多功率源的用电信息采集台区组网模拟系统_韩周.pdf

多功率源的用电信息采集台区组网模拟系统韩 周,赵 伟,孟海川,程 鑫,杨 峰(安徽南瑞中天电力电子有限公司,安徽 合肥2 3 0 0 0 0)摘 要:针对当前电力营销计量仿真领域难以有效模拟多种台区组网模式的问题,设计了一种基于多功率源的用电信息采集台区组网模拟系统。该系统使用若干个微型三相功率源组合,通过台区应用软件控制功率源内部信号切换及线路跳转响应等操作,从而实现同台区、跨台区及共零线台区三种台区组网模式的动态模拟和实时恢复,达到模拟复杂的电力载波通信环境目的。使用该系统及配套设备研制的仿真实训装置实现了多种场景、多种工况的仿真应用,有效还原了现场用电环境,助力新型电力系统的用电环境模拟建设及应用。关键词:电力营销计量;用电信息采集系统;电力台区组网;微型三相功率源中图分类号:T N 9 1 1 D O I:1 0.1 9 7 6 8/j.c n k i.d g j s.2 0 2 3.0 2.0 5 4N e t w o r k i n gS i m u l a t i o nS y s t e mf o rM u l t i-p o w e rS o u r c eP o w e rC o n s u m p t i o nI n f o r m a t i o nA c q u i s i t i o n i nS t a t i o nA r e aHANZ h o u,Z HAO W e i,ME N G H a i c h u a n,CHE N GX i n,YAN GF e n g(A n h u iN a n r u z h o n gT i a n t i a nE l e c t r o n i c sC o.,L t d.,H e f e i 2 3 0 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:A tp r e s e n t,i t i sd i f f i c u l t t oe f f e c t i v e l ys i m u l a t em u l t i p l en e t w o r k i n gm o d e s i nt h e f i e l do f e l e c t r i cp o w e rm a r-k e t i n gm e a s u r e m e n t s i m u l a t i o n.A i m i n ga t t h i sp r o b l e m,am u l t i p o w e r s o u r c eb a s e dn e t w o r ks i m u l a t i o ns y s t e mf o rp o w e rc o n s u m p t i o n i n f o r m a t i o na c q u i s i t i o ns t a t i o n s i sd e s i g n e d.T h es y s t e mi sc o m p o s e do fs e v e r a lm i n i a t u r et h r e e-p h a s ep o w e rs o u r c e s.T h r o u g ht h es t a t i o na r e aa p p l i c a t i o ns o f t w a r e t oc o n t r o l t h e i n t e r n a l s i g n a l s w i t c h i n go f t h ep o w e r s o u r c ea n d t h el i n e j u m pr e s p o n s ea n do t h e ro p e r a t i o n s,t h ed y n a m i cs i m u l a t i o na n dr e a l-t i m er e c o v e r yo f t h e t h r e es t a t i o na r e an e t w o r-k i n gm o d e so f t h e s a m e s t a t i o na r e a,c r o s s s t a t i o na r e a a n dc o mm o nn u l l l i n e s t a t i o na r e a a r e r e a l i z e d,s oa s t oa c h i e v e t h eg o a l o f s i m u l a t i n gt h ec o m p l e xp o w e rc a r r i e rc o mm u n i c a t i o ne n v i r o n m e n t.T h es i m u l a t i o nt r a i n i n gd e v i c ed e v e l o p e dw i t ht h es y s t e ma n ds u p p o r t i n ge q u i p m e n th a s r e a l i z e d t h e s i m u l a t i o na p p l i c a t i o no fm u l t i p l e s c e n a r i o s a n dw o r k i n gc o n d i t i o n s,e f f e c t i v e l yr e s t o r e dt h eo n-s i t ep o w e re n v i r o n m e n t,a n dh e l p e dt h ec o n s t r u c t i o na n da p p l i c a t i o no ft h es i m u l a t i o no ft h ep o w e re n v i r o n m e n to f t h en e wp o w e rs y s t e m.K e yw o r d s:e l e c t r i c i t ym a r k e t i n gm e a s u r e m e n t;e l e c t r i cd a t ac o l l e c t i o ns y s t e m;e l e c t r i cp o w e rs t a t i o na r e an e t w o r k i n g;m i n i a t u r e t h r e e-p h a s ep o w e rs o u r c e收稿日期:2 0 2 2-0 6-2 3作者简介:韩周(1 9 8 2-),研究方向为电力系统自动化、用电营销计量、软件开发设计。0引言当前用电信息采集台区现场工作情况多样、环境复杂,一台变压器下经常挂接很多低压配变台区,会出现低压台区和其下的终端表计设备不匹配的现象,造成营销系统与用电信息采集系统中台区关系不对应,导致现场表计数据无法被主站召回,无法及时抄回电量,更无法对现场数据进行分析。在营销计量仿真培训应用领域,通过仿真教学平台真实模拟用电信息采集系统现场工作场景,国内已有基于无线传感器网络技术的台区集抄系统动态自组网方法,也有模拟营销服务中计量生产现场的计量采集仿真教学平台,模拟现场用电营销环节的各项业务流程;但对电力营销用电环境的仿真模拟,都是采用独立功率源的方式进行台区的模拟应用,难以同时实现多台区模拟,难以还原现场复杂台区场景,实现多种模式台区的自动切换。1总体设计多功率源的用电信息采集台区组网模拟系统由台区组网应用软件、供电及通信线路和若干个微型多路三相功率源组成。该系统由不少于两个微型三相功率源、两路载波总线以及多路控制继电器等组成,每个功率源可作为独立供电模式为负载单独供电,也可根据需求由多个功率源动态组建不同的台区。没有台区组网指令时,相关继电器不动作。当需执行共零台区组网时,零线继电器将功率源零线输出至共零总线,其他线路电源继电器不动作,以此实现多个功率源共181系统解决方案 电工技术 零线模式。当需要执行共源台区组网时,将主供电电源三相四线与供电线路总线导通,辅受电电源不动作,保持供电线路总线断开,同时负载三相四线输入端继电器动作与供电线路总线导通,实现主供电电源同时为所有负载供电,从而组成共源台区。系统总体设计如图1所示。图1系统总体设计原理图2硬件设计2.1微型多路三相功率源系统中三相功率源采用数字调频、调幅、调相的数字合成波形技术,由C P U按要求将正弦波基波进行数字离散后存放于R AM中,频率基准发生器通过计数器将存放于R AM中的正弦波数字量输入至D/A转换器,分别得到六路相互间具有特定相位关系的数字合成正弦波。并将其作为电压、电流的初始信号,初始信号进行相应的功率放大后,对实际的负载进行驱动。然后通过隔离变压器,将信号传递给电能表,驱动电能表的电压回路、电流回路进行正常计量。同时,为了防止放大器的过负荷受损,设计了完善的电压短路过载、电流开路过载及快速限流过载等保护措施,避免功率放大器长期工作过程中出现不可恢复的损坏,同时采用优良的屏蔽接地工艺、合理的滤波措施、物理电路隔离设计、防呆设计及绝缘性材料等消除外部干扰的影响,为输出稳定性和EMC性能提供了可靠保障。图2为微型多路三相功率源控制电路设计。主控C P U采用S TM 3 2 F 1 0 3芯片输出经过计算调制的正弦波数字量,同时提供 一 路 串 口 用 于 上 行 通 信,接 收 升、降 源 命 令。7 4 HC 2 4 5为单片机系统常用驱动器,其在电路中的作用是增加I O口的驱动能力,用于提升S TM 3 2 F 1 0 3发出的正弦波数字量的驱动能力,并输出给后端D A C芯片进行调制。图3为微型多路三相功率源 运 放 电 路 设 计。其 中,A D 6 3 3 J N为模拟乘法器,O P A 1 7 7为精密运算放大器,其基本原理为将上端D A C输出的波形与幅值通过A D 6 3 3 J N与运算放大器O P A 1 7 7调制成一个具备可调幅值的正弦波信号。2.2微型多路三相功率源通信模块三相功率源通信模块采用MA X 3 0 8 2作为4 8 5模块芯 图2微型多路三相功率源控制电路设计图3微型多路三相功率源运放电路设计片,N S I 8 2 6 2作 为 隔 离 电 容 起 到 高 速 光 耦 的 作 用,MA X 3 0 8 2的D引 脚 通 过 隔 离 电 容 连 接 核 心 板C P U的T X D引脚,以接收控制模块传来的采集数据,R引脚通过隔离电容连接R X D引脚,将数据发送至C P U。C 1、C 2、C 3为电源旁路电容,作用为给4 8 5芯片提供一个干净的电源,使它稳定工作。C 4、C 1 0为隔离电容的旁路电容,作用为给隔离电容提供稳定的电源,用于判断电平基准。R 1 7与R 2 1分别为下拉电阻和上拉电阻,阻值均为1 0k,D 1、D 2、D 3为三个双向稳压二极管,作用为把A、B引脚对地的电压以及A和B引脚之间的电压,牵制到8.5V以内,保护4 8 5芯片。图4为4 8 5模块电路原理图。3台区组网应用软件台区组网应用软件为用电信息采集台区组网系统的专有应用软件,可接收响应用户请求的组网指令及设置指令,281电工技术 系统解决方案 图4三相功率源通信模块电路并监控多路三相功率源的运行状况;具备组网环境可视化与状态自识别、上电初始化、多模式台区模拟、虚负荷调节、系统自检等功能。其结构如图5所示。台区组网应用软件基于Q t框架使用C语言开发,Q t框架是跨平台C+图形用户界面应用程序开发框架,具有高可移植性,可运行在W i n d o w s、L i n u x、M a cO S等多种系统环境。(1)组网环境可视化与状态自识别:可直观展示当前台区组网状态、负荷的