基于实时网络与DSP技术的电力系统自动化装置的研究

（国网冀北电力有限公司承德供电公司）

基于实时网络与DSP技术的电力系统自动化装置的研究

李 颖

（国网冀北电力有限公司承德供电公司）

使用实时网络与DSP技术实现电力系统改造，能使系统的自动化水平得到进一步提升，进而更好地满足社会对电力通讯设备的需求。基于这种认识，本文对基于实时网络与DSP技术的电力系统自动化装置展开了研究，从实时网络与DSP技术选择、系统设计和技术应用三个方面进行了探讨。

实时网络；DSP技术；电力系统；自动化装置

0 引言

在电力事业发展的过程中，电力系统自动化装置发挥着重要的作用。随着社会经济的快速发展，电力企业还要通过实现电力系统自动化装置改造更好地满足社会用电需求。而就目前来看，实时网络和DSP技术在电力系统改造上已经得到了应用，能够使供电系统的可靠性和安全性得到提高。因此，相关人员还应该加强基于实时网络与DSP技术的电力系统自动化装置的研究，以便更好地促进电力事业发展。

1 电力系统的实时网络与DSP技术选择

在进行基于实时网络与DSP技术的电力系统自动化装置设计时，还要确保装置的设计能够满足运行需求。为此，还要先完成系统网络和微处理器的选择，以确保装置的实际运行效益能够得到提高。

在实时网络选择上，目前电力系统可以采取的网络通信方式主要包含工业以太网、无线通信和现场总线。采取工业以太网方式进行系统通信，可实现局域管理和控制，并获得较高传输速度。但是，采取该方式只能在有限范围内通信，在实现系统传输介质共享时，还将发生局域网络数据信息冲突，因此无法满足电力系统的实时信息传输要求。采取无线通信方式，可在较广范围内进行网络节点布置，有利于提高系统通信效率。但是，采取该种通信方式容易受环境干扰，会出现通信中断或信号失真问题，不适合在有较高实时管理和控制要求的电力系统中应用。采取现场总线技术，可完成最底层总线型拓扑网络构建，所以能够直接将终端设备接入网络[1]。同时，由于该技术存在有多主站优先权访问特征和短帧结构，所以能确保重要数据信息在第一时间得到传输，可满足电力系统网络的实时性和可靠性设计要求。

在微处理器选择上，电力系统主要使用单片机、ARM和DSP这三种。其中，单片机价格较低，并且容易进行安装操作，但数据处理性能较差。ARM具有成本低、体积小和性能高的特点，但需使用大量寄存器，且指令长度固定。DSP则具有较强数据处理能力，可在短时间内完成数据运算处理，并实现复杂算法，但功耗相对较大。而考虑到电力自动化系统有着较高的数据处理和传输要求，所以需使用DSP技术进行系统开发。

2 基于实时网络与DSP技术的电力系统自动化装置

2.1 系统方案设计

2.1.1 硬件设计

在实际设计电力系统自动化装置时，需考虑到电力系统实现自动化控制的装置主要有哪些？目前，该类装置可划分为两类，即保护控制装置和自动化装置。前一类包含线路保护装置、稳定控制装置等；后一类包含备自投装置和自动重合闸装置等。利用这些装置，可满足电力系统的信息测量、通信、控制和保护等需求。结合这些需求，需完成电源插件、交流输入插件、通讯插件、中央处理插件和人机接口插件等系统硬件结构的设计。其中，中央处理插件为系统设计核心，使用了DSP控制器，并连接有逻辑译码电路、通讯电路、双口RAM和实时时钟等电路或元器件，能实现系统一切装置的直接或间接控制。在系统通信接口插件设计上，由于使用现场总线网络，而DSP内部存在有现场总线协议，所以只需实现收发器的扩展安装就能实现通信。在交流输入插件设计上，系统使用的是交流电，装置接收到的为模拟信号，但DSP仅能实现数字信号处理，因此还要利用该插件将模拟信号转化为数字信号[2]。在电源插件设计上，需根据装置安装位置进行电源插件选择。此外，在人机接口插件设计上，可以利用显示设备和键盘实现人机交互。

2.1.2 软件设计

在软件设计方面，需完成数据处理、故障判断、信息输出、算法实现、数据存储、上电自检等功能的设计。而系统软件开发环境为CCS，其为TI公司推出的集成开发环境，可用于进行DSP芯片的集成开发。使用该软件，可借助编译、硬件调试、链接和软件仿真等功能实现DSP程序的设计与开发。从系统软件构成上来看，其将由主程序和辅助功能程序构成。系统运行主程序后，将先完成硬件自检。在这一过程中，系统将完成相关装置是否报错等情况的查看。如果发现装置报错，会将报错信息直接输出，然后退出。如果没有报错，会进行相关参数的初始化操作，并完成上位机信息读取，然后进行通信。完成人机接口通信后，系统将使看门狗计数器复位，并完成上位机信息重新读取，并反复进行复位－读取－通信操作。在硬件自检模块设计上，可确保继电保护装置运行前先自检，以确保自动化系统的可靠性。在上位机通信模块设计上，系统在与上位机通信时，将先完成缓冲区读取，以确定是否有数据[3]。如果存在有遥控命令数据，则将进行该命令的执行。如果没有，则将进行同步字填充，并完成发送帧创建，以确定系统是否需插入信息。获得完整数据帧后，系统将进行校验和计算，然后实现数据帧的打包发送。在人机交互上，系统将先进行主界面初始化操作，通过扫描确定系统是否有键被按下。根据输入信息，则能完成操作指令的判断，并将操作信息发送给DSP，然后完成相关操作的显示。

2.2 技术实际应用

2.2.1 系统信号采集与监测

采用实时网络和DSP技术进行系统设计，可以更好地实现模拟量采集和实时信号监测。在电力自动化装置中，电力调度可运用SCADA、EMS和DMS等理念实现数据采集和测量。在装置运行的过程中，可以变送器为主要依据将一次CT和PT上电气量转化为直流量。经过模拟数字转换，则能够将直流量传输到计算机上。应用交流采样技术实现系统设计后，则可以完成二次CT和PT转换。在此基础上，则可以实现每周波多点采样值的直接计算，所以能够减少变送器使用频率，进而为实现变电站自动化运行提供保障。相较于过去使用51单片机进行数据处理的电力系统，使用DSP技术和实时网络的电力系统能够有效提高系统数据处理速度，并实现数据空间拓展，所以能够为电力自动化装置运行提供保障[4]。此外，使用DSP技术能够完成系统实时频谱分析，所以能够提高装置测量精度，并确保设备稳定运行。

2.2.2 电能质量监控

应用实时网络和DSP技术，还能实现电能质量监控。近年来，配电网建设对电能质量提出了更高的要求。而在电能质量监控方面，可应用实时网络和DSP技术实现电能质量的实时监控，并做好系统故障点检测。在配电网发生故障的情况下，受外界因素干扰，一些位置节点将承受较大负荷，进而造成电压凹陷。应用DSP技术和实时网络，则能够运用小波方法实现故障检测，从而使故障点的范围得到尽快确定，继而使故障得到及时排除。

2.2.3 系统继电保护

在继电保护方面，DSP技术和实时网络也得到了应用。在电力系统自动化设备中，继电保护装置应用范围较广。而使用DSP技术，则能够提供微机继电保护。相较于传统继电保护装置，该种装置的应用能够促进系统自动化发展，从而使电力系统的稳定性和安全性得到提高[5]。在系统正常运行的过程中，通过对系统谐波和基波展开有效分析，并利用微机继电保护装置完成系统故负荷特性特征进行较好把握，从而对存在的问题进行有效解决。再者，负荷特性分析系统的构建，需要考虑到设置电网负荷安全评估系统，能够在对负荷特性数据利用过程中，加强电网技术的不断改进，发挥新技术优势，以确保电力系统在应用新技术、新手段后，能够更加可靠、平稳地运行。

3 结束语

母线负荷预测技术以及负荷特性的把握，对于当下智能电网的发展有着十分重要的影响。母线负荷关系到了智能电网运行的平稳性和可靠性，在当下供电日益紧张的形势下，对母线负荷进行预测，并对负荷特性进行较好把握，显得尤为必要。为了更好地满足智能电网发展需要，在日后工作当中，要注重利用新技术手段，构建完善的负荷特性分析系统，加强对这一系统性能的评估，保证对电网运行过程中存在的问题进行有效解决。除此之外，母线负荷预测技术及负荷特性分析过程中，要注重经验积累和技术完善工作，能够为电网日后的平稳发展，创造更加有利的条件。

[1]张文磊，周勇，廖峰，等.间接预测法在母线负荷预测中的应用[J].电网技术，2013（12）.

[2]静华，韦化.基于诱导有序加权平均算子的最优组合短期负荷预测[J].电网技术，2015（10）.

[3]陈新宇，康重庆，陈刚.规避坏数据影响的母线负荷预测新策略[J].中国电力，2014（9）.

2016-10-16）