一種智能電網諧波檢測系統的架構

侯利明

摘 要：在世界能源危機的影響下，我國根據自身的能源結構及能源人均擁有量偏低的實際情況，把節能減排制定為我國的一項基本國策，堅強、自愈、兼容、經濟、集成、優化的智能電網自然而然地被我國選為推動環保型經濟發展的重要支撐。本文根據當前變壓器諧波損耗的研究現狀和發展趨勢，利用迅速發展的集成電路、計算機、電子信息等技術，架構出了一套實用、智能、高效的配電變壓器諧波在線監測系統。

關鍵詞：智能電網；諧波檢測；系統；架構

在由發電站、供配電變壓器、用戶等三方所構成的整個電力系統中，配電變壓器的作用顯得至關重要，電網電壓必須要通過配電變壓器這座不可或缺的溝通橋梁才能把電壓分配給用戶，用戶直接使用前也得經過配電變壓器的降壓，其運行的各種數據的實時監測是配電自動化系統的一個重要方面。配電變壓器監測終端（簡稱配變終端）是一種對變壓器進行實時數據采集與控制的自動化終端設備，它可以通過通信網絡與配網自動化系統相連，并上報監測的各種數據。

1 配變終端總體結構與構成

配電變壓器諧波損耗在線監測系統總體結構原理：變壓器一次側和二次側的電壓/電流互感器將電流、電壓轉換成與后續電路相匹配的電流、電壓，經過信號的前端處理和低通濾波，送給DSP2812內部集成的A/D轉換器進行數字化采集，通過GPRS無線通信方式就可以把所需信息傳送給遠程數據站。由遠程數據站智能電網終端實時損耗在線監測軟件平臺生成變壓器運行參數信息，并實現數據信息的存儲、管理、發布和參數配置等功能。遠程數據站軟件平臺具有良好的人機交互接口界面，能清晰地顯示監控電網終端結構，具有實時報表、實時趨勢、報警等監控功能，可以為電力工作人員動態地監測變壓器諧波損耗提供實時、準確的有力依據。

2 系統的各個組成部分及其實現的功能

2.1 電流互感器和電壓互感器

在現場測量變壓器電流信號時，為了能夠比傳統的零序電流互感器在安裝和操作上更加方便和快捷，我們選用可以直接將其接入配電變壓器輸出端的電流互感器，且包括變比、測量范圍、精度等級和工作溫度等適合我們工程需要的各項性能指標。類似的，我們也會選擇能夠直接接入配電輸出端，且具有外圍電路簡單、線性度好和測量精度高的特點，而且，包括額定輸入電壓、二次輸出、精度等級和工作溫度在內的各項性能指標完全能夠滿足現場的工作環境要求。

2.2 采集信號前端處理

采集信號前端處理包括電壓采集前端處理和電流采集前端處理。電壓采集前端處理主要實現的功能是將來自電壓互感器的高電壓信號按比例變換并對其進行直流偏置，以匹配ADC模塊的測量電壓。將變壓器輸出端經過電流互感器的電流經由電流采集前端處理轉換為電壓信號，并對其進行直流偏置和反相變換，使其滿足DSP2812的模數轉換范圍。

2.3 低通濾波處理

電流/電壓雖然經過前端處理，但是信號中難免有高頻部分出現，為了防止信號混疊和對后續的諧波信號測量產生干擾，必須進行低通濾波處理。

2.4 數字信號處理

數字信號處理包括對整個系統的采樣、數據處理、對外接口和通信等一系列工作，系統采用美國德州儀器最新推出的數字信號處理器TMS320F2812，該芯片集成了嵌入式系統的許多先進技術，包括改進型的哈佛總線結構、流水線操作、專用的硬件乘法器、通用JPTG調試接口和高性能的靜態CMOS技術。

2.5 GPRS無線通信模塊

在本系統中GPRS無線通信模塊所要完成的任務就是將DSP2812傳送過來的有關信息借助GPRS網絡傳輸給主控中心，還有就是監控中心反饋回來的控制命令信息也必須通過GPRS無線通信模塊來傳輸給數字信號處理器。GPRS移動通信網絡進行數據傳輸，必須按照IP協議才能進行，所以GPRS通信模塊發送數據之前，必須對DSP2812傳入的數據進行TCP/IP封裝，封裝之后才能發送出去；這個原理也一樣適用于來自主控中心的操作命令有效，數據包傳送給MCU模塊之前，數據包必須進行拆封。因此，TCP/IP協議處理和GPRS發射兩部分是該模塊的重要組成部分。

2.6 GPRS網絡

現場的有關參數只有借助通信網絡才能夠實時地傳送到監控中心計算機，繼而從監控中心發出的命令指示也必須通過通信網絡來傳輸給遠程受到監控的裝置，并應該且能夠及時發出響應。在系統中，我們優先選用GPRS通信網絡實現系統監控中心與遠程監控裝置之間的數據傳輸功能，因為GPRS核心網絡是一個分組型數據網，支持IP通信協議，可以跟Internet網絡無縫對接。

2.7 監控中心

監控中心作為工作人員直觀、直接察看現場電網和變壓器運行狀態的重要崗位，其主要完成現場數據采集終端經過GPRS通信模塊通信發送過來的數據信息，其中包括接收數據、數據和圖表的直觀顯示和歷史系統數據大量、持久的存儲以及發送控制信息。所以，主控中心的設計最重要地包括所涉及到的軟件設計和系統的應用程序的命令語句。

3 結語

本文本著智能電網配電變壓器諧波檢測的特點，利用DSP、GPRS無線通信等模塊架構出了以上的配電諧波監測系統。

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