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1、概述
    目前，在我國低壓配電系統中大多實行“盲目”的無人值守方式，即設備投入運行后現場沒有人員值守，采用定期巡檢或故障用戶主動反映的方式對運行中的設備進行集中監視和維護。但是近幾年來，隨著配電網綜合自動化技術的日益成熟以及城市軌道交通對供電質量的嚴格要求，廣大技術人員開始將智能低壓微機監控裝置引入到低壓配電監控中，以期實現對遠方集中運行的設備進行實時監控，提高低壓供電安全性，減輕巡檢人員的勞動強度。
    筆者在分析現有的低壓監控模式基礎上，提出新型的低壓配電監控模塊的設計思想，并基于TI公司的TM320VC33芯片，研制開發出一種新型低壓監控裝置。該裝置充分利用了DSP強大的數字處理能力，采用了先進的軟件編程技術，可實時監視低壓設備的運行工況，快速控制低壓開關，有效隔離故障區域，這樣大大提高了低壓配電網的供電可靠性。
2、現有的低壓監控模式
    由于低壓配電系統中送電終端比較繁多，監控點布置比較復雜，因此，許多技術人員進行了大量的研究工作，現己形成多種比較成熟的監控模式。
    (1)基于PLC與普通斷路器的監控模式
    此監控模式主要利用PLC的I/O接口將各低壓配電系統中的開關量狀態及模擬電量參數直接采集傳送到PLC，然后PLC上傳至遠方監控中心并接受遠方操作命令，控制相應的斷路器。
    主要特點：PLC的開關量輸入／輸出接口抗干擾性能好，邏輯控制靈活；但裝置接線復雜，故障率高；模擬量采集比較麻煩，成本較高。
    (2)基于數字智能儀表與普通斷路器的監控模式
    此監控模式下，數字智能儀表主要用于模擬數據采樣及SOE事件記錄，并經通信網絡一方面將各種數據上傳給當地／遠方通信處理機，形成完善的數據庫以進行實時數據分析處理，另一方面接受當地／遠方的遙控操作命令，開／合相應的斷路器；斷路器接受數字智能儀表傳送過來的遙控操作命令，并將操作結果通過輔助無源接點返送給數字智能儀表。
    主要特點：靈活地將儀表與監控結合起來，實現了分散式監控；但由于模塊比較多且比較分散，重復數據采樣率高，故障數據可分析性差，成本比較高。
    (3)基于智能斷路器的監控模式
    智能型斷路器就是把智能型脫扣器與斷路器集成在一起，實現長延時、短延時、瞬時過流保護以及接地和欠壓保護。智能型斷路器實時顯示電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數、頻率等參數運行狀態以及故障信息，并通過通信接口一方面上傳數據給上位計算機或遠方監控中心，另一方面接受上位機或遠方監控中心的控制命令。
    主要特點：將數據采集、控制保護以及通信集于斷路器內，提高了斷路器性能；但相應的產品造價高，監控系統比較分散。
3、新型低壓配電監控模塊設計
    低壓配電監控技術是與微處理技術、網絡通信技術密切相關的。近幾年來，一些新技術的興起，為研制監控裝置提供了更好的方法。在總結現有的同類產品的基礎上，提出基于DSP技術的新型低壓監控模塊的主要設計方法。
3.1  新型低壓配電監控模塊設計
    新型低壓配電監控模塊配置如圖l所示，其主要由二次變換器( PT/CT)、數據采樣單元(ADC)、數據處理單元（DSP微處理器）、人機接口單元(MMI)、開關量輸入輸出模塊以及事故打印模塊等6個基本單元組成。
    (1)二次變換器
    二次變換器單元主要是將低壓系統一次側傳送來的高電壓大電流變換成微機測控系統能進行采樣的低電壓信號，然后傳送給數據采集單元和微處理器( DSP單元)進行數據的采集、分析和處理，因此二次變換器中電流互感器( CT)和電壓互感器(PT)的傳變精度直接影響著測量精確度。本裝置中的二次變換器的主要技術指標為：在額定工作狀態下，電壓和電流測量精度不小于0.2%；在短路大電流以及含有直流分量的情況下，變換器不會發生飽和，波形不畸變，20倍額定電流下的誤差小于5%。
    (2)數據采集單元
    數據采集單元為32路同步數據采集系統，采用同時采樣分時轉換的方式，其中A/D轉換芯片采用了分辨率為16位、轉換率為500KSPS的LTC1608芯片。數據采樣時，模擬信號首先經過一階RC低通濾波器及采樣保持器，再經多路模擬開關和運放比例衰減，傳送到數據緩存區。數據轉換時用DSP內部定時器定時觸發信號啟動32路采樣通道同時采樣，在AD轉換結束時響應中斷，通過設定通道選擇寄存器逐次采樣多路模擬值。
    (3)數據處理單元
    數據處理單元是基于TI公司的TMS320VC33芯片開發的。數據處理單元的主要硬件資源為芯片內具有34K×32位單周期雙獲取的高速SRAM，片外擴展了128K x8位EPROM、256K×32位高速RAM、1Mx8位NVRAM和16K×8位EEPROM。TMS320VC33芯片為32位高性能CPU，其具有120~150MFLOPS，60~ 75 MIPS高速浮點運算能力；內含5倍頻的鎖相環時鐘發生器，工作頻率為60 MHz;具有4個內部譯碼頁選，可大大簡化與I/O及存貯器的接口；總線控制寄存器配置選通控制等待數，全部地址空間統一由控制軟件插入等待的個數，可方便靈活地對外部器件進行控制；可以在一個單指令周期內并行進行算數／邏輯單元( ALU)操作和乘法器運算；帶有啟動程序裝載功能，可將固化在片外的EPROM中的程序上電后自動引導裝載到快速片內34K×32位高速RAM存貯器中；帶有2個地址發生器、8個輔助寄存器和2個輔助寄存器輔助單元( ARAUs)，程序總線、數據總線分開，可同時進行取指和數據讀寫；具有塊重復功能，可零開銷循環和單周期分支；具有條件調用、條件返回指令故障錄波數據存貯在片外NVRAM中，可連續記錄故障前4個周波，故障后6個周波；裝置初始值固化在板內的EEPROM，可在線修改，方便程序調試。
    (4)人機接口（MMI模塊）單元
    人機接口單元是一個富于人性化的智能終端，是低壓配電監控模塊、操作者進行信息交換的重要環節。操作者一方面可以通過MMI方便地對裝置進行一些操作，另一方面能根據MMI模塊的提示信息快速地對低壓配電系統運行狀態進行判斷。本裝置的MMI單元是基于Rabbit半導體公司的RCM2000芯片開發的。
    (5)微型打印機
    微型打印機采用智能點陣感熱式并行非擊打打印機。打印機內部有一片C51單片機對打印頭進行控制，打印機與DSP的通信可通過插拔短路塊進行切換。
3.2 新型低壓配電監控模塊技術性能
    (1)32路模擬量同步采樣與存貯
    現有的智能儀表或智能斷路器同段母線數據采樣均采用非同步方式，即同母線段每個監控模塊數據采樣時序不同時，這樣為了計算功率因數、有功功率、無功功率等基本電量需要反復采樣同段母線電壓，造成成本增加而且計算結果誤差大。新型監控模塊將盡量保證同段母線上輸出回路模擬數據同步采樣，避免同段母線電壓的反復采樣，同時也有利于進行錄波數據分析對比，及時發現潛在故障危害。
    (2)快速準確的基本電參量計算
    母線電壓有效值、線路電流有效值、功率因數、系統頻率、有功功率等基本電參量計算是低壓監控模塊的一個重要的功能。計量往往要求具有較高精確度，而故障錄波啟動則注重計算速度，這兩者是相互矛盾的。要解決這個矛盾一方面要提高裝置微處理器CPU的運算速度；另一方面要改進現有裝置的算法。新型監控裝置將采用具有高速浮點運算能力的TMS320VC33芯片作為主微處理器，并根據故障錄波啟動和電參量計算對實時性的要求，選用常用的全波傅立葉差分算法。全波傅立葉差分算法不僅可以濾掉整次諧波和純直流分量，還可以有效地濾除衰減直流分量。
    (3)靈活的通信接口及組網方式
    低壓監控模塊的主板上集成了RS232、RS422及RJ45等多種標準通信接口。RS232和RS422標準串行接口采用了101遠動規約，RJ45接口集成了TC P/IP協議，這樣裝置可適應于多種通信方式的要求，豐富了系統的網絡組合模式，同時也提高了通信速率，有利于提高整個系統的穩定性和可靠性。
    (4)易于操作的人機交換界面
    低壓監控模塊設置了240×128的寬溫液晶，液晶為中文圖形模式顯示模式，在系統正常運行循環顯示母線電壓有效值、各饋線電流有效值、系統功率、系統頻率各開關量信息及保護裝置的狀態等；發生故障時，顯示故障時間、故障距離、裝置設定定值、裝置起動原因。此外，MMI模塊前面板還設置了9個鍵盤，可方便地完成裝置參數設定、特殊操作指令發送等操作。
4、結語
   本文基于DSP技術開發研制的新型低壓配電智能化監控模塊可適應當前對低壓監控的要求，可替代傳統的RTU裝置，實現“四遙”功能。
    三門峽富通新能源可根據用戶的需求訂做各種類型的高低壓配電柜開關柜。