某500 kV變電站STATCOM水冷系統能耗監測設計

劉志勇 楊 丹 楊廷方

（1.長沙理工大學電氣與信息工程學院，湖南長沙410114；2.國網湖南省電力有限公司，湖南長沙410007）

0 引言

某變電站能耗超標，其中大功率設備主要是STATCOM水冷系統[1]，是整個變電站電能的消耗大戶。水冷系統的用電負荷越大，站用電率就越高。目前變電站對其各設備的能耗監測管理簡單粗放、依賴于人員經驗決策，無法做到站用電設備能耗精細化管理，難以保障大功率設備的健康運行及全面考察其供電性能。因此，監測變電站站用電設備的用電量，實現變電站能耗的精細化管理，對降低變電站的站用電率，評估站用電設備的能耗狀況具有重要的理論研究意義和實用價值。本文采用高性能DSP技術，設計了某變電站STATCOM水冷系統的能耗監測系統。

1 水冷系統有功功率P的測量

本次水冷系統三相有功功率P可用公式（1）來表示[2]：

式中：uAC、uBC為線電壓；iA、iB為相電流。

2 水冷系統無功功率Q的測量

本次水冷系統三相無功功率Q可用公式（2）來表示[3]：

式中：iC為相電流。

3 水冷系統用電總電能W的測量

本次水冷系統用電總電能W可用公式（3）來表示[4]：

4 硬件電路設計

整個系統的硬件電路設計如圖1所示。本次采用的主CPU是TMS320F2812，該款DSP系統其外設由A/D轉換大容量存儲器、l6位和32位的定時器比較單元、捕獲單元、PWM波形發生器、高速異同步串行口和獨立可編程復用I/O等組成。TMS320F2812的ADC是一個12位的單轉換器，有16個輸入通道，內置了雙采樣保持器（S/H），可實現電壓、電流的同步采樣。其采樣的模擬輸入信號為0～3 V。

4.1 電流信號輸入回路電路設計

圖1 整體硬件電路設計圖

電流信號輸入回路電路設計如圖2所示。水冷系統電源的三相電流是通過電流互感器CT進行變換，把大電流變成小電流。圖2中R1是可調電阻。由電流互感器副邊輸出的是交流信號，存在正負特性，此電流信號經過電阻采樣后轉化為-3～+3 V的電壓信號。由于本TMS320F2812的ADC是單極性的，故必須要用運算放大器進行單極性電平轉換，使電壓信號處于正區間，且使進入到DSP中的A/D轉換口的信號范圍在0～+3 V。

圖2 電流信號輸入回路電路設計

4.2 電壓信號輸入回路電路設計

電壓信號輸入回路電路設計如圖3所示。圖3中的Rv是電壓互感器二次側熔斷器，R1是可調電阻。

圖3 電壓信號輸入回路電路設計

5 軟件設計

軟件設計分為兩部分，一是主程序設計，二是中斷服務程序設計。主程序流程如下：先對系統初始化，包括I/O口初始化、外圍設備初始化、標志寄存器初始化；然后啟動定時器中斷，進行A/D采樣；最后進行采樣數據處理分析，利用離散傅里葉算法計算功率及用電電能，進行液晶顯示并發送給PC機。中斷服務程序中主要是中斷響應設置，然后采用ADC轉換模擬數據。本次采樣中，以6.4 kHz的頻率對模擬信號進行采樣。利用離散傅里葉算法計算電壓、電流的實部、虛部，再按照公式（1）～（3）分別計算水冷系統的有功、無功及電能，并在LCD上顯示和對外發送。

6 實驗測試

經過在變電站進行安裝運行，測得水冷系統的用電負荷曲線如圖4所示，精度能滿足現場的實際需求。

圖4 水冷系統的用電負荷曲線圖

7 結語

本次設計的水冷系統能耗監測系統，實現了水冷系統的用電負荷測量，能滿足現場的實際需求。這有助于有針對性地提出科學使用的節能改造建議和措施，并對進一步開展變電站站用電統計、分析和精細化管理等工作，分析變電站存在的具體能耗問題以及節能空間，促進節能降耗以提升變電站節能管理水平，提高變電站效益具有重要的現實意義。