基于ARM內核的風電箱變監控系統設計

韓媛媛++陳金輝

摘 要：針對風電場箱變距離集控室較遠又非常分散，箱變系統成為風電場的信息孤島和監控盲區，設計出一種全新的基于ARM內核的風電箱變監測裝置，能實現對風機出口電壓、電流、功率、頻率等模擬量的采集，亦可完成對油溫等直流量的采集。裝置設有三段式電流及復合電壓閉鎖等保護用于跳閘或告警，24路遙信開入可對控制柜門開關動作等信息進行監測，6路獨立的繼電器出口可對開關進行操作，2路100BASE-FX自愈式光纖環形以太網通過TCP/IP協議可將箱變信息上傳至監控中心。

關鍵詞：風電 箱變 監測 自愈式光纖環網

中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）05（a）-0020-02

當前國內風電機側的控制系統大多采用控制設備放在風機柜塔桶內，風機操作員工作站設置在風場升壓變電站集控室內，塔桶與集控室聯系信號通過光纖傳輸完成。由于室外環境惡劣，尤其寒冷地區裝置還要考慮耐低溫，箱變內的設備一般都采用就地手動控制。受箱變監控設備的影響，集控室不能對風電場所用的設備進行有效監控，給運行維護帶來很大困難。該文設計基于ARM內核的風電箱變監測裝置，能實現對風電箱變的遠程管理和自動化監控，滿足了風電工程“少人值守”的運行管理方式。

1 系統的硬件設計

風電監測裝置的硬件系統主要包括模擬輸入、信號采集、通訊以及開入開出三大部分。

升壓站內各側電壓、電流直接進入模擬輸入板，經互感器變換后送入采集通訊板的A/D轉換電路進行采樣，轉換后的信號進入CUP進行計算，完成各種保護邏輯，各電壓電流、功率、頻率及遙信信息通過光纖以太網上傳至控制中心。采集通訊板與開入開出板之間進行數據交換，完成遙信量采集及遙控的輸出。光纖以太網可組成自愈式環網，提高了通訊的可靠性。采集與通訊主板是該設計的核心部分。

采集與通訊主板，考慮到普通單片機的運行速度以及RAM和FLASH的資源有限，移植TCP/IP協議棧后很難再進行其他應用的擴張，該設計選取了TI公司的LM3S8962作為CPU。LM3S8962基于ARM內核，具有256K閃存和64K SRAM，片內集成了UART、SCI、CAN等接口，內置10/100-BASE以太網MAC/PHY，符合IEEE802.3標準協議。采集和通訊主板的原理框圖如圖1所示。

模擬輸入板的12路模擬量到達采集與通訊主板后經放大調零電路至A/D轉換芯片MAX125，同時油溫和直流信號經放大電路也需送入MAX125進行轉換。由于MAX125最大只能同時轉換8路信號，而電流信號要實時檢測以用于保護邏輯判斷，該設計將電壓與直流量信號經74HC4051進行選擇后分拍轉換，74HC4051為8選1選擇器，地址線由LM3S8962的GPIO進行控制，以此完成多路模擬量及直流油溫信號的采樣。由于LM3S8962可用的GPIO資源有限，24路硬接點遙信信號通過74HC245與MAX125的數據線共用，其選通信號由LM3S8962的口線進行控制，分別為CS-AD、CS-YXI、CS-YXII。為了能接入其他智能化設備，該設計預留2路RS485接口，由LM3S8962的UART經MAX485芯片輸出。設置液晶通訊口SCI完成裝置IP地址等信息輸入。LM3S8962的以太網控制器由RJ45頭接入網絡交換機。通用IO經光耦6N137直接驅動繼電器輸出以完成遙控功能。

2 系統的軟件設計

該監控裝置的軟件設計包括兩大部分：一是采樣數據計算及保護邏輯判斷；二是采用IEC-5-103規約由以太網將監控數據上傳至監測中心。其主程序、定時器中斷子程序及網絡103處理子程序流程圖如圖2所示。

3 自愈式環網

為了組成光纖環網，采集及通訊主板內嵌一網絡交換機板卡，進為一RJ45頭，出為兩路光纖口。每10臺監測裝置組成一個環，每個環可接入網絡交換機。環網上一個監測裝置通訊異常，不影響整個環數據傳輸，拓撲圖如圖3所示。

4 結語

作為風機發電的第一個變電環節，實現對風電箱變的監測尤為重要。該設計所述監測系統除了具備實時數據監測，開關量遙控功能外，更具有完善的保護功能，可實現風電箱變低壓側全部信息的監測、非電量保護、控制和通訊，非常適用于風電工程“少人值守的運行管理方式”。

參考文獻

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