终端配变监测计量终端设计

摘要：针对配电变压器分布点多、位置杂乱,负荷复杂多变的特点，提出了一种远程配变监测计量终端的设计方案，分析了配变监测计量终端装置功能需求，然后对配变监测计量终端进行了设计，最后阐述了基于快速傅里叶变换的谐波分析模块的设计及实现。
关键词：配电自动化；配电变压器；配电监测终端；计量终端
1009-3044(2012)36-8808-04
随着国内电力市场的开放,各家电力公司都在寻求提高公司效率, 改善怎么写作、增加客户的途径,通过对配电变压器实时监测计量管理, 实现用电监测、电能质量分析、自动抄表、、变压器异常监测和计量设备异常监测并远程报警等功能，这样供电企业就可以更好地为客户提供优质怎么写作；但由于配电变压器分布点多、位置杂乱,负荷也是复杂多变,这给配变管理带来极大的难度,而传统的配电变压器终端装置多采用电缆进行通信，线路复杂，功能简单，无法满足配电自动化系统的要求，因此设计一个时效性好,通信便利,可靠性高的配变监测计量终端具有非常重要的意义。

1 功能需求分析

配变监测计量终端配电变压器监控系统的一个重要组成部分,其应具有电能计量、谐波监测、数据采集、存储功能、级联功能、远程传输、远程抄表、系统安全、系统对时及异常报警等功能。
1）电能计量：具有交流采样计量模功能，计量多时段的正向/反向、有功/无功总电能及四象限无功电能，在指定的时间区间内，还应具有测量最大需量、分时段最大需量及其出现时间；
2）谐波监测：计算N次电压/电流谐波含量及畸变率；
4）存储功能：提供实时数据，曲线数据，日，月数据，告警事件的存储，其中，日数据能保存最近60日的实时数据，月数据能保存最近六个月的数据，曲线数据是每十五分钟一个数据，能保存最近六十日数据，告警事件能保存最近四百次的事件记录；
5）级联功能：现场多个配变或集中器，通过RS-485接口，可以被配置成抄表模式和级联模式；
6）远程传输：提供GPRS/CDMA/RS232/RS485等多种通信通道，支持停电上报；
7）异常报警：能对异常进行检测，发生异常情况的时候，能够报警，异常情况包括：计量装置门打开、电量差动、功率差动，电压回路逆相序、三相电流反极性，电能表编程时间、时段和费率的更改，时钟异常，电池电压低，电表飞走、停走、示度下降，RS485通讯异常、终端停、上电，负荷过载、电压缺相、断相，无功过补偿、无功欠补偿，电流不平衡、电压过压、零序电流偏大；
8）远程抄表功能：采集RS485、RS232 等不同接口类型和不同规约类型的多功能电子表数据，抄表内容包括当前正反有功电量抄度（总、尖、峰、平、谷），当前无功电量抄度（总感性、总容性），有、无功功率，三相电压、电流，当前、上月最大需量（总）及其发生时间及电表时钟；
10）安全功能: 终端设置：

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各种参数、修改功率、电量定值等，输入错误5次，该项冻结24h，此外，还对通信数据进行加密压缩。

2 系统硬件设计

配变监测计量终端采用高速DSP处理器，通过高精度AD转换器对二次侧电压、电流进行准确的采集、分析、运算，并将记录下的各种数据存储在FLASH中；通过GPRS无线通信技术，将实时测量到的数据传输到远方主站，同时能接受远方主站的遥控遥调命令，如功率控制、电量控制等远程操作。配变监测计量终端硬件结构框图如图1 所示，该终端主要由四个部分组成，即计量单元，电源控制，核心板和扩展板。
1）计量单元主要完成对三相电压电流信号采样，该单元主要由高速DSP（TMS320LF2407）、16位AD转换器（AD73360）、电压互感器（Pt204C）和电流互感器（Ct01）组成。
2）电源控制：电源部分是整个系统正常工作的基础，它为处理器和各个部件提供所需的工作电压，本课题中，需要使用5V和3.3V的直流稳压电源，微处理器及部分电路需3.3 V电源，5V到3.3V的DC-DC转换器选用电源模块29302。
3）核心板：实现对配电监测终端的控制和管理，包括对采集到的交流电量进行快速傅里叶FFT变换，从中分解出各次谐波电压及电流的幅值及相位，进而计算有功功率、无功功率、视在功率、功率因数及谐波总畸变率等电能参数，包括嵌入式微处理器（TMS320LF2407），GPRS模块（MC55），以太网模块(RTL8039AS)，红外口，LED电路，RAM及Flash等电路，GPRS模块负责和无线网路的连接和数据收发；液晶驱动和液晶显示电路完成显示功能，并配合按键可以进行基本参数的设置，终端的接收和发送命令通过移动GPRS/以太网通讯网络来传输的，命令接收经过校验后，进行相应的处理。从而实现遥测、远方读表、数据和异常信息主动上报等功能。

3 系统软件设计

1）倒序:输入自然顺序序列x(n)，根据倒序规律，进行倒序处理，用M位二进制数表示，则从左至?右的十进制权值为： N/

2、N/4、N/8,…、2, 1；

2）循环层1:确定运算的级数，L=1~M (N=2M)，确定一蝶形两输入数据距离B=2L-1；
3）循环层2:确定L级的(B=)2L-1个旋转因子，旋转因子指数p=2M-LJ，J=0~B-1；
4）循环层3:对于同一旋转因子，用于同一级2M-L个蝶形运算中：k的取值从J到N-1，步长为2L (使用同一旋转因子的蝶形相距的距离)；
5）完成一个蝶形运算。
在程序设计中，反序和蝶形算法是急需解决的两个主要问题，其中，反序是按码位倒置的原理来实现的,它是进行蝶形运算的先决条件, 可以利用TMS320LF2407的指令集的位反转变址寻址方式来完成反序；而蝶形算法是FFT的关键，利用同一级蝶形运算中的旋转因子是常数的特点，将这些常数以表格的形式存储起来，在进行蝶形运算的时候，通过查表提高运算速度。

4 结束语

为适应电力需求侧管理现代化的要求，结合在电力行业多年的设计开发和现场运行经验，设计了新一代多核配变监测计量终端，设计中将无线通信、配变监测、远程抄表等功能综合考虑，以高性能的数字信号处理器DSP为控制核心，进行模块化结构设计，具有优良的可维护性、可扩展性和可伸缩性等优点，采用高精度采样技术和快速傅里叶算法，进行实时电能计算及谐波分析，即使是在负荷波动大机谐波含量高的状况下也能保证采样和电能精度，采用先进的GPRS无线通信网络技术，使得远方主站能及时掌握配变的运行状态，为配变的安全、经济运行提供很好的防护手段，为线损管理、提高运行管理和经济运行水平等提供科学依据。
参考文献：
李琳娜.配变运行控制系统研究[J].电脑知识与技术,2011(35).
许加柱.低压配电网智能监测与控制终端软硬件设计[J].电工电能新技术,2012(4)
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[4] 魏立明.农网配电自动化系统监测终端的设计研究[J].吉林电力,2012(4).