TTU在配电自动化的基本功能.doc

1 序言
配电变压器在配网自动化中有重要地位,它既是配网的终端又是用户的最前端,起着承上启下的作用。配变监控终端TTU是针对配电网中配电变压器而研制的自动化装置。目前市场上各公司生产的TTU主要功能基本相同,主要是对变压器运行数据监测、越限报警、远方通信、当地显示、参数设置、变压器和TTU停电记录、开关变位事件记录等功能,有的可实现变压器运行温度控制、有载调压等。由于处理器速度和成本的限制,这些功能主要集中在在线监测,而实时控制方面相对薄弱。但随着高速处理器如DSP的应用和其价格的不断下调以及TTU在配电自动化中所处的重要地位,TTU必将成为综合的、多功能的自动化终端产品。
本文主要讨论在目前TTU已有的功能上进行拓展,主要有三个: 微机保护、无功补偿、谐波滤波。选择这三个功能不仅在于他们在测量、逻辑判断上存在许多联系,更重要的在于变压器本身在配电网中所处的特殊环节使拓展这三个功能成为必然。现在就以下几个方面进行论述。
2 数据采集处理
硬件设计
在对电力信号进行采集和处理时,必须解决的两个问题是频谱混叠和频谱泄漏。对于频谱混叠,可以设置适当低通滤波器,并且适当选择一个周波的采样点数即可解决;对于频谱泄漏,只要保证窗口函数的宽度为基波周期的整倍数,就可以避免泄漏效应的产生。最实用、最有效的解决办法是设计有效的频率跟踪电路,使采样频率实时跟踪信号的基波频率。也就是根据采样时的基波频率来确定采样间隔,从根本上解决频谱泄漏效应。
由于微机保护、无功补偿、谐波滤波都要涉及到对谐波的分析,因此在一个工频周期中应该有足够多的采样点。根据奈奎斯特定理可知单周期的采样数至少是所要测量的信号的最大谐波次数的2倍。本文选取的是128点采样,选取这样高的采样频率就只有用高速处理器才能在两个采样间隔之间完成数据处理,本文选用TI公司的浮点DSP作为核心。在频率跟踪方面,为了确保足够的精度,选用同步采样,采用锁项环路定时启动A/D。系统结构如下图所示:
图1 采集系统硬件结构图
采用双口RAW是基于速度的考虑,这样可使用另外的芯片使TTU的数据采集、处理与通讯、显示、打印以及报警相分离。
程序框图
软件设计采用中断的方式,用锁项环定时启动A/D,用A/D转换完成的事件中断来读入、判断、处理数据。如下图所示:
图2 采集系统流程
算法选择
在TTU数据采集软件设计中,选择算法面临两个重要的问题,即计算速度问题和计算精度问题,而这两个者常常是矛盾的。因此,选择算法实质是寻找速度与精度之间的平衡点,使算法最大限度的符合客观实际。本文通过对国内外提出的多种典型算法进行分析、比较,以寻找出适合TTU的最佳方案。
傅里叶算法
: 能够滤出所有的奇偶次谐波,但对非周期分量较敏感,不能滤除衰减的直流分量,积分窗需要一个周波。
: 不能滤除直流分量和偶次谐波,但积分窗较短,反应快, 因此适合信号中只含有奇次谐波。
: 该方法是先对信号进行一次减法,然后再进行傅氏计算。其特点是能够消除直流分量,抑制非周期期分量。但该算法增强了对高次谐波的响应,使傅氏算法的幅频特性变坏。
: 该方法是将傅里叶级数里的直流分量用衰减的指数函数代替。该算