游步新，劉 勇，姜丁尤，張占龍，李澤冰

（1.重慶市電力公司江津供電局 重慶 402260；2.重慶大學(xué)輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國家重點實驗室 重慶 400044）

配電網(wǎng)將電能直接輸送給用戶，其運(yùn)行的穩(wěn)定性直接影響到供電的可靠性。隨著社會的不斷發(fā)展，城市負(fù)荷日益增長，用戶對供電的可靠性要求也越來越高。一些重要負(fù)荷即使短暫停電也會造成重大的經(jīng)濟(jì)損失甚至不良的政治影響，因此提高配電網(wǎng)的供電可靠性、實現(xiàn)負(fù)荷的不停電轉(zhuǎn)移具有重要的意義。目前已有的配電變壓器自動投切裝置只針對變壓器輕載或重載的情況實施投切，在出現(xiàn)故障時，不能實現(xiàn)負(fù)荷的不停電轉(zhuǎn)移，并且在投切變壓器時，只能是相近的變壓器，不能對轄區(qū)內(nèi)的配電網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)籌，即不能實現(xiàn)最優(yōu)的負(fù)荷投切方法。本文給出了一種配電網(wǎng)智能負(fù)荷監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建方法，本系統(tǒng)能實現(xiàn)對配電網(wǎng)的負(fù)荷監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測信息判定是否需要實施負(fù)荷互供，并給出最優(yōu)的負(fù)荷互供方法。該系統(tǒng)功耗低、安裝方便，對提高城市供電的可靠性、減少系統(tǒng)損耗具有重要的意義[1-2]。

1 系統(tǒng)原理

實際供電過程中，經(jīng)常會遇到配電變壓器輕載或重載的現(xiàn)象，變壓器輕載時，會造成很大的輕載損耗；變壓器重載時，會影響到供電的可靠性。為優(yōu)化供電網(wǎng)絡(luò)，提高供電可靠性，減少系統(tǒng)損耗，需要實時轉(zhuǎn)移負(fù)載，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行的目的。本系統(tǒng)監(jiān)測轄區(qū)內(nèi)的配電變壓器的運(yùn)行信息，根據(jù)其運(yùn)行狀態(tài)判定是否進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移，并提供最優(yōu)的負(fù)荷轉(zhuǎn)移路徑，以達(dá)到最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

本系統(tǒng)采用PIC18F4420作為主處理芯片，通過裝設(shè)在每個配電變壓器的監(jiān)測終端來實時采集變壓器的電流，將采集到的電流經(jīng)濾波、數(shù)字化后，送入CPU中進(jìn)行計算，得出變壓器電流的平均值，判斷所監(jiān)測變壓器是否輕載或重載，然后通過無線通信模塊將所得信息發(fā)送至配電網(wǎng)監(jiān)測中心，通過中心的計算機(jī)對所采集到的轄區(qū)內(nèi)的配電變壓器的信息進(jìn)行分析，針對輕載或重載的變壓器分析得出最優(yōu)的負(fù)荷互供方案[6]。

若有線路發(fā)生故障或變壓器發(fā)生故障時，則將故障線路或故障變壓器的負(fù)荷轉(zhuǎn)移到其他配電變壓器上，以減少用戶停電時間。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)硬件設(shè)計

整個系統(tǒng)由設(shè)在配電網(wǎng)監(jiān)測中心的主站與安裝在現(xiàn)場的監(jiān)測終端構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

本系統(tǒng)采用嵌入式計算機(jī)技術(shù)、GPRS無線通信技術(shù)以及太陽能供電技術(shù)，對配電變壓器實時在線監(jiān)測，并提供最優(yōu)的負(fù)荷互供方案。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 System structure

現(xiàn)場監(jiān)測終端主要是CPU以及其外圍電路，包括傳感器及數(shù)據(jù)處理電路、現(xiàn)場電源管理電路、GPRS無線通信模塊以及鍵盤等。采用電流傳感器采集變壓器的電流信號，將采集到的電流信號經(jīng)濾波和數(shù)字化送入CPU中進(jìn)行處理，其中CPU采用PIC18F4520，它采用先進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，具有高耐久性，具有快速穩(wěn)定的中斷響應(yīng)。CPU主要完成的功能是：1）接收傳感器采集的變壓器數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行計算分析，主要計算得出變壓器的電流有效值，并分析所監(jiān)測變壓器是否輕載或重載；2）將分析計算得出的信息通過GPRS無線通信模塊發(fā)送到主站[3-5]。

圖2 單片機(jī)及其外圍電路設(shè)計Fig.2 Singlechip microcomputer and peripheral circuit design

本系統(tǒng)采用部分太陽能供電，由一個太陽能電池和一個蓄電池以及直流升壓轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。系統(tǒng)正常工作時，采用蓄電池供電，蓄電池通過所監(jiān)測的線路進(jìn)行充電，當(dāng)線路斷電時，采用太陽能電池供電，以保證系統(tǒng)的不停電工作。直流升壓轉(zhuǎn)換電路將電池中的電壓轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所需的直流電壓進(jìn)行供電。系統(tǒng)電源電路如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)電源電路Fig.3 Power circuit of system

鍵盤主要用來設(shè)定變壓器工作的設(shè)定值并實現(xiàn)與主站的通信，便于調(diào)試安裝。整套裝置置于金屬外殼中，安全可靠，簡潔輕便，便于現(xiàn)場安裝。

3 后臺軟件設(shè)計

軟件設(shè)計包括現(xiàn)場監(jiān)測終端CPU的軟件設(shè)計和主站分析軟件的軟件設(shè)計。其中現(xiàn)場監(jiān)測終端的軟件主要針對變壓器數(shù)據(jù)的采集及分析計算，并實現(xiàn)與主站的信息通信。主站軟件的主要功能是接收并分析所有監(jiān)測終端發(fā)來的數(shù)據(jù)，若有變壓器出現(xiàn)輕載、重載或故障時，統(tǒng)籌所有變壓器發(fā)來的數(shù)據(jù)，計算并分析可行的負(fù)荷互供方案，給出一種最優(yōu)的負(fù)荷互供路徑，以達(dá)到減小損耗的目的。

所有的軟件都采用C語言編程，采用模塊化設(shè)計，各部分功能由不同的程序模塊來完成，然后調(diào)用不同的程序塊來完成整個系統(tǒng)的功能。系統(tǒng)的軟件流程如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)程序流程圖Fig.4 Flow chart of system programming

4 結(jié) 論

文中從減少配電網(wǎng)損耗及停電時間的角度出發(fā)，介紹了配電網(wǎng)只能負(fù)荷監(jiān)測及互供系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過對配電變壓器的實時在線遠(yuǎn)程監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)配電網(wǎng)中的輕載、重載及故障變壓器，針對輕載、重載和故障變壓器，通過分析計算，給出最優(yōu)負(fù)荷互供路徑，以達(dá)到減小系統(tǒng)損耗、提高供電可靠性的目的。

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