一种智能电网谐波检测系统的架构

侯利明

摘 要：在世界能源危机的影响下，我国根据自身的能源结构及能源人均拥有量偏低的实际情况，把节能减排制定为我国的一项基本国策，坚强、自愈、兼容、经济、集成、优化的智能电网自然而然地被我国选为推动环保型经济发展的重要支撑。本文根据当前变压器谐波损耗的研究现状和发展趋势，利用迅速发展的集成电路、计算机、电子信息等技术，架构出了一套实用、智能、高效的配电变压器谐波在线监测系统。

关键词：智能电网；谐波检测；系统；架构

在由发电站、供配电变压器、用户等三方所构成的整个电力系统中，配电变压器的作用显得至关重要，电网电压必须要通过配电变压器这座不可或缺的沟通桥梁才能把电压分配给用户，用户直接使用前也得经过配电变压器的降压，其运行的各种数据的实时监测是配电自动化系统的一个重要方面。配电变压器监测终端（简称配变终端）是一种对变压器进行实时数据采集与控制的自动化终端设备，它可以通过通信网络与配网自动化系统相连，并上报监测的各种数据。

1 配变终端总体结构与构成

配电变压器谐波损耗在线监测系统总体结构原理：变压器一次侧和二次侧的电压/电流互感器将电流、电压转换成与后续电路相匹配的电流、电压，经过信号的前端处理和低通滤波，送给DSP2812内部集成的A/D转换器进行数字化采集，通过GPRS无线通信方式就可以把所需信息传送给远程数据站。由远程数据站智能电网终端实时损耗在线监测软件平台生成变压器运行参数信息，并实现数据信息的存储、管理、发布和参数配置等功能。远程数据站软件平台具有良好的人机交互接口界面，能清晰地显示监控电网终端结构，具有实时报表、实时趋势、报警等监控功能，可以为电力工作人员动态地监测变压器谐波损耗提供实时、准确的有力依据。

2 系统的各个组成部分及其实现的功能

2.1 电流互感器和电压互感器

在现场测量变压器电流信号时，为了能够比传统的零序电流互感器在安装和操作上更加方便和快捷，我们选用可以直接将其接入配电变压器输出端的电流互感器，且包括变比、测量范围、精度等级和工作温度等适合我们工程需要的各项性能指标。类似的，我们也会选择能够直接接入配电输出端，且具有外围电路简单、线性度好和测量精度高的特点，而且，包括额定输入电压、二次输出、精度等级和工作温度在内的各项性能指标完全能够满足现场的工作环境要求。

2.2 采集信号前端处理

采集信号前端处理包括电压采集前端处理和电流采集前端处理。电压采集前端处理主要实现的功能是将来自电压互感器的高电压信号按比例变换并对其进行直流偏置，以匹配ADC模块的测量电压。将变压器输出端经过电流互感器的电流经由电流采集前端处理转换为电压信号，并对其进行直流偏置和反相变换，使其满足DSP2812的模数转换范围。

2.3 低通滤波处理

电流/电压虽然经过前端处理，但是信号中难免有高频部分出现，为了防止信号混叠和对后续的谐波信号测量产生干扰，必须进行低通滤波处理。

2.4 数字信号处理

数字信号处理包括对整个系统的采样、数据处理、对外接口和通信等一系列工作，系统采用美国德州仪器最新推出的数字信号处理器TMS320F2812，该芯片集成了嵌入式系统的许多先进技术，包括改进型的哈佛总线结构、流水线操作、专用的硬件乘法器、通用JPTG调试接口和高性能的静态CMOS技术。

2.5 GPRS无线通信模块

在本系统中GPRS无线通信模块所要完成的任务就是将DSP2812传送过来的有关信息借助GPRS网络传输给主控中心，还有就是监控中心反馈回来的控制命令信息也必须通过GPRS无线通信模块来传输给数字信号处理器。GPRS移动通信网络进行数据传输，必须按照IP协议才能进行，所以GPRS通信模块发送数据之前，必须对DSP2812传入的数据进行TCP/IP封装，封装之后才能发送出去；这个原理也一样适用于来自主控中心的操作命令有效，数据包传送给MCU模块之前，数据包必须进行拆封。因此，TCP/IP协议处理和GPRS发射两部分是该模块的重要组成部分。

2.6 GPRS网络

现场的有关参数只有借助通信网络才能够实时地传送到监控中心计算机，继而从监控中心发出的命令指示也必须通过通信网络来传输给远程受到监控的装置，并应该且能够及时发出响应。在系统中，我们优先选用GPRS通信网络实现系统监控中心与远程监控装置之间的数据传输功能，因为GPRS核心网络是一个分组型数据网，支持IP通信协议，可以跟Internet网络无缝对接。

2.7 监控中心

监控中心作为工作人员直观、直接察看现场电网和变压器运行状态的重要岗位，其主要完成现场数据采集终端经过GPRS通信模块通信发送过来的数据信息，其中包括接收数据、数据和图表的直观显示和历史系统数据大量、持久的存储以及发送控制信息。所以，主控中心的设计最重要地包括所涉及到的软件设计和系统的应用程序的命令语句。

3 结语

本文本着智能电网配电变压器谐波检测的特点，利用DSP、GPRS无线通信等模块架构出了以上的配电谐波监测系统。

[参考文献]

[1]黄鸣宇.浅析无功补偿在电网中的发展趋势[J].宁夏电力，2010（4）：20-23.

[2]沈志伟.智能电网环境下典型行业的动态无功补偿与谐波治理综述[J].电子世界，2012（21）：73-75.