电网中的站所终端的软硬设计及其应用。

【关键词】电力系统 站所终端 DTU 设计 功能

智能电网已经成为世界各国投入科技研发的重点，在欧美一些国家已经逐步上升到国家战略层面，成为国家经济发展和能源政策的重要组成部分。我国《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》明确提出要依托信息、控制和储能等先进技术，推进智能电网建设，增强电网优化配置电力的能力和供电可靠性。配电网自动化是智能电网中重要的一环，但是我国刚刚还处于起步的水平，落后发达国家比较多，急需大力发展。因此研究配电网自动化的站所终端是具有非常好的发展前景。本文将介绍站所终端的设计与应用。

1 电力系统的发展及应用站所终端的背景

电力系统是由发电、输电、变电、配电及用电等环节组成的统一系统。在大力建设坚强型智能电网环境下，配网自动化既提高供电可靠性和供电质量、又扩大供电能力和实现配电网高效经济运行， 是实现智能电网的重要基础之一。重“输”轻“配”已是过去时，配电网会是未来主流趋势。配网自动化是应用现代计算机技术、远动、自控、通讯等先进技术手段，实现配网在线和离线远方监控，以达到配网安全、可靠、高效运行之目的。

2 站所终端的系统设计原理

总体来说电力系统站所终端DTU的功能主要就是实现对远方一次设备的遥信、遥测、遥控“三遥”自动化功能。具备就地采集开关的模拟量和状态量以及控制开关分合闸功能，具备测量数据、状态数据的远传和远方控制功能。在其设计上，主要是分为硬件设计和软件设计。站所终端是由主控板和采集板两个系统共同工作的。主控系统负责监控采集板、与配电自动化主站子站通讯。采集板负责数据采样、处理。两板之间通过CAN总线和RS485总线进行交互。终端具备故障指示手动复归、自动复归和主站远程复归功能，能根据设定时间或线路恢复正常供电后自动复归，也能根据故障性质（瞬时性或永久性）自动选择复归方式。具备软硬件防误动措施，保证控制操作的可靠性。

2.1 硬件设计

系统主控板和采集板各自拥有一个中央处理器（CPU），都使用STM32F207。其具有自适应实时加速器，可以让程序在Flash中以最高120MHz频率执行时，能够实现零等待状态的运行性能，内置存储器保护单元，能够实现高达150DMIPS性能。处理器自带1个网络口、1个全速USB接口和2个CAN口。主控板提供两路网络口，4路串口，1个CAN口。

采集板上的采样芯片采用ADE7878，是一款高精度、三相电能计量IC，采用串行接口，并提供三路灵活的脉冲输出。该器件内置七个ADC、基准电压源电路和所有必需的信号处理电路，实现总（基波和谐波）有功/无功/视在功率测量，以及基波有功和无功功率测量和有效值计算。ADE7878有七路模拟量输入，分成电流和电压两个通道。ADE7878提供三种串行通讯口，主模式HSDC接口的最高的通讯速度为8MHz，可以采集电压、电流瞬时值以用于谐波分析计算。

2.2 软件设计

终端软件包括主控板程序和采集板程序。

主控板通信协议和数据处理功能比较繁杂，程序调度比较麻烦，因此选用了具有实时性、开源性、可靠性的 FREERTOS操作系统。FreeRTOS是一个迷你的实时操作系统内核。作为一个轻量级的操作系统，功能包括：任务管理、时间管理、信号量、消息队列、内存管理、记录功能、软件定时器等，可满足本系统的需要。实现站所终端的技术规范所要求的遥信、遥测、遥控等功能。

主控板有自检、自恢复功能，拥有运行指示灯。监控开关电源工作状态，采集遥信值，并且控制就地指示灯。上行通信协议使用国家电网DL/T 634.5104和DL/T 634.5101。与采集板交互的通信协议采用自定义格式。主控板具备对时功能，支持SNTP等对时方式，接收主站或其它时间同步装置的对时命令，与主站时钟保持同步。终端接受并执行来自主站或子站的遥控命令，完成开关的分、合闸操作。遥控采取“遥控预制-返送校核-操作执行命令”的方式。

采集板为了满足实时性的要求采用的是裸机程序。处理器采集采样芯片的波形信号后，10毫秒计算一次电流有效值。每条线路的零序电流和零序电压，即可以由三相电流或三相电压计算获得，也可由零序CT或零序PT直接采集获得，可根据现场实际情况灵活配置。采样值周期的通过CAN总线发送给主控板。如果采样值超过阀值，控制操作继电器动作，使开关跳闸，并且记录事件、上报故障遥信给主控板。

3 站所终端在电力系统中的应用

站所终端是配网自动化的主要设备。随着我国配网自动化水平的逐步提高，越来越多的站所终端被投入使用。 配电系统自动化涉及范围主要是指10kV中压系统。配电自动化主要就是监控此处的一次设备。站所终端主要用于环网柜、开闭所等，实现电气量的监测和控制，故障诊断、故障隔离。

4 结束语

本文简要分析了电力系统站所站所终端的设计与应用，结合电力行业正在快步走向智能电网的实际情况，可以得知将站所终端应用于电力系统中，市场需求巨大，应用前景非常乐观，必将带来满意的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]国家能源局.DLT 721-2013 配电网自动化系统远方终端.2013.8.

[2]田劲.电力系统站所远方终端DTU的设计与应用研究[D].武汉理工大学硕士学位论文.2012，5.

[3]赵翠然.基于IEC61850的配电终端建模及自描述研究[D].华北电力大学硕士学位论文.2013，3.

[4]赵亚崧，孟卫东.防误操作站所型配电终端的实现[J].电气开关，2015，03：101-103.

作者单位

华立科技股份有限公司 浙江省杭州市 310023