基于ARM的低压配电智能终端

电力18讯：    
1广西电网北流供电有限公司 2华骏科技有限公司  赖建1 杨薇1 虞晓骏2 谢松华2  

摘要：该文介绍了一种基于ARM的、集谐波分析、动态无功补偿及配变实时监测功能的一体化的低压配电智能终端。可以大大降低运行成本和设备投资，为供电部门及时了解配电运行状况、线损分析、负荷预测、电压合格率统计、供电方案优化、配网规划、用户接电以及电网经济、安全、稳定运行提供科学依据，是配电网管理自动化及城、农网改造等方面的重要设备。

关键词：ARM；谐波分析；动态无功补偿；配变实时监测；配电网

中图分类号：TM764 文献标识码：B 文章编号：1003-0867(2008)03-0037-03

随着国民经济的快速增长，电力用户对供电可靠性和供电质量也提出了更高、更新的要求。因此，电力部门必须进一步提高配电网管理自动化水平，以满足电力用户和居民生活用电的需要。另外，由于我国工业的迅速发展，大量的非线性和冲击性负荷得到了广泛的应用，如电解铝电源装置、电解食盐直流电源、电弧炉电源以及中频电源等增长速度快，还不包括其他的电力电子设备，如不停电电源、变频器、电焊设备、新能源逆变装置以及电气化铁路的牵引电源等。这些非线性和冲击性负荷使用会对电网的安全、可靠、稳定运行带来负面影响，就要求改造配电网络，采用智能化程度高的设备和装置对这些不利影响进行监测，以便掌握实际情况“对症下药”解决问题。当然，供电部门为了了解配电运行状态、提高劳动生产率、提高线损等指标计算的准确性、减少配电设备维护成本，也要求采用先进的配电网管理自动化系统。

目前，国内已有相当多的配变实时监测、谐波分析和无功补偿等方面配网自动化产品，但是功能大都比较单一，在某些场合需要同时安装上述三种装置，为配网设备的管理带来了不便，增加了设备的投资。在此前提下，北流市供电公司和武汉市华骏科技有限公司遵照相关标准、规程和要求，在广泛收集用户需求和建议的基础上，结合我国城乡电网实际情况，借鉴国内外同类产品的优点，成功研制出了一种集配变实时监测、谐波分析和动态无功补偿功能为一体的低压配电智能终端。

1 低压配电智能终端硬件设计

低压配电终端的控制器采用ARM为核心CPU结构，加上大容量非易失存储器、TV/TA测量电路、信号调理电路、锁相倍频电路、输出驱动电路、通信接口和人机界面，构成了一个完整的硬件结构框图，如图1所示。主控单元采用高性能嵌入式计算机系统，统一调配资源，实现各项功能。各项功能模块既相对独立，可以自由组装，又在主控单元的统一调配下协调工作。


图1 控制器硬件结构框图
终端的主要技术特点为：采用高性能工业级嵌入式计算机系统作为智能终端的核心处理单元，硬件成熟可靠、抗干扰能力强，适用于户外恶劣的环境。动态监控负荷的变化，以无功功率作为控制量，达到最佳的补偿效果。用户可以根据三相负荷的实际情况，设计三相共补、三相分补和混合补偿。根据电容器配备情况，控制方式采用等容量电容器循环投切和不等容量编码投切以及混合方式投切。监测配电网的电流、电压、频率和谐波等多种运行数据，发现异常情况，及时报警。多种保护措施，确保终端稳定可靠运行。当出现以下异常情况，自动闭锁电容器投切：电压过高、电压过低、负载电流过高、缺相、谐波分量过高、电压波动太大、终端温度过高、终端自检失败。终端中采用了多重自检和自恢复设计，能够及时发现自身的错误和损坏，尽可能恢复系统正常运行。终端采用大屏幕液晶显示，及时显示终端的工作状态、故障类型以及实时显示三相电压、电流、功率、功率因数、电量、谐波电压、谐波电流、频率状态等运行数据。采用大容量存储器，可以记录长达2个月的配电变压器运行数据和各种电气参数。具备电能计量功能，分别计量有功、无功电量。具有高速红外通信端口，实现通信的电气隔离。多种输入输出通道，通过软件配置，实现多种远动测量和控制。采用GPRS无线网络实现远程联网，并能通过GPRS网络实现远程程序更新和参数设置，为配网自动化提供了良好的手段。

ARM采用Philips公司的LP2214，该系列芯片提供了低成本、低功耗、高性能的处理能力，特别适用于控制领域。显示器采用128×64的点阵型液晶显示器，可以根据需要设计显示的内容及格式，这也使得人机界面更加友好。为了进行谐波分析，需要对输入的电压、电流信号进行同步采样。若输入信号的频率为f，一个周期的采样点为N，则应产生频率为N×f的信号，本终端采用硬件倍频的方法，通过锁相环电路产生频率为N×f的脉冲信号。这个信号一方面作为采样的触发信号，另一方面还可以用来测量输入信号的频率，这样就保证了同步采样和频率测量的准确性。TV/TA转换电路和信号调理电路用于将配电网中的电压和电流转变为符合ARM中的AD<