高压电力线路电源控制系统研究

摘  要：为了提高高压电力线路电源控制的可靠性，设计了高压电力线路电源控制系统。选择电力调节装置和电力调制解调器构成系统硬件，采用云端在线分析电源电力的方法，计算闭环电源底层电力负荷量，结合系统所在的本地服务器，传输供电数据，并通过规划中频电路门槛、选择控制线路等方式，完成系统软件设计。实验结果表明，设计的控制系统在实际应用中能够有效实现电厂电源电压的控制，满足电网的实际运行需求。

关键词：高压电力线路;电源控制;系统设计;电力调制解调器

中图分类号：TM774;TM44      文献标识码：A 章编号：2096-4706（2020）20-0057-03

Research on Power Control System of High Voltage Power Line

JI Zhiliang

（State Grid Shanghai Electric Power Company Economic and Technological Research Institute，Shanghai  200122，China）

Abstract：In order to improve the reliability of high voltage power line power control system，a high voltage power line power control system is designed. The power conditioning device and power modem are selected to constitute the system hardware. Using the method of online analysis of the power supply in the cloud，calculate the bottom power load of the closed-loop power supply. Combined with the local server where the system is located，the power supply data is transmitted，and the system software design is completed by planning the intermediate frequency circuit threshold and selecting the control line. The experimental results show that the designed control system can effectively control the power supply voltage of the power plant in practical applications and meet the actual operation requirements of the power grid.

Keywords：high voltage power line;power control;system design;power modem

0  引  言

电力产业的高速发展，提升了社会用电稳定性与可靠性的同时，对高压电力的需求也越来越多。传统的电源控制采用的是集成电路方式进行设计，此种系统结构不仅极易受到外界环境的影响，同时在使用中系统整体的可靠性相对较差，不符合现代化电子系统的设计理念。突发的高压电力线路问题导致的安全事故，不仅会对电力产业的经济造成一定影响，而且也会在一定程度上影响居民的正常用电[1]。例如，区域高压供电线路出现短时拥塞，导致高压供电线路电源负荷供电不足，严重影响居民正常生活。与现代化电力产业的需求相比，传统电源控制系统的开发周期长、成本造价高，并且简单的结构使传统系统只能应用于小规模高压电力电源控制中，无法满足电力企业的发展需求，也导致系统的運行存在一定安全隐患。输电线路的受电端，经常为大型企业、工厂、重要基础设施等供电，用户站供电稳定至关重要，电压幅值、波形、频率，是电能质量的主要指标，特别是一级重要用户。虽然电力产业发展已经相当成熟，但区域电网的供电稳定，仍受到不确定因素的考验，如夏冬季高峰用电，台风、雷暴雨天，这些因素影响仍然影响着用户侧的电能质量。国网上海市电力公司经济技术研究院长期承接高压电力工程设计业务，笔者为公司设计部门在职员工，从事高压输电线路的设计工作。为了改善上述问题，本文研究了高压电力线路电源控制系统，分别设计了电源控制系统的硬件及软件，并通过对比实验，验证了设计成果的有效性，实现对电源的有效控制，提高了用户侧电压幅值、波形及频率的抗干扰能力，保障电流电压在一定范围内的高可靠性。

1  高压电力线路电源控制系统硬件设计

高压电力线路电源控制电路连接由电力调节装置内置TU2305-L4型号微型数据芯片，电力调制解调器主要由STC 89C52单片机及外围元件构成，高压电力线路电源控制电路连接如图1所示。

1.1  电力调节装置

电力调节装置内置UAA5405保护层、TU2305-L4型号微型数据芯片。其装置内包括2路模拟数据传输路径、3路GPIO数据传输路径，可满足电力环境下电压（电流）的导入/导出[2]。同时，调节装置内具有额定电压超标指示灯，与标准的SMA天线连接，当流经的电流、电压值超出指定范围时，指示灯闪烁。

此装置是一款适用于室内稳定工作环境的电力数据调节设备，同时配备的IP50等级安全防护外壳，具备绝缘功能，外壳与内接芯片之间具有隔绝层，用于避免装置出现漏电现象[3]。为了满足高压电环境下的运行需求，电力装置端口增设64位数据处理芯片，不仅支持数据运营商的2/3/4G网络，而且也可最大限度保障电力数据接入端无线数据的容量。

1.2  电力调制解调器

电力调制解调器是一种音频通信设备，采用FSK方式调制，主要由单片机及外围元件构成，能够配合较多通信信道传输数据信息。为了满足电源接入数据的通信需求，本文系统选择了电力调制解调器作为终端的通信服务器。同时，内置F285型号电力数据微型处理器，使导入的数据支持电源运行中，多路CPU的在线同步运转。

此外，选择电力定位识别技术导入电源数据的来源，配备多个电源接口与数据鉴别面板，实现对电力数据的全维度分析。在装置内安装Intel Core i7-9700 CPU与128位的计算芯片，提升ECC的处理频率，从而满足对电源数据的抓取需求。

2  高压电力线路电源控制系统软件设计

2.1  跟踪高压电力线路电流闭环分配量

在控制高压电力线路电源时，应先检测系统供电端的电源最大承受负荷量，同时考虑如何将超负荷电力值平均转移并分配到电源减载节点上[4]。智能云端在线分析电力系统具有发电速度快、电源检测结果准确、云端传输和储存信息容量大等特点。智能云端在线分析电力系统架构如图2所示。

智能化云端在线分析电力系统服务器使用CPU处理程序进行数据分析，根据分析结果获取电力状况，实现了数据分析与整体控制;发电模块利用发电机组发电为整体供电;变压模块通过变压器组对电源进行电压、电流转换，并通过电缆向服务器传送变压后的电源信息。电源检测模块主要是利用电压表和电流表二次检测电源电压和电流，并将检测出的电源信息通过电缆传送到服务器;电源存储模块采用大型电力存储单元存储电量，通过电缆将电量信息实时传送到服务器。智能云端在线分析电力系统界面如图3所示。

本文选择采用云端在线分析电源电力的方式，计算闭环电源第i层的电力负荷量为：

其中，D为低频状态下的负荷节点;R为负荷占比;j为i级的电源负荷节点;L为扰动负荷敏感度。结合不同电源级别在低频状态下电源负荷量占总量的百分比，控制系统电流平均分配量的计算公式为：

其中，K为低频电源容量约束条件;λ为电源运行频率参数，Gd为频率变化时间常数。根据上述计算公式，监控电源控制系统低频减载功率的平衡状况，并通过网间连接设备，将获取的电源参数数据节点通过单片機将传输方式转化为传输控制协议/互联协议的传输方式。

同时，通过系统所在的本地服务器以及物联网智能终端服务设备，对网络访问测量的电源进行传输[5]。并连接网络将相关数据上传到云端在线分析平台当中实施深度分析，从而完成对高压电力线路电流闭环分配量的跟踪。

2.2  控制中频电源电压

综合上述跟踪的高压电力线路电流闭环分配量，结合电源控制实际运行情况，建立控制系统内电源参数的网络连接，并以电力负载量作为依据，对中频电源电压进行控制，步骤为：

第一步：获取控制系统在运行中的内部低频荷载电源数据，将多种电力信息建立与互联网的连接，构建电力峰值控制与调度网络，实现系统在任何时间、地点、资源的相互连通，并将获取的数据整理后实时上传至控制调度中心。

第二步：规划中频电路门槛，并延展核心电网，以满足控制系统最大荷载量为控制目标，综合在线监测得到的系统运行电力实际负荷量，判断系统中是否存在满足低频减载控制路线[6]，当线路不满足控制条件时，选择跳过此条控制线路，进入下一条控制线路的判断，直到完成对系统内所有控制线路的完整检索，从而通过控制线的识别，完成高压线路电源的控制。

2.3  稳定电源控制电路

本文设计的高压电力线路电源控制系统采用全桥移项电路，配备PWM控制开关作为电路的控制器，此种类型电路的功能更加完善，且具备完整的自适应区域，可实现系统电路的软启动与自动切断功能。系统以ACT8990芯片作为设计电源控制电路的核心，在规划电路布局安排时，可根据时钟与锯齿波的形成规律，设计电路中的电源电压保护模块、隔离驱动模块、电流调节模块等。当线路输出闭环电流后，采集电路的流出信息，实现应用电路对过压系统的保护。

3  对比实验

提出对比实验，以电力市场内某变电站作为此次实验的试点场所，将设计的控制系统应用到高压电厂中，以此验证本文设计系统的可靠性。分别利用本文提出的电源控制系统与传统控制系统对该电厂电源进行控制，对比控制后变电站电源的稳定运行能力，共设定3轮控制过程，记录使用系统控制前、使用系统控制时及使用系统控制后电源出口电压的运行频率，并以此作为判定系统稳定运行的依据。记录实验数据，绘制成如图4所示的实验结果。

图4为实验组与对照组的对比实验结果，根据图4中曲线可以看出，本文系统在进行电源电压控制时，由终端输出的电压值相对较稳定，可有效地控制电源电压在130～ 160 kV范围内，实现流经电源电流的稳定运输。而传统系统在进行电源电压控制时，输出的电源电压的运行不稳定，尽管也可将电源电压控制在200 kV以下，但电压波动较大，系统的整体运行不稳定。通过上述对实验结果的分析，得出此次实验的结论：相比传统的电源控制系统，本文设计的高压电力线路电源控制系统在对电源电压实际控制过程中，可实现电源电压的稳定控制，满足系统运行需要。

4  结  论

为提高高压电力线路电源控制系统的可靠性，本文从跟踪高压电力线路电流闭环分配量与控制中频电源电压两个方面，设计了高压电力线路电源控制系统。采用设计对比实验的方式，验证了设计的系统在实际运行中，对于电源电压具有显著的控制效果。因此，在后期的相关研究工作中，应加大本文设计系统在电力市场内的应用，通过不断实践，掌握系统在运行中存在的问题，改进问题，从而实现对系统功能的完善。

参考文献：

[1] 谭强，高迎慧，刘坤，等.基于电池组级联的高压恒流电源电流控制方法研究 [J].电工电能新技术，2020，39（9）：48-55.

[2] 周涛.基于PIC18F4580的电源控制系统设计 [J].舰船电子对抗，2020，43（4）：116-120.

[3] 李家强，黄懿赟，冯虎林，等.基于现场可编程门阵列与Labview的脉冲电源控制系统设计 [J].核聚变与等离子体物理，2019，39（2）：139-143.

[4] 李春林，王英翘，姚列英，等.HL-2A脉冲步进阶梯调制高压电源控制系统的研制 [J].核聚变与等离子体物理，2019，39（2）：134-138.

[5] 范志华，苗世洪，刘子文，等.含多类型分布式电源的交直流混合微电网系统潮流控制策略研究 [J].供用电，2018，35（7）：20-27+48.

[6] 杨子千，马锐，程时杰，等.电力电子化电力系统稳定的问题及挑战：以暂态稳定比较为例 [J].物理学报，2020，69（8）：103-116.

作者简介：嵇志良（1989.12—），男，汉族，上海人，助理工程师，本科，研究方向：电力工程输电线路。