高自力等

摘要：隨著用戶對(duì)供電質(zhì)量和供電可靠性要求的增高，用戶已經(jīng)連瞬時(shí)中斷都難以忍受，安裝配電變壓器智能管控裝置來(lái)對(duì)分布廣泛的配電變壓器進(jìn)行管控，滿足對(duì)整個(gè)配電網(wǎng)狀況了解的需求已經(jīng)勢(shì)在必行。配電變壓器智能管控裝置在我國(guó)的研究和應(yīng)用起步較晚，目前的研究成果還存在不少缺陷（如所測(cè)參數(shù)不全、時(shí)效性不高等），因此本文將就此展開(kāi)研究。

關(guān)鍵詞：配電變壓器；智能管控裝置；配電自動(dòng)化

1. 配電變壓器智能管控裝置的總體設(shè)計(jì)

配電變壓器智能管控裝置集電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、無(wú)功補(bǔ)償、配電變壓器工況監(jiān)測(cè)和電能計(jì)量等功能于一體，它由管控終端、電力電容器、快速熔斷器和低壓斷路器、復(fù)合開(kāi)關(guān)等幾個(gè)部分構(gòu)成（見(jiàn)圖1），本文將重點(diǎn)對(duì)配電變壓器智能管控終端的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

1.1 配電變壓器智能管控終端的硬件設(shè)計(jì)

作為配電變壓器智能管控裝置的核心設(shè)備，配電變壓器智能管控終端由如下四大模塊構(gòu)成：第一是數(shù)據(jù)采集模塊，它通過(guò)電流互感器和電壓互感器對(duì)變壓器二次側(cè)的電氣參數(shù)進(jìn)行采集；第二是抄表與級(jí)聯(lián)模塊，它通過(guò)RS-485接口獲取多塊多功能電能表的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)周期性巡查級(jí)聯(lián)從終端的主動(dòng)上報(bào)需求；第三是通信模塊，它用于實(shí)現(xiàn)配電變壓器智能管控終端的幾種通信方式（包括遠(yuǎn)程GPRS通信、本地RS-232串口通信及近距離微功率無(wú)線通信）；第四是無(wú)功補(bǔ)償控制模塊，它每隔一段時(shí)間計(jì)算出無(wú)功補(bǔ)償量，并通過(guò)智能復(fù)合開(kāi)關(guān)控制相應(yīng)電容器組投切動(dòng)作。

1.2 配電變壓器智能管控終端的軟件設(shè)計(jì)

由于配電變壓器智能管控終端要實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償計(jì)算、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和數(shù)據(jù)管理等功能，因此采用基于嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就成為了最佳選擇。配電變壓器智能管控終端是建立在嵌入式軟件平臺(tái)的基礎(chǔ)之上，以任務(wù)為主脈絡(luò)，以實(shí)時(shí)性為優(yōu)先級(jí)，并綜合嵌入式平臺(tái)的軟硬件資源進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

配電變壓器智能管控終端軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，每個(gè)模塊被設(shè)計(jì)成只負(fù)責(zé)單獨(dú)的一項(xiàng)功能，此種設(shè)計(jì)方法有利于軟件的移植和修改，可以充分利用現(xiàn)有的通用軟件包，因此可以達(dá)到事半功倍的效果并且方便調(diào)試和修改。具體說(shuō)來(lái)，配電變壓器智能管控終端軟件主要由數(shù)據(jù)采集與處理模塊、事件監(jiān)測(cè)與主動(dòng)上報(bào)模塊、數(shù)據(jù)存取模塊、無(wú)功補(bǔ)償控制模塊、終端通信處理模塊、鍵盤顯示模塊、抄表處理模塊、級(jí)聯(lián)處理模塊等組成。

在開(kāi)發(fā)配電變壓器智能管控終端軟件時(shí)，具體流程為：將實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)移植到微控制器上；編寫微控制器主控制電路外圍器件的底層驅(qū)動(dòng)函數(shù)；在實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)接口函數(shù)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)用戶應(yīng)用程序，編寫各模塊的功能實(shí)現(xiàn)程序代碼；對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)性優(yōu)先級(jí)分類，將每個(gè)功能模塊都嵌入到嵌入式平臺(tái)的各個(gè)子任務(wù)中，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)任務(wù)的合理調(diào)度。

2.配電變壓器智能管控裝置與主站通信的實(shí)現(xiàn)

2.1通信方式的選擇

2.1.1有線方式。有線方式包括光纖通信、現(xiàn)場(chǎng)總線和RS-485等，具有使用方便且投資較少的特點(diǎn)，但是其傳輸距離受到限制且傳輸速度較慢。

2.1.2 GSM短信方式。GSM短信方式具有主動(dòng)上報(bào)、安裝方便的優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是按條收費(fèi)、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用較高、在短信中心服務(wù)器繁忙時(shí)無(wú)法保障信息的可靠性和及時(shí)性。

2.1.3 GPRS方式。GPRS是在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)上發(fā)展起來(lái)的一種新型分組數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，引入了分組交換的傳輸模式，使得原來(lái)采用電路交換模式的GSM傳輸數(shù)據(jù)方式發(fā)生了根本性的變化，這在無(wú)線資源稀缺的情況下顯得尤為重要。相較于GSM，GPRS的頻率利用率高、數(shù)據(jù)傳輸速率高、用戶永遠(yuǎn)在線、接入速度快且按流量計(jì)費(fèi)。

考慮到配電變壓器分布廣泛且沒(méi)有相應(yīng)的有線網(wǎng)絡(luò)，因此配電變壓器智能管控裝置宜采用維護(hù)成本低且性價(jià)比高的GPRS無(wú)線通信方式。

2.2 通信組網(wǎng)方案的實(shí)現(xiàn)

目前配電變壓器智能管控裝置與主站通信主要有四種組網(wǎng)方案：第一種是主站采用GPRS終端接入獲得動(dòng)態(tài)IP，使用Internet上的注冊(cè)服務(wù)器協(xié)助主站與配電變壓器監(jiān)控終端建立通信；第二種是主站采用移動(dòng)APN專網(wǎng)固定IP，APN即接入點(diǎn)名稱，它的字面含義是與某個(gè)移動(dòng)終端可以通信的外部網(wǎng)絡(luò)的接入位置；第三種是數(shù)據(jù)中心寬帶接入Internet網(wǎng)路，使用公網(wǎng)固定IP或公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP+DNS解析服務(wù)；第四種是主站通過(guò)一條2MB APN專線接入移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商GPRS網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進(jìn)行廣域連接，在GGSN與移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商互聯(lián)路由器之間采用GRE（通用路由封裝）隧道。

考慮到主站對(duì)數(shù)據(jù)流量和通信安全性的要求，在綜合比對(duì)的基礎(chǔ)上本文選自了方案2，配電變壓器智能管控終端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，按通信協(xié)議打包，數(shù)據(jù)包通過(guò)串口發(fā)送到配電變壓器智能管控終端的GPRS通信模塊，微處理器通過(guò)AT指令建立GPRS通訊連接。

3.小結(jié)

本文在對(duì)現(xiàn)有配電變壓器智能管控裝置缺陷進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出配電變壓器智能管控裝置的總體設(shè)計(jì)方案、核心設(shè)備配電變壓器智能管控終端的硬件和軟件總體架構(gòu)，最后對(duì)配電變壓器智能管控裝置與主站的通信實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，具有一定的參考價(jià)值。

作者簡(jiǎn)介：

高自力（1965.7 -），男，漢族，河南省葉縣人，本科，高工高技，國(guó)網(wǎng)公司技術(shù)專家，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)委員，研究方向?yàn)榕潆娺\(yùn)維，可靠性管理，帶電作業(yè)。