DSP技术在变电站的综合自动化系统设计方案

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1 概述

变电站综合自动化系统是利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术等实现对变电站二次设备(包括继电保护、控制、测量、信号、故障录波、自动装置及远动装置等)的功能进行重新组合，优化设计，对变电站全部电器设备的运行情况执行监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统。通过变电站综合自动化系统内各设备间相互交换信息，数据共享，完成变电站运行中的自动监视和控制。变电站综合自动化系统替代了变电站常规二次设备的功能，简化了变电站二次接线。变电站综合自动化是提高变电站安全稳定运行水平、降低运行维护成本、提高经济效益、向用户提供高质量电能的一项重要技术措施。

我国变电站综合自动化系统的发展经历了半导体分散控制、单片机智能控制、DSP(数字信号处理器)智能集中控制几个阶段，目前使用最多、性能价格比最高的还是以DSP为核心组成的变电站综合自动化系统，下面就简单介绍该系统的设计思想及主要特点。

2 设计思想

基于DSP技术的变电站综合自动化系统，是以DSP为核心，组成各种保护测控单元(间隔层设备)，以嵌入式计算机为核心组成通信管理机，通过现场总线(CAN bus)构成通信网络。变电站运行的各种工况信息，首先由对应的保护测控装置采集到，通过通信网络传输到通信管理机，再把这些信息传输到变电站当地监控系统和远方调度控制中心，实现变电站的自动保护和远方监控。图1为系统结构图。

2．1 系统的组成

主要保护和测控单元有：①线路保护和测控单元；②变压器差动保护单元；③变压器后备保护和测控单元；④电容器保护和测控单元；⑤备用电源自投和测控单元；⑥电动机保护和测控单元；⑦PT保护和测控单元；⑧中央信号单元；各个保护和测控单元分散安装在主控室或一次设备附近，便于安装、维护、管理。各种保护测控单元采用嵌入式数字信号处理器(DSP)完成间隔层设备的保护、测控、通讯等功能，充分重视并满足变电站不同专业的要求，真正实现变电站的协调化、数字化及智能化。

通信管理机与各保护单元间以现场总线、RS232、以太网等通讯方式中的一种，实现实时数据传输和信息交换，并与当地监控系统、远方调度系统实现双向通信。

2．2 保护单元

每种保护和测控单元的硬件结构相似，分模拟量输入，核心处理器，开关量输入、输出，人机接口，通讯和电源模块6大部分，其框图如图2所示。

保护和测控单元采用嵌入式数字信号处理器与多片串行A／D转换器且同步采样技术为主构成简洁高效的数据采集和处理系统，具有高可靠性和高性能的特点。

保护和测控单元每周32点采样州并具有安全的频率跟踪技术，确保测控功能的技术要求，在一个采样间隔内可以轻松完成保护的数据计算和逻辑判别功能，提高了保护处理的实时性，也便于复杂保护算法的实现。

灵活的现场网络技术，可选择现场总线、RS232、以太网通讯方式。

保护和测控单元均能通过IEC60255-22-4标准规定的IV级(4 KV±10％)快速瞬变干扰试验、IEC60255-22—2标准规定的IV级(空气放电15 kV，接触放电8 kV)静电放电干扰试验，使用时不必另加抗干扰模块。

保护和测控单元采用SMT工艺及无可调节元件的设计，主要元器件采用丁业级标准，提高了装置运行的稳定性和环境的适应能力，可以安装在开关现场。

产品工作的透明化，通过记录的事件、事故、告警、故障录波，可清楚产品的工作过程和动作原因，非常便于事故的分析。

保护和测控单元具有全汉化液晶界面，配套的保护分析软件以及数字变电站管理系统(通信管理机)的320x240汉化液品界面，查看保护和测控装置的故障数据和运行数据。通用的软硬件平台和上下代产品代码兼容，可以为用户提供更好的服务，也使公司推出的新产品具有良好的稳定性和持续提高质量的特点。

采用串行EEPROM存放保护定值、系数、配置，并实时自检，确保定值、系数、配置的使用正确和即使在定值、系数、配置遭到破坏时仍不会误动。

3 主要特点

保护和测控单元可独立完成变电站的保护、测量、控制、信号、故障录波、谐波分析、电能采集、小电流接地选线和低周减载等功能，可完全取代传统的变电站二次系统。

保护和测控单元可分散安装于一次设备附近，完成该一次设备对应的所有二次功能，也可集中组屏安装于控制室内。

采用串行的双14位A／D同步采样，再加上每周波32点采样和软件上安全频率跟踪技术使得电压、电流测量精度达0．2级，有功、无功测量精度达0．5级，真正满足了110 kV变电站对测量精度的要求。采用现场总线或以太网通讯方式，具有高可靠性、实时性及开放性的特点。介质可根据用户需要选用电缆或光纤。

全变电站GPS同步对时，具有硬脉冲对时接点输入，确保SOE的分辨率小于1 ms。

DSP主板硬件具有二级看门狗．保证处理系统在运行异常时能够及时复位。

统一的外形尺寸和软、硬件平台，易于产品的使用和维护。具有网络打印功能，可自动或手动打印事故报告、事故录波、定值内容等信息，便于存档和分析。

每个保护和测控单元具有16个开入和11个开出，每个保护动作开出可经软件编程和硬件矩阵选择相应的继电器出口，方便用户的特殊要求。

除变压器保护单元采用硬压板投退保护功能外，其余保护测控单元采用软压板投退保护功能，方便远方和就地操作。可实现远方修改定值、切换定值、远方投退软压板、远方信号复归、遥控操作、远方读取录波、遥测、遥信、遥脉功能。

随着计算机技术和集成电路技术的不断发展，变电站综合自动化系统的技术水平也将随之得到不断提升，同时可不断提高变电站安全稳定运行水平，降低运行维护成本、提高经济效益。电力供应企业必将不断为广大用户提供更可靠、更稳定的电能供应，为国民经济的持续健康发展做出应有的贡献。

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