陶 煜，楊玉銘

(1．沈陽供電公司，遼寧 沈陽 110016;2．沈陽東電科發(fā)科技有限公司，遼寧 沈陽 110016)

目前，我國電網(wǎng)企業(yè)面臨著一些特殊問題，如國家電網(wǎng)尚未建成堅強骨干網(wǎng)架，電網(wǎng)抵御多重故障的能力較弱;各區(qū)域電網(wǎng)主干網(wǎng)架較薄弱，電網(wǎng)穩(wěn)定水平偏低，電網(wǎng)運行靈活性不強;現(xiàn)有高壓、超高壓輸電線路輸送能力偏低，線路走廊利用率不高;企業(yè)信息化建設(shè)相對滯后，沒有形成一體化生產(chǎn)經(jīng)營管理系統(tǒng)，信息技術(shù)在重大決策和現(xiàn)代化管理中的作用還沒有得到充分發(fā)揮［1］。

電力系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點交織密布，有功潮流、無功潮流、高次諧波、負(fù)序電流等以光速在全系統(tǒng)范圍傳播。既能輸送大量電能，創(chuàng)造巨大財富，也能在瞬間造成重大的災(zāi)難性事故。電力系統(tǒng)的頻率特性是負(fù)荷頻率特性、發(fā)電機頻率特性及電壓影響的綜合結(jié)果。電力系統(tǒng)頻率異?；蝾l率崩潰將對電力系統(tǒng)本身及電力用戶帶來嚴(yán)重的后果［2］。

為保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，必須在不同層次根據(jù)不同要求配置各類自動控制裝置與通信系統(tǒng)，組成信息與控制子系統(tǒng)，成為實現(xiàn)電力系統(tǒng)信息傳遞的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使電力系統(tǒng)具有可觀測性與可控性，確保電能生產(chǎn)與消費過程的正常進(jìn)行及事故狀態(tài)下的緊急處理。

1 設(shè)備構(gòu)成及工作原理

1.1 控制系統(tǒng)

采用C8051F020單片機作為中心控制單元，實時采樣被測控的電壓、電流信號，經(jīng)微機計算處理，與設(shè)定值相比較，一旦電壓偏離預(yù)先設(shè)定的范圍，控制器就產(chǎn)生一個升或降的命令，控制相關(guān)的有載調(diào)壓開關(guān)動作?？刂葡到y(tǒng)主要由信號采集電路、單片機控制系統(tǒng)、電壓過零檢測電路、觸發(fā)電路等部分組成，單片機控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 單片機控制系統(tǒng)

C8051F020單片機是高集成度的混合信號系統(tǒng)級芯片［3］，具有與8051兼容的CIP－51微控制器內(nèi)核，采用流水線結(jié)構(gòu)，單周期指令運行速度是8051的12倍，全指令集運行速度是原來的9.5倍。

C8051F020通過優(yōu)先權(quán)交叉開關(guān)譯碼器 (如圖2所示)控制數(shù)字開關(guān)網(wǎng)路，端口引腳的分配順序是從P0.0開始一直到P3.7。

圖2 信號采集及過零檢測電路圖

C8051F020擁有8個8位的I/O端口，減少了外部連線和器件擴展，有利于提高可靠性和抗干擾能力。C8051F020具有標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口，片內(nèi)JTAG調(diào)試電路允許使用MCU進(jìn)行非侵入式 (不占用片內(nèi)資源)、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。該調(diào)試系統(tǒng)支持觀察和修改存儲器和寄存器，支持?jǐn)帱c、觀察點、單步及運行和停機命令。

1.2 信號采集及過零檢測電路

如圖2所示，從電力線路上獲得的信號數(shù)值、輸入范圍經(jīng)過調(diào)整和變換，輸入信號分壓后，與2.5 V電位相加，把雙極性交流信號變?yōu)閱螛O性單片機可識別的0～5 V信號。

C8051F020內(nèi)部帶有數(shù)據(jù)采集所需的ADC和DAC。ADC有2個:ADC0是8路12位逐次逼近型ADC，可編程轉(zhuǎn)換速率最大為100 ksps，集成了跟蹤保持電路和可編程窗口檢測器;ADC0是8路8位逐次逼近型ADC，可編程轉(zhuǎn)換速率最大為500 ksps，集成了跟蹤保持電路。通過多通道選擇器配置為單端輸入或差分輸入，而且內(nèi)有可編程增益放大器PGA，用于將輸入的信號放大，提高A/D轉(zhuǎn)換精度。

1.3 程序功能模塊框圖

程序功能模塊框圖如圖3所示。

圖3 程序功能模塊框圖

1.4 顯示模塊

由于數(shù)碼管具有性價比高、顯示清晰、亮度高、使用方便、電路簡單、使用壽命長的特點，應(yīng)用到該系統(tǒng)中符合硬件簡單、靈活等要求，既滿足控制系統(tǒng)硬件簡單要求，又能如實顯示被測電壓、電流等參數(shù)，設(shè)計采用3片HD7279驅(qū)動數(shù)碼管及控制按鍵。

1.5 程序存儲器

為使定值永久保存和隨時更改，設(shè)計采用電可擦除存儲器及串行輸入輸出方式，該方式具有體積小、成本低、電路連接少等特點，作為片上存儲器嵌入片上系統(tǒng) (SOC)或微控制器 (MCU)內(nèi)部，對于傳輸速率要求不高的系統(tǒng)具有很高的實用價值［4］。

1.6 通信系統(tǒng)

控制器采用以下通信方式。

a． 通過串口與計算機連接后，經(jīng)安裝在計算機中的上位機軟件獲取存儲在控制器設(shè)備中的運行記錄等相關(guān)參數(shù)，也可通過上位機軟件完成控制器參數(shù)設(shè)置。

b． 通過加裝GPRS－DTU模塊實現(xiàn)監(jiān)控中心和遠(yuǎn)程監(jiān)控終端之間的通信。遠(yuǎn)程監(jiān)控終端應(yīng)用GPRS－DTU，通過GPRS主干網(wǎng)實現(xiàn)與Internet的連接。GPRS－DTU與GSM基站通信，分組數(shù)據(jù)經(jīng)SGSN封裝后，通過GPRS主干網(wǎng)與網(wǎng)關(guān)支持接點GGSN進(jìn)行通信，GGSN對分組數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理，再發(fā)送到目的網(wǎng)絡(luò)［5］。

1.7 工作原理

控制器與具有9個分接頭的自耦變壓器及有載調(diào)壓開關(guān)共同組成電力線路自動調(diào)壓控制系統(tǒng)。電源側(cè)主接線可通過有載調(diào)壓開關(guān)從分接頭1到分接頭9切換。負(fù)荷側(cè)主接線根據(jù)用戶需要的調(diào)壓范圍確定固定接線。如用戶需求的調(diào)壓范圍為0～20%時，負(fù)荷側(cè)主接線固定接在分接頭1，此時控制器1檔為調(diào)壓器直通檔;用戶需求調(diào)壓范圍為－5%～+15%時，負(fù)荷側(cè)主接線固定接在分接頭3，此時控制器3檔為調(diào)壓器直通檔;用戶需求調(diào)壓范圍為－10%～+10%時，負(fù)荷側(cè)主接線固定接在分接頭5，此時控制器5檔為調(diào)壓器直通檔。

控制器的主要工作過程是通過測量線路實時電壓判斷有載調(diào)壓開關(guān)工作方向。電壓在設(shè)定電壓上限和下限之間，控制器不控制有載調(diào)壓開關(guān)動作;測量線路實時電壓小于設(shè)定電壓下降，控制器控制有載調(diào)壓開關(guān)升檔提高電壓;測量線路實時電壓大于設(shè)定電壓上限，控制器控制有載調(diào)壓開關(guān)降檔降低電壓。

2 主要技術(shù)參數(shù)

工作電源;100～280 V交直流，50 Hz;

模擬量:最大2路0～110 V電壓量輸入，最大1路0～2 A電流量輸入，1路鉑電阻油溫輸入;

開關(guān)量:最大18路開關(guān)量輸入，最大6路開關(guān)量輸出;

電壓、電流測量精度:0.5級;

RS232、RS485各一個串口，可使用無線GPRS、無線WIFI、有線通信方式;

額定電壓:35 kV、10.5 kV或6.3 kV;

額定容量:500～10 000 kVA(10 kV等級);額定功率:50 Hz;

接線方式:三相三線式單繞組星形接線，三角接線繞組;

分接級數(shù):9;

冷卻方式:油浸自冷;

電壓互感器:10 000/100 V 50 VA;

電流互感器:500/1 A或200/1 A，兩相差接方式;

三次繞組額定電壓:220 V;

調(diào)壓范圍:(－10% ～+10%)、(－5% ～+15%)、(0～ +20%)。

3 設(shè)備特點

a． 延長變電所供電半徑，合適農(nóng)村電網(wǎng)的長距離送電。在地域廣闊、用電負(fù)荷分散的電網(wǎng)中，新建變電所經(jīng)濟上不合理，不建變電所，供電質(zhì)量又滿足不了要求。因此，使用線路自動調(diào)壓器可很好地解決該問題，并可延長送電距離，提高供電電壓質(zhì)量。

b． 電壓合格率達(dá)100%。根據(jù)線路參數(shù)進(jìn)行計算，確定調(diào)壓器的安裝位置和整定參數(shù)，通過線路自動調(diào)壓器自身測量線路電壓，調(diào)節(jié)后確保整條線路電壓達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。

c． 電壓調(diào)節(jié)區(qū)間的高、低值可任意設(shè)定。電壓調(diào)節(jié)范圍可通過控制器或筆記本電腦任意設(shè)定，電壓高、低整定值可根據(jù)不同負(fù)荷狀況隨時修改。

d． 可有效降低線路損耗及配變損耗。通過提高線路運行電壓的方法，輸出相同功率可降低運行電流，降低線路功率損耗?？刂凭€路運行電壓在額定值附近，可降低配變損耗及用戶用電設(shè)備損耗，延長用電設(shè)備使用壽命。本體采用自耦變壓器，自身損耗低。

e． 調(diào)壓器投入或退出運行不必停電操作。該控制器有2種旁路方案。一種方案配套專門設(shè)計的組合旁路刀閘，通過刀閘完成投、退調(diào)壓器;另一方案使用2臺帶隔離刀閘的柱上真空斷路器和1組隔離刀閘，通過控制器進(jìn)行“一鍵操作”。2種方案檢修時都不必停電就可將調(diào)壓器退出運行，調(diào)壓器投入運行時也不必停電操作，提高了供電可靠性。

f． 具有多重保護(hù)。除斷路器配置的速斷、過流等保護(hù)，調(diào)壓器還具有過高電壓保護(hù)、油溫超限等保護(hù)措施。

g． 自由選擇通信方式。依據(jù)不同需求，可對控制器擴展安裝無線數(shù)傳電臺或GPRS網(wǎng)絡(luò)方式的專用模塊，達(dá)到無線通信的要求。

4 結(jié)束語

控制器選用C8051F020單片機作為主控芯片，具有良好的抗干擾能力。采用集成運放構(gòu)成精密整流電路和12位A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換，提高了測量精度，保證了控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)。可廣泛應(yīng)用于供電距離比較遠(yuǎn)、供電負(fù)荷大、電壓波動大、電能質(zhì)量達(dá)不到使用標(biāo)準(zhǔn)的供電線路，也可用于電壓質(zhì)量不能滿足生產(chǎn)需要的工礦企業(yè)。

［1］ 宋 菁，唐 靜，肖 峰．國內(nèi)外智能電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀與分析 ［J］．電工電氣，2010，30(3):1－4．

［2］ 魯 順，金曉明，李 響．東北電網(wǎng)靜態(tài)頻率特性分析［J］．東北電力技術(shù)，2003，24(12):17－19．

［3］ 張媛媛，何怡剛，徐雪松．基于C8051F020的溫濕度控制箱設(shè)計 ［J］．國外電子元器件，2004，12(10):18－21．

［4］ 李和太，蔣晶鑫，陸 虹．嵌入式串行 EEPROM研究［J］．微處理機，2007，27(1):29－31．

［5］ 譚秀華．基于GPRS路燈線路微機監(jiān)控系統(tǒng) ［J］．東北電力技術(shù)，2010，31(9):42－44．