DSP與無線通信的電力系統(tǒng)故障錄波器設(shè)計(jì)

摘要：針對目前電力系統(tǒng)故障錄波器中缺少無線通信的缺陷，設(shè)計(jì)出一種結(jié)合DSP與無線通信模塊的電力系統(tǒng)故障錄波器。分析了系統(tǒng)運(yùn)行原理以及無線通信模塊在電力系統(tǒng)故障錄波器中的應(yīng)用方法，介紹了電力系統(tǒng)故障錄波器的硬件設(shè)計(jì)和軟件流程，并驗(yàn)證了無線通信模塊應(yīng)用在電力系統(tǒng)故障錄波器的可行性。
關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；故障錄波器；TMS320F2812；SZ05；無線通信模塊

引言
電力系統(tǒng)錄波器是一種長期應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，用來監(jiān)視電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況的一種自動(dòng)記錄裝置。它可以記錄系統(tǒng)正常和非正常狀況下系統(tǒng)電壓、系統(tǒng)電流的變化，以及電力系統(tǒng)故障情況下系統(tǒng)頻率、有功功率、無功功率的全過程變化。其所記錄的各種參數(shù)對于分析電力系統(tǒng)正常運(yùn)行下電能的應(yīng)用情況起著重要的作用，而且故障階段記錄的數(shù)據(jù)對于分析電力系統(tǒng)事故發(fā)生原因，幫助尋找故障發(fā)生點(diǎn)，迅速處理相關(guān)故障事故，特別是分析繼電保護(hù)運(yùn)作行為起著關(guān)鍵的作用。目前電力系統(tǒng)錄波器已成為電力系統(tǒng)自動(dòng)化及系統(tǒng)管理的重要組成部分。
參考文獻(xiàn)設(shè)計(jì)的是一種基于DSP的電力系統(tǒng)故障錄波器，采用以太網(wǎng)方式來控制。參考文獻(xiàn)設(shè)計(jì)的電力系統(tǒng)故障錄波器采用計(jì)算機(jī)與局域網(wǎng)相結(jié)合的方法，其缺點(diǎn)是只能以局域網(wǎng)方式來連接，使得產(chǎn)品應(yīng)用有一定的局限性。以上兩種設(shè)計(jì)方案均須架設(shè)局域網(wǎng)絡(luò)，才能實(shí)現(xiàn)其傳輸功能。本文采用基于DSP與無線通信模塊的設(shè)計(jì)方案，可以實(shí)現(xiàn)1000～2000 m之間的傳輸，而且每個(gè)無線通信模塊都可以作為一個(gè)小中繼器，可以實(shí)現(xiàn)間接傳輸，進(jìn)而使傳輸距離更遠(yuǎn)。

1 系統(tǒng)運(yùn)行原理
簡單來說，電力系統(tǒng)故障錄波器是一個(gè)測量裝置，其運(yùn)行原理如圖1所示。首先，電網(wǎng)的各項(xiàng)電壓、電流通過濾波器濾去高頻干擾和低頻漂移信號(hào)。之后，由檢測部分的電壓、電流傳感器對電網(wǎng)三相電壓、電流等基本參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，所測的6路模擬量傳遞給16位A／D轉(zhuǎn)換芯片AD7656。DSP芯片TMS320F2812控制AD7656將6路模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，利用FFT算法對電壓、電流的數(shù)字量進(jìn)行分析，提取出基波和各次諧波分量，并算出有功功率、無功功率和THD值等相關(guān)參數(shù)。最后，通過串口傳送給無線通信模塊，進(jìn)行無線通信傳輸。

電力系統(tǒng)故障錄波器借助無線通信模塊，將分析處理后的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至遠(yuǎn)端主機(jī)，以便主機(jī)對整個(gè)區(qū)域的電力系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行分析。遠(yuǎn)端主機(jī)也可以發(fā)送控制命令到各個(gè)子站的傳輸模塊，由傳輸模塊再傳送到主處理器，用于控制電力系統(tǒng)錄波器的運(yùn)行，包括要采集的某相電壓或電流的數(shù)據(jù)、顯示的刷新頻率、其他參數(shù)設(shè)置和工作模式等。整個(gè)系統(tǒng)的控制由一個(gè)中央主機(jī)進(jìn)行控制，這里以10個(gè)站點(diǎn)為例進(jìn)行說明。如圖2所示，主機(jī)通過無線通信模塊發(fā)送指令給各個(gè)站點(diǎn)，各個(gè)站點(diǎn)通過無線通信模塊接收主機(jī)的指令，然后根據(jù)指令的要求完成相應(yīng)的工作任務(wù)。DSP通過無線通信模塊將所測數(shù)據(jù)傳輸給主機(jī)，以供主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。