基于DSP的智能配电网环网柜FTU的设计
配网智能终端介绍FTUDTU及TTU
FTU、DTU及TTU介绍DTU开闭所、环网柜智能终端开闭所终端设备DTU distribution terminal unitDTU一般安装在常规的开闭所站、户外小型开闭所、环网柜、小型变电站、箱式变电站等处,完成对开关设备的位置信号、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电能量等数据的采集与计算,对开关进行分合闸操作,实现对馈线开关的故障识别、隔离和对非故障区间的恢复供电.配变终端设备TTU distribution Transformer supervisory Terminal Unit,配电变压器监测终端TTU监测并记录配电变压器运行工况,根据低压侧三相电压、电流采样值,每隔1～2分钟计算一次电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能、无功电能等运行参数,记录并保存一段时间一周或一个月和典型日上述数组的整点值,电压、电流的最大值、最小值及其出现时间,供电中断时间及恢复时间,记录数据保存在装置的不挥发内存中,在装置断电时记录内容不丢失.配网主站通过通信系统定时读取TTU 测量值及历史记录,及时发现变压器过负荷及停电等运行问题,根据记录数据,统计分析电压合格率、供电可靠性以及负荷特性,并为负荷预测、配电网规划及事故分析提供基础数据.如不具备通信条件,使用掌上电脑每隔一周或一个月到现场读取记录,事后转存到配网主站或其它分析系统.馈线终端设备FTU feeder terminal unitFTU 是装设在馈线开关旁的开关监控装置.这些馈线开关指的是户外的柱上开关,例如10kV线路上的断路器、负荷开关、分段开关等.一般来说,1台FTU要求能监控1台柱上开关,主要原因是柱上开关大多分散安装,若遇同杆架设情况,这时可以1台FTU监控两台柱上开关.我公司开发型FTU, 选用国际着名的高质量元器件,电磁兼容性能和抗干扰能力突出.综合考虑了各种环网柜、柱上开关的监控需求,可以和国内外各型开关接口.本产品完全按电力行业标准DL/T721-2000 配电网自动化系统远方终端执行,经国家电力质量检测中心检测全部合格.同时还符合下列国家和行业标准：GB/T 13729-2002远动终端通用技术条件DL/T814-2002 配电网自动化系统功能规范DL/T478-2001 静态继电保护及安全自动装置通用技术条件DL/T630-1997 交流采样远动终端技术条件DL/ IEC60870-5-101远动设备及系统DL/ IEC60870-5-104采用标准传输协议子集的IEC60870-5-101网络访问GB/T 4208-1993 外壳防护等级IP代码面板,架和柜的基本尺寸系列JB 616电力系统二次电路用屏台通用技术条件GB 191 包装储运图示标志2 技术特点FTU采用了先进的DSP数字信号处理技术、多CPU集成技术、高速工业网络通信技术,采用嵌入式实时多任务操作系统,稳定性强、可靠性高、实时性好、适应环境广、功能强大,是一种集遥测、遥信、遥控、保护和通信等功能于一体的新一代馈线自动化远方终端装置.适用于城市、农村、企业配电网的自动化工程,完成环网柜、柱上开关的监视、控制和保护以及通信等自动化功能.配合配电子站、主站实现配电线路的正常监控和故障识别、隔离和非故障区段恢复供电.主要特点如下：（1）硬件平台采用32位高速高性能数字信号处理芯片,控制回路采用专用大规模可编程逻辑电路CPLD,集成度高,处理速度快,容量大；（2）软件平台采用嵌入式实时多任务操作系统,保证了测量、控制、通信等任务的高效、可靠运行；（3）每周波64点的高速高精度交流采样技术,零相差同步采样跟踪和数字滤波算法,软硬件结合采样自动去零漂技术,大大地提高了遥测精度,无需校验,可进行31次谐波分析；交直流采样兼容技术；（4）装置采用高可靠的专业开关电源实现交流、直流电源无延迟切换和对蓄电池的智能管理,自动充放电维护,低电压保护；（5）采用国际着名的高可靠性爱立信DC/DC模块,给器件供电,确保了电源的可靠性；（6）综合采取输入输出回路过流过压防护技术,去耦合技术,隔离技术等,有优异的抗雷击浪涌和尖峰脉冲干扰的能力,电磁兼容性能全部达到国家最高标准Ⅳ级；（7）全部采用工业级器件,关键器件采样军品级,-20℃～70℃工作温度范围,完善的产品防护技术,不超过100%的湿度,能适应盐雾、台风、沙尘暴等户外恶劣环境；（8）通信方式灵活：具有RS-232/485、工业以太网、CAN等多种通信接口,支持DL/T 、DL/、DNP3、SC1801、MODBUS等多种通信规约,并可按需要进行扩充；通信信道：可支持光纤、载波、无线扩频、无线数传电台、CDMA、GPRS以及ADSL等多种通讯形式,由用户任选；（9）可以与国产、进口的各种类型环网柜、重合器、断路器、负荷开关接口；可以和AC380V/220V/100V等各种交流操作回路、DC220V/24V直流操作回路、电机弹簧储能机构、永磁操作机构等配合；（10）方便的系统维护,完善的自诊断功能,支持远方在线参数整定；（11）故障状态检测：测量记录故障电流及方向、故障发生时间,能够满足故障分析、故障定位及隔离的需要；（12）具有速断保护、重合闸功能.4 主要功能遥测1交流电气测量Ia、Ib 、Ic、In、Uab、Ucb、Ua、Ub、Uc,Un等任意组合,一般Uab和Ucb分别取开关两侧,监视馈线两端的供电情况.2两表法或三表法,软件计算出P、Q、Pa、Pb、Pc、f、cos∮等,根据主站需要上传；3保护Ia、Ic的记录上传；4直流模拟量：两路,电池电压、温度等.遥信1开关状态信号, SOE；2开关储能信号、操作电源；3压力信号等；4电池低电压告警；5保护动作和异常信号；6其他状态信号.遥控1开关的分合,失电后可进行2次以上分合操作；2电池的维护；3保护信号远方复归；4其他遥控.数据传输功能能与上级站进行通信,将采集和处理信息向上发送并接受上级站的控制命令.和上级的校时.其他终端的信息向上转发.电能量信息向上转发.主动上传事故信息可选功能.具有当地维护通信接口.通信规约：支持DL/T IEC60870-5-101、DL/IEC60870-5-104、DL/T 451-91循环式远动规约、、SC1801、MODBUS等多种通信规约,并可按需要进行扩充.通信接口：RS-232/485、工业以太网、CAN.通信信道：可支持光纤、载波、无线扩频、无线数传电台、CDMA、GPRS以及ADSL等多种通讯形式,由用户任选.故障识别、隔离、恢复供电及保护具有速断、延时过电流复合低电压保护、重合闸功能,根据馈线自动化方案选配.监测故障电流,记录过电流时间、过电流最大值,上报配电子站、配电主站.配电子站、配电主站根据各开关FTU上报过电流故障信息和开关跳闸信息,按照配电网变结构耗散拓扑模型,进行故障区域判断,指出故障区域,生成故障隔离命令序列和非故障区域恢复供电命令序列.自动或人机交互下发执行.就地操作FTU内有分、合闸按钮,实现就地操作.有就地/遥控选择开关,维护放电按钮等.环网功能当FTU设置为联络开关时,根据一侧或二侧PT受电状态,按整定值自动控制开关合分.在开关双侧有电时,禁止联络开关合闸.需要联网运行的,主站要进行专门设置和确认.当一侧失电时,根据FA方案和主站的设置,允许自动合闸的,自动控制合闸,以迅速地恢复供电.定值下装、上传功能速断定值、使能；过电流定值,时间常数、使能；重合闸时间、使能；环网功能设置、取消.当地维护功能通过FTU上的标准通信维护接口,利用专用维护软件进行调试及维护.包括参数定值配置、检查；遥测、遥信、遥控、对时测试召测；数据上传、通信等.自诊断、自恢复功能具有自诊断功能,当发现FTU的内存、时钟、I/O等异常,马上记录并上报.具有上电自恢复功能.电源UPS和电池维护功能满足操作机构、终端设备和通信装置用电.FTU双电源供电,一侧电源失电后仍可持续工作.平时由主电源给FTU供电,同时给电池浮充.双侧电源失电后由电池供电,FTU可继续工作24小时电台除外.电池低电压告警保护功能.电池自动维护：在规定的时间内由调度员下发电池维护命令,电池开始放电,电池低电压时自动停止放电,自动切换由主电源供电,并给蓄电池充电.电池充电采用恒压限流充电,确保安全.5 主要性能和技术指标交流采样三相/两相任意配置,功率计算：三表法/两表法.交流电压：AC100V /220V,测量CT电流AC5A/1A,保护CT电流AC 5A；过载能力：交流电压：2Vn连续工作；测量交流电流：2In连续工作.；20In持续1S；保护电流：2In连续工作,10In持续1M.20In持续1S.精度：交流测量信号I、U、P、Q：级,故障电流精度：3级由C T精度等级决定.输入功耗：交流电压回路：≤相,交流电流回路：≤相.直流采样直流DC0—30V、0—5V,4—20mA,10 mA.精度： %.遥信遥脉16/32点开关量输入,光电隔离2000VDC；无源接点,内部提供24VDC电源.可以生成SOE,SOE分辨率：≤2ms.遥脉：4点.遥控5/13路继电器接点输出.触点输出容量： AC250V 10A或DC28V 10A,DC48V 8A阻性负载；可以接入AC220V、DC2 4V 、DC48V开关控制机构回路.输出时间可设,一般.通信具备RS232/RS485：速率：600~19200.CAN：100K bps.以太网：10M.电源系统交流电压：AC22OV±20%,频率：50Hz±5%,谐波含量小于5%.交流双电源,自动切换.直流电压：DC24V/48V±20%；波纹系数小于5%.蓄电池：12V×2,；停电工作24小时.具有自动充放电功能,电池低电压告警保护功能、电池远方自动充放电维护功能.环境条件保存温度：-45℃----+85℃；工作温度：-20℃----+70℃；相对湿度：最大不超过100%；大气压力：70KPQ~106KPQ.无爆炸性气体,无导电尘埃,无严重霉菌,五剧烈振动冲击.接地电阻≤4Ω功率消耗整机功耗：≤5W不含电台功耗；箱体结构700×500×260；不锈钢喷涂,三防,IP54级,户外安装.电磁兼容试验a低温、高温试验：环境温度：-20 °C ~70°C,满足要求.b湿热试验：部件、单元、PCB的涂敷保护,防尘、防潮、防露,交变湿热试验达到工业最高级4级标准.c抗高频干扰能力：信号控制和电源回路加衰减振荡波差模、共模,工作正常,达到4级.d快速瞬变脉冲群：信号控制±2kVP差模、共模,电源回路±4kVP差模、共模,工作正常,达到4级.e浪涌干扰电压：信号控制和电源回路加±4kVP差模、共模,工作正常,达到4级.f抗静电放电能力：±8kV,工作正常,达到4级.g抗工频电磁场：,辐射电磁场：10V/m,80Hz ~1000MHzh耐冲击电压雷击能力：±5kV1500A,正、负各三次,过后正常DTU开闭所、环网柜智能终端开闭所终端设备DTU distribution terminal unitDTU一般安装在常规的开闭所站、户外小型开闭所、环网柜、小型变电站、箱式变电站等处,完成对开关设备的位置信号、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电能量等数据的采集与计算,对开关进行分合闸操作,实现对馈线开关的故障识别、隔离和对非故障区间的恢复供电.我公司开发的型DTU, 选用国际着名的高质量元器件,电磁兼容性能和抗干扰能力突出.综合考虑了各种开关站、开闭所的监控和故障检测需求,可以和国内外各型开关接口.本产品完全按电力行业标准DL/T721-2000 配电网自动化系统远方终端执行,经国家电力质量检测中心检测全部合格.同时还符合下列国家和行业标准：GB/T 13729-2002远动终端通用技术条件DL/T814-2002 配电网自动化系统功能规范DL/T478-2001 静态继电保护及安全自动装置通用技术条件DL/T630-1997 交流采样远动终端技术条件DL/ IEC60870-5-101远动设备及系统DL/ IEC60870-5-104采用标准传输协议子集的IEC60870-5-101网络访问GB/T 4208-1993 外壳防护等级IP代码面板,架和柜的基本尺寸系列JB 616电力系统二次电路用屏台通用技术条件GB 191 包装储运图示标志技术特点1 机箱结构采用标准4U半全机箱,增强型设计；2采用后插拔接线方式,整体面板,全封闭设计；3 率先采用基于CANBUS总线的智能插件方案,极大地减少了插件间接线,完全避免了插件接触不良的隐患,装置运行可靠性高；4智能插件方案的采用,使机箱母板标准化,便于生产及现场维护；5装置不同类插件在结构设计时保证不能互插,提高整体安全性；6采用32位D浮点型SP,系统性能先进；7采用16位A/D转换芯片,采样精度高；8采用大规模可编程逻辑芯片,减少外围电路,提高可靠性；9大容量存储器设计,使得报文及事故录波完全现场需求；10采用多层印制板电路和SMT表面贴装技术,装置的抗干扰性能强；11测量回路精度软件自动校准,免调试,减小现场定检等维护时间；12超强的电磁兼容能力,能适应恶劣的工作环境；13功能强大的PC支持工具,具有完善灵活的分析软件,便于事故分析；14简单可靠的保护处理系统DSP与成熟的实时多任务操作系统相结合,既保证功能可靠性,又能满足网络通讯、人机界面的实时性；15支持RS232/RS485、Enthernet等多种通讯接口,内置Enthernet使得工程应用简单、可靠；16支持IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104等标准规约；17各装置独立的掉电保持时钟系统及带对时脉冲的GPS对时系统.4 主要功能遥测1交流电气测量Ia、Ib 、Ic、In、Uab、Ucb、Ua、Ub、Uc,Un等任意组合,一般Uab 和Ucb分别取开关两侧,监视馈线两端的供电情况.2两表法或三表法,软件计算出P、Q、Pa、Pb、Pc、f、cos∮等,根据主站需要上传；3保护Ia、Ic的记录上传；4直流模拟量：两路,电池电压、温度等.遥信1开关状态信号, SOE；2开关储能信号、操作电源；3压力信号等；4电池低电压告警；5保护动作和异常信号；6其他状态信号.遥控1开关的分合,失电后可进行2次以上分合操作；2电池的维护；3保护信号远方复归；4其他遥控.数据传输功能能与上级站进行通信,将采集和处理信息向上发送并接受上级站的控制命令.和上级的校时.其他终端的信息向上转发.电能量信息向上转发.主动上传事故信息可选功能.具有当地维护通信接口.通信规约：支持DL/T IEC60870-5-101、DL/IEC60870-5-104、DL/T 451-91循环式远动规约、、SC1801、MODBUS等多种通信规约,并可按需要进行扩充.通信接口：RS-232/485、工业以太网、CAN.通信信道：可支持光纤、载波、无线扩频、无线数传电台、CDMA、GPRS以及ADSL等多种通讯形式,由用户任选.故障识别、隔离隔离恢复供电及保护具有速断、延时过电流复合低电压保护、重合闸功能,根据馈线自动化方案选配.监测故障电流,记录过电流时间、过电流最大值,上报配电子站、配电主站.配电子站、配电主站根据各开关DTU上报过电流故障信息和开关跳闸信息,按照配电网变结构耗散拓扑模型,进行故障区域判断,指出故障区域,生成故障隔离命令序列和非故障区域恢复供电命令序列.自动或人机交互下发执行.就地操作DTU内有分、合闸按钮,实现就地操作.有就地/遥控选择开关,维护放电按钮等.环网功能当DTU设置为联络开关时,根据一侧或二侧PT受电状态,按整定值自动控制开关合分.在开关双侧有电时,禁止联络开关合闸.需要联网运行的,主站要进行专门设置和确认.当一侧失电时,根据FA方案和主站的设置,允许自动合闸的,自动控制合闸,以迅速地恢复供电.定值下装、上传功能速断定值、使能；过电流定值,时间常数、使能；重合闸时间、使能；环网功能设置、取消.当地维护功能通过DTU上的标准通信维护接口,利用专用维护软件进行调试及维护.包括参数定值配置、检查；遥测、遥信、遥控、对时测试召测；数据上传、通信等.自诊断、自恢复功能具有自诊断功能,当发现DTU的内存、时钟、I/O等异常,马上记录并上报.具有上电自恢复功能.电源UPS和电池维护功能满足操作机构、终端设备和通信装置用电.DTU双电源供电,一侧电源失电后仍可持续工作.平时由主电源给DTU供电,同时给电池浮充.双侧电源失电后由电池供电,DTU可继续工作24小时电台除外.电池低电压告警保护功能.电池自动维护：在规定的时间内由调度员下发电池维护命令,电池开始放电,电池低电压时自动停止放电,自动切换由主电源供电,并给蓄电池充电.电池充电采用恒压限流充电,确保安全.主要性能和技术指标5交流采样三相/两相任意配置,功率计算：三表法/两表法4路×4.交流电压：AC100V /220V,测量CT电流AC5A/1A,保护CT电流AC 5A；过载能力：交流电压：2Vn连续工作；测量交流电流：2In连续工作.；20In持续1S；保护电流：2In连续工作,10In持续1M.20In持续1S.精度：交流测量信号I、U、P、Q：级,故障电流精度：3级由C T精度等级决定.输入功耗：交流电压回路：≤相,交流电流回路：≤相.直流采样直流DC0—30V、0—5V,4—20mA,10 mA.精度： %.遥信遥脉32×4点开关量输入,光电隔离2000VDC；无源接点,内部提供24VDC电源.可以生成SOE,SOE分辨率：≤2ms.遥脉：8×4点.遥控4×4路接点输出.触点输出容量： AC250V 10A或DC28V 10A,DC48V 8A阻性负载；可以接入AC220V、DC2 4V 、DC48V开关控制机构回路.输出时间可设,一般.通信具备RS232/RS485：速率：600~19200.CAN：100K bps.以太网：10M.电源系统交流电压：AC22OV±20%,频率：50Hz±5%,谐波含量小于5%.交流双电源,自动切换.直流电压：DC24V/48V±20%；波纹系数小于5%.蓄电池可选：12V×2,；停电工作24小时.具有自动充放电功能,电池低电压告警保护功能、电池远方自动充放电维护功能.环境条件保存温度：-45℃----+85℃；工作温度：-20℃----+70℃；相对湿度：最大不超过100%；大气压力：70KPQ~106KPQ；无爆炸性气体,无导电尘埃,无严重霉菌,五剧烈振动冲击；接地电阻≤4Ω.功率消耗整机功耗：≤5W×4不含电台.箱体结构1800×600×600机柜； IP52级,户内安装.电磁兼容抗高频干扰能力：信号控制和电源回路加衰减振荡波差模、共模,工作正常,达到4级.快速瞬变脉冲群：信号控制±2kVP差模、共模,电源回路±4kVP差模、共模,工作正常,达到4级.浪涌干扰电压：信号控制和电源回路加±4kVP差模、共模,工作正常,达到4级.抗静电放电能力：±8kV,工作正常,达到4级.抗工频电磁场：,辐射电磁场：10V/m,80Hz ~1000MHz耐冲击电压雷击能力：±5kV1500A,正、负各三次,过后正常智能综合配变终端TTU配变终端设备TTUdistribution Transformer supervisory Terminal Unit,配电变压器监测终端TTU监测并记录配电变压器运行工况,根据低压侧三相电压、电流采样值,每隔1～2分钟计算一次电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能、无功电能等运行参数,记录并保存一段时间一周或一个月和典型日上述数组的整点值,电压、电流的最大值、最小值及其出现时间,供电中断时间及恢复时间,记录数据保存在装置的不挥发内存中,在装置断电时记录内容不丢失.配网主站通过通信系统定时读取TTU 测量值及历史记录,及时发现变压器过负荷及停电等运行问题,根据记录数据,统计分析电压合格率、供电可靠性以及负荷特性,并为负荷预测、配电网规划及事故分析提供基础数据.如不具备通信条件,使用掌上电脑每隔一周或一个月到现场读取记录,事后转存到配网主站或其它分析系统.适用于供电公司、县级电力公司、发电厂、工矿企业、部队院校、农村乡电管站、100-500KVA配电变压器台变的监测与电能计量,配合用电监察进行线损考核,还能通过GPRS通信网络将所有数据送到用电管理中心,为低压配电网络优化进行提供最真实最准确的决策依据.“四合一”综合功能集计量、电能质量监测、配变工况监测、无功补偿四项功能于一体.■智能无功补偿智能式电容器可自成系统,电容器自动投切,实现自动无功补偿■组网灵活遵循国家电网公司与南网公司现行配变监测系统规约,方便接入电力企业现有的负荷管理系统与配电管理系统,提供完整的电压无功实时信息,亦可独立组成无功实时信息系统■工程简便装置结构简洁,内部接线少而清晰,电容器积木式组合,便于安装、维护,更方便优化调整补偿容量。
智能配电网馈线终端单元FTU的电路设计
产业科技创新 Industrial Technology Innovation 78Vol.1 No.21智能配电网馈线终端单元FTU 的电路设计单荣荣1，张 辉2，刘 通3（1.国电南瑞南京控制系统有限公司，江苏 南京 211106；2.国电南瑞科技股份有限公司，江苏 南京 210032；3.江苏宏源电气有限责任公司，江苏 南京 210000）摘要：科学技术的进步，让以此为基石的配网自动化在功能上不断取得突破与完善。
配电网是直接和用户相连起分配电能的网络，因此提高供电的可靠性，改善供电质量与服务质量，优化运行操作，是对其提出的新要求。
馈线自动化是实现配网自动化的关键部分，而FTU 又是馈线自动化的基础终端装置，对实现馈线自动化、提高配电网可靠性起着十分重要的作用。
论文阐述了目前我国配网自动化的现状以及馈线自动化的实现方式，给出了使用DSP 技术设计制造自动化远方终端FTU 的方案。
设计采用了先进的DSP 技术并以数字信号处理器中的TMS320F28335芯片作为主控制器，设计了FTU 的外围电路。
关键词：馈线自动化；线远方终端；FIR 数字滤波中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：2096-6164（2019）21-0078-02经济增长带动了物质文化生活水平的发展，电器设备及各种移动终端的普及使人们对电能的需求量成倍增加，以及现代化大型工业、高精密的技术与设备更是不允许长时间停电。
这就要求必须解决供电的高可靠性、供电的经济性。
作为配网自动化系统中的关键部分，馈线自动化在实现配网自动化中的作用是其它部分无可替代的。
1 馈线自动化系统组成图1 基于FTU 的远方控制馈线自动化组成示意图图1是一种使用FTU 而组成馈线自动化的完整系统，从图中可以看到FTU 的工作安装位置，各个FTU 工作时分别对各自对应的柱上开关的运行情况进行采集，采集电压、电流、功率、开关开合状态、储能情况，把采集的信息通过装设的无线网络传输装置发送到区域工作站，也就是二级监控子站，监控子站再将接收到的信息发送给配网监控中心，经过监控子站的缓冲与打包发送到监控中心，提高了信息的传输速率，减轻了监控中心的负担，FTU 与监控中心之间信息的能双向传输，FTU 接收到监控中心的控制指令，完成对柱上开关的遥控操作。
基于DSP平台的配电自动化监控单元(FTU)的功能研究
控制 的优点弥补远方集中控制在线路故障等特殊 情况下的不足 ， 力求达到完善的控制。
Ｆ Ｕ 以 Ｄ Ｐ为核 心 ， 辅 以 ＡＤ转 换 器 等 外 Ｔ Ｓ 并 ／
遥功能外 ， 还具有故障信号（ 相间短路 、 单相接地 ） 捕捉能力 ， 结合一次开关（ 断路器 、 负荷开关 、 重合
器 、 式变 压器 、 网开关 柜 ） 配 电小 区主站 （ 箱 环 与 或
Ｎ ｖ ｍｂ ｒ２ ０ ｏ ｅ ｅ ０ ７
基于 Ｄ Ｐ平 台 的配 电 自动化监控 Ｓ 单元（Ｔ ） Ｆ Ｕ 的功能研究
张 型
（ 国石 油新 疆 油 田公 司 ， 新疆 中
克拉 玛 依 ８４ ０ ） ３ ０ ０
摘
要 ： 电 自动 化 监控 单元 （ Ｔ 是 配 电 自动 化 系统 中的重要 组成 部 分 ， Ｄ Ｐ为核 心 构成 的 配 Ｆ ｕ） 以 Ｓ
ＺＨＡＮＧ Ｌｉ
（ｅｒｃ ｉａＸ ￣ｉｎ ｉｅｄＣ ｍ ａｙ Ｋ ｌｍ ｙ Ｘ ￣ｉｎ ８ ４ ０ ， Ｃ ｉａ Ｐ ｔ ｈ ｉ ａ ｇＯ ｌ ｌ ｏ ｐ ｎ ， ｅａ ａｉ ｉ ａ ｇ ３ ０ ０ ｏ ｎ ｆ ｈｎ ）
Ａ ｓｒｃ： ｅｄｒ ｅｍ ｎｌ ｎｔ （ Ｕ ｉ ｔｅｉ ｐ ｒ ｎ ｌｍ ｎ ｏ ｅ ｉｒ ｕｉ ｕｏ ａｉ ｙｔｍ， ｏｓ ｕｔｄｏ ｂ ｔ ｔ Ｆ ｅｅ ｒ ｉａ Ｕ ｉ Ｆ ）ｓ ｈ ｏ ａ ｔ ｅ ｅ ｔｎｐ ｗ ｒ ｓ ｉ ｔ ｎａｔｍ ｔ ｎｓｓ ａ Ｔ Ｔ ｍ ｔ ｅ ｉ ｄ ｔｂ ｏ ｏ ｅ ｃｎｔ ｃ ｎ ｒ ｅ
Ｋ ｅ ｗ ｏ ｄｓ ＴＵ：ＤＳＰ； ａ ｓ ｌ ｔｏ ｙ ｒ ：Ｆ ｆ ｕｈ ｉｏ ａｉ ｎ
中图分 类号 ： Ｐ ９ Ｔ ２
文 献标识 码 ： Ｂ
基于DSP的电力配电网自动化控制系统的优化设计
核 心 ，采用无源晶体处理芯片，对 电力配电网自动化控制信息的输
接 口 模 块 进 行 干 扰 滤 波 ，又利用
CW、LFM、HFM位倒序寻址实现实
出电平传输和接收过程进行外部 时电力配电网自动化控制和传输
晶体配合转换和校准换能处理，电 优 化 。根 据上述 分 析 ，得到本文设
力配电网自动化控制系统的总体 计的电力配电网自动化控制系统
序加载模块设计。系 统 的 A D 电路
设计如图2。
具有较好的电力配电网自动化控 制和 传 输 能 力 ，输人输出的跟踪响 应曲线匹配度较好,说明配电自动
Ml■化控制的准确度较高。
4 结语
图 4 主控电路设计
根据上述模块化设计结果，实 现电力配电网自动化控制系统的 集成设计。
收 稿 日 期 :2016-04-07
PIONEERING W ITH SCIENCE & TECHNO LOG Y M O N TH LY NO.12 2016 133
科技创业月
PIONEERINGWITH SCIENCE &TECHNOLOGY MONTHLY
基 于 D S P 的电力配电网自动化控制系统的优化设计
应用技术
基 于 D S P 的电力配电网自动化控制系统的优化设计
闫纪弛
( 国 网 江 苏 省 电 力 公 司 徐 州 市 铜 山 区 供 电 公 司 江 苏 徐 州 221009)
DSP 摘 要 ： 文 章 基 于 高 速 数 字 处 理 芯 片 的 电 力 配 电 网 自 动 化 控 制 系 统 优 化 设 计 技 术 :首
方 式 ，兼 容 10/100MBp s 以太网 MAC，2 个双通道全双工同步串行
接 口 ，分 辨 率 不 低 于 8 位 ，自 带 1〜
FTU模块技术设计方案
FTU模块技术设计方案FTU（Fault Terminal Unit）是一种用于电力系统中的终端设备，用于监测、控制和保护电力设备。
本文将介绍FTU模块的技术设计方案。
1.引言2.硬件设计2.1 主控芯片：选择一款性能稳定、功耗低的ARM Cortex-M系列芯片作为主控芯片。
该芯片具有较高的计算能力和丰富的外设接口，可以满足FTU模块的数据处理和通信需求。
2.2输入输出模块：设计多路输入输出信号的输入输出模块，可以接入各种类型的传感器和执行器。
同时，为了提高FTU模块的稳定性和可靠性，该模块应支持冗余设计，以防单个输入输出模块出现故障。
2.3通信模块：选择高可靠性的通信模块，如以太网和4G通信模块。
以太网用于与电力系统SCADA系统进行数据传输，而4G通信模块用于远程监控和控制。
2.4电源模块：设计高效稳定的电源模块，以满足FTU模块的供电需求。
这包括使用高质量的电源稳压芯片和电源滤波器，以提供稳定和清洁的供电。
3.软件设计3.1实时操作系统（RTOS）：选择适合嵌入式系统的实时操作系统，以管理FTU模块的多任务和中断处理。
RTOS可以提供任务调度、内存管理和设备驱动等功能。
3.2驱动程序：编写驱动程序来管理FTU模块的不同硬件组件，包括输入输出模块、通信模块和电源模块。
驱动程序应提供接口和API供上层应用程序调用。
3.3数据处理程序：编写数据处理程序来处理从传感器到FTU模块的各种数据。
这些程序应实现数据解析、转换和校验功能，确保数据的可靠性和完整性。
3.5故障保护算法：设计故障保护算法来监测电力设备的状态并触发相应的保护动作。
这些算法应根据实际需求进行设计，并能及时响应和处理系统故障。
4.总结本文介绍了FTU模块的技术设计方案。
通过选择适当的硬件和软件组件，可以设计出稳定可靠的FTU模块，用于监测、控制和保护电力设备。
在实际应用中，还需考虑FTU模块的可扩展性、可靠性和安全性等方面的需求。
配电自动化馈线终端(FTU)技术设计规范方案
配电自动化馈线终端（FTU）技术规范目录1 规范性引用文件 (1)2 技术要求 (1)3 标准技术参数 (10)4 环境条件表 (12)5 试验 (13)附录A馈线终端无线通信安装位置、航插尺寸定义（参考性附录） (14)附录B 馈线终端接口定义（规范性附录） (28)配电自动化馈线终端（FTU）技术规范1 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本文件。
GB/T 17626.1 电磁兼容试验和测量技术抗扰度试验总论GB/T 17626.2 静电放电抗扰度试验GB/T 17626.3 射频电磁场辐射抗扰度试验GB/T 17626.4 浪涌（冲击）抗扰度试验GB/T 17626.5 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验GB/T 17626.8 工频磁场的抗扰度试验GB/T 17626.10 阻尼振荡磁场的抗扰度试验GB/T 17626.11 电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度试验GB/T 15153.1 远动设备及系统第2部分：工作条件第1篇：电源和电磁兼容兼容性GB/T 11022 高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求GB/T 14285 继电保护和安全自动装置技术规程GB/T 4208 外壳防护等级（IP）GB/T 13729 远动终端设备GB/T 5096 电子设备用机电件基本试验规程及测量方法GB/T 19520 电子设备机械结构GB 7251.5 低压成套开关设备和控制设备第五部分：对户外公共场所的成套设备—动力配电网用电缆分线箱（CDCs)的特殊要求DL/T 637-1997 阀控式密封铅酸蓄电池订货技术条件DL/T 721 配电网自动化系统远方终端DL/T 634.5101 远动设备及系统第5-101部分：传输规约基本远动任务配套标准DL/T 634.5104 远动设备及系统第5-104部分：传输规约采用标准传输协议子集的IEC60870-5-101网络访问DL/T 814 配电自动化系统功能规范Q/GDW 382 配电自动化技术导则Q/GDW 513 配电自动化主站系统功能规范Q/GDW 514 配电自动化终端/子站功能规范Q/GDW 625 配电自动化建设与改造标准化设计技术规定2 技术要求2.1 概述馈线终端的结构形式可分为箱式馈线终端和罩式馈线终端。
配电自动化监控系统的单核馈线终端设备(FTU)解决方案
配电自动化监控系统的单核馈线终端设备（FTU）解
决方案
目前市面上大多电力FTU产品均采用MCU+MPU双处理器架构，以利用MCU的实时性和MPU上运行的稳定的网络协议和文件系统资源。
那幺，我们是否可以把MCU+MPU的结构用一个MPU来替代?答案是完全可以，本文就介绍一种单处理核心的FTU实现方案。
FTU全名是馈线终端设备，是配电自动化系统中重要的监控设备。
具有遥控、遥信，故障检测功能，并与配电自动化主站通信，提供配电系统运行情况和各种参数即监测控制所需信息，包括开关状态、电能参数、相间故障、接地故障以及故障时的参数,并执行配电主站下发的命令，对配电设备进行调节和控制，实现故障定位、故障隔离和非故障区域快速恢复供电等功能。
FTU照片如下：
图1 FTU
FTU硬件需要符合《DL/T721-2000 配电网自动化系统远方终端》标准，。
智能化分布式配电终端FTU
故障检测与定位
FTU具有故障检测功能，能够实 时监测配电网的运行状态，并在 发生故障时快速定位故障点，提
高故障处理的效率和准确性。
控制与保护功能
FTU能够根据主站系统的控制指 令，对配电网中的开关设备进行 远程控制，实现负荷转移、故障 隔离等操作，提高配电网的供电
可靠性。
典型应用场景分析
馈线自动化
优先选用经过稳定运行验证且故障率 低的成熟产品。
扩展性原则
考虑未来可能的升级和扩展需求，选 择具有良好扩展性的FTU。
经济性原则
在满足功能、可靠性等要求的前提下， 选择性价比较高的产品。
安装步骤和注意事项
01
02
03
04
安装前准备
确认FTU型号、规格及附件是 否齐全，检查设备外观是否完
好。
安装位置选择
调试记录与报告
详细记录调试过程中的各项数据和结果， 形成调试报告，为后续运行和维护提供参 考。
通电调试
给FTU通电，观察设备运行是否正常，检查 各指示灯是否正常亮起。
故障排查与处理
在调试过程中遇到问题时，及时排查故障 原因并处理，确保FTU正常运行。
功能测试
通过操作界面或远程通信方式对FTU进行功 能测试，包括遥测、遥信、遥控等功能是 否正常实现。
03
FTU关键技术解析
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
通信技术选择与实现
01
02
03
通信协议选择
FTU支持多种通信协议， 如IEC 61850、DNP3.0、 Modbus等，可根据实际 需求选择合适的协议进行 通信。
通信接口设计
FTU提供多种通信接口， 如以太网口、RS485/232串口等，方便与 上位机或其他设备进行数 据交换。
基于DSP+单片机的FTU硬件系统设计
Ｓ＿ ＬＩ Ｃ ０ Ｎ ＶＡ ＬＬＥ Ｙ
基于ＤＳ Ｐ ＋ 单 片机 的Ｆ Ｔ ｕ硬 件系统设 计
朱静 杰 。 赵 延帅 （ 山 东科技 大学 ， 山 东青 岛 ２ ６ ６ ５ ９ ０ ）
摘 要 介 绍基 于 Ｄ Ｓ Ｐ Ｔ Ｍ Ｓ ３ ２ ０ Ｆ ２ ８ １ ２ 和 单 片机 ｃ ８ ０ ５ １ Ｆ ０ ４ ０ 双 处 理器 架构 的 Ｆ Ｔ Ｕ 设计 方 法 ， 并给 出了硬 件 系统 各模 块 的
１ ２ Ｃ和两 个 Ｕ Ａ Ｒ Ｔ串行接 口 ， 片 内还集 成 了一 个 Ｃ Ａ Ｎ ２ ． Ｏ Ｂ控制 器 。 Ｓ Ｐ Ｉ（ Ｓ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｐ ａ ｒ ａ ｌ ｌ ｅ １ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ）总 线 是 摩托 罗 拉 公 司 提 出的 一种 同步 串行 外 设接 口协议 总线 ， 本 系统 利 用它 实 现 了 Ｄ Ｓ Ｐ和单 片机 之 间的 通信 ， 其 通信 电路如 图 ２ 所 示 。Ｓ Ｐ Ｉ 通 过 一
数据 。
自动化 建 设 必 不可 少 的核 心 设备 ， 能够 实 现馈 线 开 关 状态 的在 线 监视 、 馈 线数 据 采 集与 处 理 、快速 故 障 定位 、事 故 隔离 与 恢 复 供 电 、网 络通 信 等 功能 ， 对 于 提 高供 电可靠 性 及 配 电 网 自动
化 水平起 着 至关 重 要的作用 。
速度 快 ， 能够 同时 收发 ， 有 效避免 了争用 Ｒ Ａ Ｍ的现象 。
１ 硬 件 系统 设计
Ｆ Ｔ Ｕ硬件 系 统设 计的整 体框 图如 图 １ 所示 。
单 片 机
Ｓ ＣＫ
口 『 —— ’ Ｆ 一
基于DSP的FTU的研究
基于ＤＳＰ的ＦＴＵ的研究作者：苏和来源：《中国新技术新产品》2008年第18期摘要：本文提出了以TI公司TMS320LF2407 DSP为核心处理器的馈线自动化远方智能终端(FTU)的设计方案，并根据FTU的硬件原理框图，设计了DSP基本外围电路，编写了FTU 硬件电路的软件实现程序，实现了所设计的FTU的故障定位、故障隔离和供电恢复重要功能。
关键词：FTU；馈线自动化；数字信号处理；故障定位1. 引言馈线自动化的主要作用是在正常情况下监视馈线负荷并优化运行方式，当故障发生后，及时准确地确定故障区段，迅速隔离故障区段并恢复健全区段供电 [1][2]。
馈线自动化中的关键设备是馈线远方终端FTU(Feeder Terminal Unit)。
FTU是整个馈线自动化系统的基础控制单元，起到联接开关及数据采集与主控制系统的桥梁作用，是对配电负荷开关或环网开关柜进行监控的自动化设备。
在FTU的研究设计方面，以往主要以单片机为主控芯片，随着DSP技术的日趋成熟，将先进的数字信号处理技术应用到配电网自动化系统的FTU设计中来，充分发挥其快速强大的运算和处理能力以及并行运行的能力，以满足配电自动化系统对监控的实时性要求，因此研究基于DSP技术的FTU对于提高我国配电自动化水平具有深远的意义[3][4]。
2 基于DSP的FTU硬件电路设计FTU作为馈线自动化系统中的核心设备，它的功能设计的好坏直接影响到整个配电自动化系统的性能。
FTU除了具备应有的数据采集、通信、三遥（遥测、遥控、）等主要功能外，还必须具备保护功能，保护应该具有单独的通信接口，完成相邻开关保护之间的点对点通信[5]。
基于 TMS320LF2407 DSP芯片设计的FTU的硬件原理结构如图1所示。
2.1 模拟量采集与转换功能配网自动化系统的馈线远方终端进行监控的工作流程是：先通过串行通信口从上位机下载监控程序到 DSP芯片，再由 DSP发出数据采样命令，这时模拟输入信号经过滤波、采样保持、多路转换及模数转换(A／D)以后，转换成数字信号传输给DSP芯片进行运算处理，以完成各种监控功能。
面向DSP的智能电网自动调度实时监控系统设计策略
设计应用ＤＯＩ：１０．１９３９９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｔｐｔ．２０２２．２４．０１４面向DSP的智能电网自动调度实时监控系统设计策略王之龙（国网江苏省电力有限公司南通供电公司，江苏南通226000）摘要：由于电力调度与监测系统无法及时检测到系统的故障，采用数字信号处理（Digital Signal Process，DSP）实现了智能电网的实时自动调度。
在DSP芯片和以太网的基础上，建立了基于光耦合的隔离电路开关量，并给出了功能扩充和子模组的设计，使得整个系统具有更好的适应性。
实践证明，该系统能够快速处理数据，有效监测自动控制系统的运行状态，帮助值班人员迅速发现故障，减少处理时间，减轻工作压力。
关键词：智能电网；调度监控系统；实时监控Design Strategy of Intelligent Power Grid Automatic Dispatching Real-time MonitoringSystem Based on DSPWANG Zhilong(Nantong Power Supply Company of State Grid Jiangsu Electric Power Co., Ltd., Nantong 226000, China)Abstract: Since the power dispatching and monitoring system cannot detect the system fault in time, this paper adopts Digital Signal Process (DSP) to realize the real-time automatic dispatching of smart grid. Based on the DSP chip and Ethernet, a switch based on the isolated circuit of optical coupling is established, and the design of function expansion and submodule is given, which makes the whole system have better adaptability. It is proved that this system can process data quickly, monitor the operation status of automatic control system effectively, help the duty staff to find faults quickly, reduce processing time and ease the work pressure.Keywords: smart grid; dispatching monitoring system; real-time monitoring0 引 言调度系统是智能电网的中枢，是保证电网安全、稳定、可靠、经济的关键，也是实现电网自动化水平最高的一环。
基于DSP的智能配电网环网柜FTU的设计
基于DSP的智能配电网环网柜FTU的设计周洪;罗星;邓其军【期刊名称】《电力自动化设备》【年(卷),期】2011(031)002【摘要】针对环网柜不易测量多路模拟量的特点,提出了一种基于数字信号处理器(DSP)的智能配电网环网柜馈线终端FTU(Feeder Terminal Unit)的设计方案.系统采用插槽式结构进行模块化设计,利用复杂可编程逻辑器(CPLD)进行信号调度,能够最多测量120路模拟信号,也可搭配开关信号共同使用,并且集成有供现场调试用的液晶显示屏.系统还研制了基于PC机的上位机调试软件,通过串口或网络进行通信,在PC机上可以方便地了解到线路的运行状态及历史数据等.%As the RMU(Ring Main Unit) of intelligent distribution grid is difficult to measure multiple analog signals,a DSP-based FTU(Feeder Terminal Unit) is designed forit,which adopts the slot-type structure in modularized design,applies CPLD to dispatch signals,measures up to 120 analog signals or digital signals,and integrates LCD for site commissioning. The commissioning software is developed for PC-based superordinatecomputer,communicating via serial port or network. The line operating condition and the historical data can be displayed on the PC.【总页数】5页(P124-128)【作者】周洪;罗星;邓其军【作者单位】武汉大学,自动化系,湖北,武汉,430072;武汉大学,自动化系,湖北,武汉,430072;武汉大学,自动化系,湖北,武汉,430072【正文语种】中文【中图分类】TM642【相关文献】1.基于DSP的馈线终端装置FTU的设计与实现 [J], 刘仕兵2.基于ARM+DSP的FTU设计 [J], 黄均安3.基于DSP的FTU的研究和设计 [J], 吴军基;刘翔;杨伟4.智能配电网馈线终端单元FTU的电路设计 [J], 单荣荣;张辉;刘通5.基于环网柜FTU的馈线自动化实施思路 [J], 张晋华因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
FTU的硬件结构设计和软件设计
摘要随着对配电网自动化的要求的提高，作为其重要设备的FTU的性能也应提高。
针对当今市面上的终端设备的不足，本文尝试给出一种功能强大、性价比高、可推广性强的FTU装置。
本设计采用当前流行的嵌入式技术和数字信号处理技术来完成核心处理器，采用以ARM9与TMS320LF2407A有机结合的双CPU构架，这种设计稳定、高效、节能，优于以往FTU的核心处理器的设计。
本设计采用当前非常先进以太网通信方式，较以往FTU的通信方式网络化更强，信息传输能力更为强大。
本设计除了在核心处理器和通信方式上有明显优势外，在其他部分亦有改进。
希望这种装置在相当长的时间内都保持优越性。
本文讲述了笔者对馈线自动化的理解，介绍了设计过程，给出了FTU的硬件结构设计和软件设计。
关键词：双CPU，嵌入式，AT91RM9200，TMS320LF2407A，以太网AbstrastAs requirements of the distribution network automation increasing, the major equipment , FTU performance, should also be improved. To the old terminal equipments’deficiencies, this paper tries to give a powerful, cost-effective, strong promotion of FTU device. This kind of FTU uses ARM9 and TMS320LF2407A organic combination of double CPU structure. It is high efficiency, energy saving, stability, better than the previous FTU core processor design. The current design using highly advanced Ethernet communication mode, compared to the previous FTU communication mode of network information transmission ability stronger, more powerful. This design in addition to the core processor and communication mode has obvious advantages,in the other part are improved.Hoping this FTU will be advanced for a long time in the future. This paper mainly introduces the FTU hardware structure and the main algorithm, and gives the hardware circuit.Key words:Double CPU,embedded,AT91RM9200,TMS320LF2407A,Ethernet目录1 绪论 (1)1.1 本课题的研究目的和意义 (1)1.2 本课题的主要研究内容（提纲） (2)1.3 文献综述（国内外研究情况及其发展） (3)1.4 拟解决的关键问题 (4)1.5 研究思路和方法 (5)1.6 本课题的进度安排 (5)2 系统设计及原理 (6)2.1 双CPU构架 (6)2.2 系统结构设计 (6)3 硬件设计 (8)3.1 处理器的设计 (8)3.2 模拟量输入电路的设计 (13)3.3 开关量输入/输出回路的设计 (16)3.4 频率测量电路的设计 (17)3.5 通信单元设计 (18)3.6 电源设计 (21)4 算法设计 (23)4.1 电网参数的计算 (23)4.2 故障判断算法 (24)4.3 FIR滤波算法 (27)5 软件设计 (30)5.1 主程序 (30)5.2 通信中断程序 (32)6 总结与展望 (34)6.1 总结 (34)6.2 展望 (35)参考文献 (36)致谢 (39)附录 (40)附录1 (40)附录2 (63)1 绪论1.1 本课题的研究目的和意义长期以来，我国配电网的建设未得到应有的重视，建设资金短缺，设备技术性能落后，事故频繁发生，严重影响了人民生活和经济建设的发展，随着电力的发展和电力市场的建立，配电网的薄弱环节显得越来越突出，形成了与电网建设不协调的局面。
基于DSP的馈线终端装置FTU的设计与实现
基于DSP的馈线终端装置FTU的设计与实现刘仕兵【摘要】配电自动化是提高供电可靠性和供电质量的有效手段,馈线自动化是配电自动化系统的重要内容之一,而馈线终端装置(FTU)又是馈线自动化的关键智能设备,是其基础控制单元.随着近年来检测及嵌入式技术的飞速发展.对FTU的系统可靠性和运算精度提出了更高要求.在借鉴当前国内各厂商的FTU设计方案的基础上,研制了以DSP为硬件核心的FTU,使用交流采样原理实现对电网电压、电流的测量,根据交流采样值计算得出电流、电压有效值、有功功率和功率因数等电参数,并具有多种录波功能.软件基于μC/OS-Ⅱ实时操作系统,提高了系统模块化和可扩展性.【期刊名称】《华东交通大学学报》【年(卷),期】2009(026)003【总页数】6页(P58-63)【关键词】FTU;DSP;μC/OS-Ⅱ【作者】刘仕兵【作者单位】华东交通大学,电气工程学院,江西,南昌,330013【正文语种】中文【中图分类】U224.3+1馈线自动化系统，简称FA系统，是配网自动化系统的一个子系统。
它除具有RTU 的四遥功能外，还具有故障信号(相间短路、单相接地)捕捉能力，结合一次开关(断路器、负荷开关、箱式变压器、环网开关柜等)组网配合，可以完成馈线的故障诊断、故障区段隔离和非故障区段的正常供电，另外，还具有故障录波等功能［1］。
馈线自动化系统尽管可以作为一个独立的系统存在，但它一般都是集成到SCADA 系统里，是运行在SCADA系统之上的一个高级应用软件。
馈线终端装置FTU(Feeder Terminal Unit)是馈线自动化系统的基本单元，起着链接开关和SCADA系统的桥梁作用，是用于实现对馈线电参数进行数据采集和控制配电开关的自动化设备。
要提高配电网的自动化水平，关键在于提高馈线终端单元FTU的性能。
随着数字信号处理技术DSP的日益发展和普及，将先进的DSP应用于FTU设计，可实现集遥测、遥信、遥控、保护和通信等功能于一体的新一代微机型馈线自动化远方终端FTU。
配电自动化远动终端FTU开关量采样通道跟软件设计
《配电网自动化技术》课程设计任务书目录一、设计由来 (1)1.1现场设备概念 (1)1.2配电网馈线远方终端单元FTU简介 (2)1.3开关量内容 (3)二、设计原理 (4)2.1 电路原理设计 (4)2.2 各环节电路 (5)三、详细设计 (7)3.1设计要求 (7)3.2 性能指标计算及元器件的选择 (7)3.3开关量的采集程序算法及程序流程设计 (15)四、设计总结 (17)五、附录：参考文献 (18)一、设计由来电力系统由发电系统，输电系统，配电系统构成。
它是由大量的发电机、变压器、电力线路和负荷等设备有机的构成，旨在生产、传输、分配、消费电能的各种电气设备按照一定方式连接的整体。
配电系统和输电系统，实际上是按其实现的功能来划分。
通常按输电系统的降压变电站中主变中压侧来划分，高压侧断路器及其连接的系统为输电系统，另一侧为配电系统。
配电系统(distribution system)：是电力系统中从输电系统的变压点(transformation points)向电力用户传送电能的部分，也是将电能分配到各个用户的最终环节，包括不同电压等级的变电站、配电变压器、配电线路以及把不同用户连接起来的其它电气设施，常称为配电网。
配电网自动化，是一个涵盖面广，用于管理与运行配电网的综合自动化系统，包含了配电网中的变电站、馈线网络、及用户管理、监控、优化运行等功能的系统。
配电自动化系统是应用现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术，将配电网实时信息、离线信息、用户信息、电网结构参数、地理信息进行安全集成，构成完整的自动化及管理系统，实现配电网正常运行及事故情况下的监测、保护、控制和配电管理。
它是配电自动化与配电管理集成为一体的系统。
目前的功能：变电站自动化、馈线自动化、需方用电管理、配电管理自动化。
1.1 现场设备：（1）RTU (Remote Terminal Unit)：远动终端，是采集所在发电厂或变电站表征电力系统运行状态的模拟量和状态量，监视并向调度中心传送这些模拟量和状态量，执行调度中心发往所在发电厂或变电站的控制和调节命令。
FTU的整体设计与实现
1F30主要用途及适用范围iES-F30馈线监控系统，是根据配电网自动化的最新发展需求，汲取计算机技术、数字信号处理技术、电网故障检测技术研究的新成果研制的新型馈线远方终端设备。
它的设计、制造和检验全面采用国际IEC标准和国家有关标准，适用于10KV馈线的监测和控制。
其主要功能包括：信息采集和处理、接受并执行遥控命令、时间纪录及上报、电源失压保护、通信、自诊断自恢复、当地调试、故障识别、隔离和恢复非故障段供电等。
结合一次开关，并与配电小区主站（或配电主站）组网配合，可以完成10KV馈线的故障诊断、故障区段隔离、网络重构和非故障区段的正常供电。
2F30组成iES-F30馈线监控系统采用综合单元通过CANBUS网络互连的分层、分布式网络结构，包括馈线终端单元、多功能电源模块、当地操作模块、通信管理模块、PC机维护软件等。
为使FTU馈线监控系统适用于柱上、环网柜、开闭所等不同环境，我们设计了4种FTU 馈线终端单元即F301、F302、F303和F304，他们是组成馈线监控系统的核心装置，各单元的硬件配置和监控对象有一定的差别，软件功能基本一致，以适用于不同要求的应用场所。
各单元的硬件配置见下表：根据配电系统馈线自动化终端的应用环境及监控对象的差别，为方便用户选配，我们针对不同应用场所推出了以下三种馈线监控系统：●iES-F30A开闭所馈线监控系统●iES-F30B环网柜馈线监控系统●iES-F30C柱上终端馈线监控系统各系统的组成如下表所示：如用户要求与推荐系统有一定差别，可使用馈线终端单元灵活组态，构成新的馈线监控系统，以满足实际要求。
3系统设计3.1 需求分析分析目前FTU的应用场合，主要有开闭所、环网柜、柱上馈线，其中柱上情况一般采集进线侧和出线侧的电压和电流，控制一路负荷开关的通断，采集开关的位置信号和气体压力，及储能闭锁信号等，其特点是工作在户外，风吹日晒，环境恶劣，且断电时要能够对开关进行分合操作。
配电网及其自动的化课程设计
《配电网自动化技术》课程设计任务书目录一、前言二、设计的意义及FTU简介 1三、设计原理 4四、详细设计7五、设计总结15六、参考文献15一、前言电力系统由发电系统、输电系统、配电系统构成。
它是由大量的发电机、变压器、电力线路和负荷等设备有机的构成，旨在生产、传输、分配、消费电能的各种电气设备按照一定方式连接的整体。
配电系统和输电系统，实际是按其实现的功能划分的。
通常按输电系统的降压变电站中主变中压侧来划分，高压侧断路器及其连接的系统为输电系统，另一侧为配电系统。
配电系统：是电力系统中从输电系统的变压点向电力用户传送电能的部分，也是将电能分配到各个用户的最终环节，包括不同电压等级的变电站、配电变压器、配电线路以及把不同用户连接起来的其他电气设施，常称为配电网。
配电网自动化，是一个涵盖面广、用于管理与运行配电网的综合自动化系统，包含了配电网中的变电站、馈线网络、及用户管理、监控、优化运行等功能的系统。
二、设计的意义及FTU简介1.电力系统是一个动态大系统，系统的负荷随时都在变化，系统的各类故障，无论是自然的还是人为的都随时可能发生，系统中设备和运行状态有大量、多变的参数，这就要求运行人员时刻掌握系统的运行状态。
根据实际情况调整运行方式，因此实时地获取系统运行的各种参数及运行状态，对运行人员及时准确地了解系统的运行状态，以及进一步的决策是至关重要的，而这一切的实现就依赖于电力系统测控装置对各种数据的采集与处理。
2.馈线终端装置简称FTU(Feeder Terminal Unit)，安装在10KV馈电线路上,对柱上开关进行监控，完成遥测、遥控、开关量测量，故障检测功能，并与配电自动化主站通信，提供配电系统运行情况和各种参数即监测控制所需信息，包括开关状态、电能参数、相间故障、接地故障以及故障时的参数,并执行配电主站下发的命令，对配电设备进行调节和控制，实现故障定位、故障隔离和非故障区域快速恢复供电功能。
基于DSP的现场智能配电监测平台的设计
基于DSP的现场智能配电监测平台的设计叶海冬;杨冠鲁【摘要】该文介绍了一种基于32位定点DSP芯片TMS320F2812为主控制芯片的智能配电监测系统.应用智能化技术对配电柜里的信息进行采集和处理并及时反馈,实时掌握配电柜里的运行状态,并配有人机交互界面,采用CAN总线作为上下位机的通信互联实现远程控制,完成了对智能配电检测系统的构建.实践表明,该系统稳定性好,抗干扰能力强,控制精度高,成本较低,能够实现预期的目标.%This paper introduces a intelligent distribution monitoring system based on 32 - bit fixed point DSP chip TMS320F2812, which is the main control chip of the system. Intelligent technology is applied to collection and processing and timely feedback the information of power distribution cabinets. The system can master the real - time operating status information of the power distribution cabinet, and e-quipped with human - computer interaction system. CAN bus is used to interconnect a machine between the upper and lower computer to realize the remote control. And then, completed the construction of intelligent power distribution monitoring system. The practice shows that the system has good stability, strong anti - jamming capability, high control accuracy, lower cost, and is able to realize the desired goals.【期刊名称】《工业仪表与自动化装置》【年(卷),期】2013(000)002【总页数】5页(P54-57,61)【关键词】智能电网;DSP;智能配电监测系统;智能配电柜;CAN总线【作者】叶海冬;杨冠鲁【作者单位】华侨大学信息科学与工程学院,厦门361021【正文语种】中文【中图分类】TM760 引言近年来，随着世界各国对智能电网理论技术研究和实践的推进，我国对智能电网的研究也在不断探索、完善的过程中。
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基于DSP 的智能配电网环网柜FTU 的设计周洪，罗星，邓其军（武汉大学自动化系，湖北武汉430072）摘要：针对环网柜不易测量多路模拟量的特点，提出了一种基于数字信号处理器（DSP ）的智能配电网环网柜馈线终端FTU （Feeder Terminal Unit ）的设计方案。
系统采用插槽式结构进行模块化设计，利用复杂可编程逻辑器（CPLD ）进行信号调度，能够最多测量120路模拟信号，也可搭配开关信号共同使用，并且集成有供现场调试用的液晶显示屏。
系统还研制了基于PC 机的上位机调试软件，通过串口或网络进行通信，在PC 机上可以方便地了解到线路的运行状态及历史数据等。
关键词：配电自动化；环网柜；馈线终端；DSP2812中图分类号：TM 642文献标识码：B 文章编号：1006－6047（2011）02－0124－05电力自动化设备Electric Power Automation EquipmentVol．31No．2Feb.2011第31卷第2期2011年2月近年来环网柜在智能配电网和配电自动化领域得到了广泛的使用［1-2］。
文中介绍了一种基于数字信号处理器（DSP ）的智能配电网环网柜馈线终端FTU （Feeder Terminal Unit ），一台设备最多能够采集120路模拟信号。
1环网柜FTU 硬件设计FTU 以TMS320F2812（简称DSP2812）作为主控制器，采用插槽式结构，采用复杂可编程逻辑器（CPLD ）实现CPU 对各种不同插件的选通及控制。
硬件部分主要由主体机箱、CPU 插件、模拟量测量插件、开关量输入／输出插件、电源插件、底板以及LCD 液晶显示器等部分组成。
系统总体框架和硬件原理结构分别如图1和图2所示。
1.1CPU 插件及信号调度CPU 插件是整个系统的核心部分，它采用DSP2812作为主处理芯片，在系统中负责实现获取模拟量和开关量的数据并进行相应计算和处理、谐波分析、故障判断及处理、与上位机调试软件进行串口和网络通信、支持显示器就地显示等功能［3-5］。
另外，系统插件较多，故采用CPLD 芯片XC9536处理CPU 插件与模拟量插件、开关量插件之间的数据传递关系。
其具体过程如下：当CPU 需要得到某个模拟量（开关量输入）插件上的数据或者要控制某个开关量输出插件时，先通知CPLD 选中此插件的锁存器，此时该插件的数据总线才能连接到CPU 的数据总线上，而其他插件的数据总线则不能得到CPU 发出的数据；操作完毕后，再用CPLD 控制锁存器将此插件的数据总线与CPU 的数据总线相隔离。
这样就使得CPU 在控制某个插件工作时不会影响其他插件，从而很好地完成整个系统的信号调度工作。
图3为系统信号调度的连接示意图。
1.2模拟量测量插件系统插件较多，采样得到的数据较多，算法较为图1环网柜FTU 的总体框架Fig.1Overall framework of FTU for RMU1124!"电源总线地址总线数据总线电源插件CPU 主控插件模拟量测量插件…开关量输入插件…开关量输出插件…底板RS -232／485TCP ／IP电源看门狗时钟外部RAM与PC 机通信现场调试键盘、LCDDSP2812与CPLD 双口RAMDSP2407开关量输入光耦隔离光耦隔离继电器信号调理ADS8365模拟量输入开关量输出………图2环网柜FTU 的硬件结构Fig.2Hardware architecture of FTU for RMU收稿日期：2010－06－02；修回日期：2010－10－11图3系统信号调度连接图Fig.3Wiring diagram of system signal dispatchCPU3.3VCPLDV DD A 0…A 4V SSDSP2812D 0~D 15I ／OV DD A 0…XC9536A 4GNDI ／O…数据锁存器数据插件（模拟／开关量）D 0~D 15I ／O复杂。
为了及时处理采样数据，完成谐波分析，并且能够迅速响应主站发出的命令，系统采用双CPU结构，把数据采集、计算和数据通信分开处理，以满足系统对实时性的要求［6-8］。
在模拟量测量插件中，采用的是TMS320LF2407（简称DSP2407）芯片和ADS8365芯片。
系统每个模拟量测量插件采集8路交流电压或电流信号，采样频率为3200Hz（即每个周期采集64点）。
ADS8365是一种16位高速并行接口的A／D转换芯片，待测模拟信号经过电压或电流互感器（TV、TA）后，再进行信号调理以满足A／D 采样的要求，然后进入ADS8365进行A／D转换。
ADS8365将得到的采样数据送入芯片SN74 LVC16245进行电平转换，再传给DSP2407，DSP及时进行计算，得到电压／电流的有效值、频率、有功功率、无功功率、功率因数等参数，并且对数据进行FFT变换，得到谐波参数。
双CPU间的数据共享采用16位的高速双口RAM芯片IDT7133实现。
双口RAM中主要存放2种数据：一种为模拟量经过测量计算后得到的数据，另一种为CPU主控插件下传的控制参数。
2种数据被固定存放在双口RAM不同的区域中。
其中，CPU 下传控制参数的同时会以中断方式通知模拟量测量插件，让其及时地去读取数据。
而模拟量测量插件总是根据系统的设定更新测量数据，以保证系统的实时性［9］。
1.3开关量插件开关量插件由开关量输入插件和开关量输出插件2部分组成，每块插件均有16路输入或输出通道。
在控制系统中，FTU通过开关量的输入、输出来与外部开关进行联系。
因此，开关量的输入、输出必须确保可靠。
系统在开关量输入和开关量输出部分均加入了光电耦合隔离器，以提高系统的抗干扰能力。
在开关量输出部分，输出信号首先被寄存到开关量输出控制缓存器中，经光电隔离后，再用达林顿管ULN2003对信号进行放大，最后输出到继电器中。
1.4通信及液晶显示模块环网柜FTU的一个非常重要的功能就是将采集到的各种信息传送至控制中心，并且能根据控制中心下发的命令进行相应操作，这些任务是通过通信模块完成的。
为配合不同现场环境的需要，系统设计了串口和网络2种通信方式。
系统基于DSP2812的SCI模块实现了CPU与外设进行RS-232或RS-485方式的串行数字通信，并且提供有1个RS-232接口，1个RS-232和RS-485共用接口。
网络通信则采用基于以太网的标准TCP／IP协议，通过无线WiMAX技术或有线局域网、城域网构成强大的配电自动化系统［10-11］。
同时，为方便现场调试，设计了基于RS-232接口的串口液晶显示屏，能够在调试现场方便地看到环网柜线路当前的运行状态、开关合闭闸情况、模拟量测量值、计算值、谐波参数及波形图等。
1.5插件与结构设计本系统主机箱内底板共有17个插槽位，其中左起第1个为电源插件槽位，第2个为CPU插件槽位，其余15个槽位可根据需要插入模拟量测量插件、开关量输入插件或开关量输出插件。
在作为环网柜FTU使用时，可较多地使用模拟量测量插件，也可搭配开关量插件灵活使用。
2环网柜FTU软件设计2.1下位机软件总体设计系统下位机软件编程主要包括CPU插件主程序、模拟量测量插件A／D数据采样程序、通信程序等设计。
环网柜FTU的主要任务是：对电网的电压、电流、频率、功率、谐波、开关信号等进行实时采样、分析、检测、记录，隔离故障线路，上报故障数据，及时执行控制中心下发的数据召唤和开关量输出等工作命令［12］。
CPU插件软件总体流程：系统初始化后，先进行硬件自检，然后打开中断，进行故障检测，再根据所选择的不同插件进行相应的数据读取或开关控制的操作，并且对事件和数据进行记录，处理显示程序，再将数据等上传到控制中心。
图4为CPU插件的总体流程图。
模拟量测量插件最主要的功能是对交流电压或电流信号进行采样和计算，它的主程序流程如下：DSP2407先初始化，再通过定时器中断控制A／D芯片进行采样，之后进行基本参数计算和谐波分析计算，并将结果写入双口RAM供CPU插件读取使用，如CPU插件有控制命令以中断方式发出，DSP2407也要做出相应处理。
图5为模拟量测量插件的软件流程图。
开始DSP初始化硬件自检开中断发生故障？Y电流计算故障判断故障处理N插件选择读双口RAM、读I／O有开关量处理？Y继电器输出N事件及数据记录有显示处理？Y液晶显示N通信程序图4CPU插件总体流程Fig.4Flowchart of CPU plug-in card周洪，等：基于DSP的智能配电网环网柜FTU的设计第2期系统的网络通信采用TCP ／IP 协议，具体流程如下：第1步判断是否有新的数据包，当有新的数据包时，判断是否是arp 数据包，若是arp 数据包，采用arp 应答。
若不是arp 数据包，判断是否是ip 数据包，若是ip 数据包，判断是ping 请求还是udp 请求，并做出相应的应答，其流程图如图6所示。
2.2模拟量插件基本参数计算频率计算：利用DSP 2407芯片自带的电压捕获功能对频率进行测量，将跟踪频率的方波信号作为捕获引脚的输入信号，令连续2次捕获信号时定时器上的读数之差为N ，DSP 定时器的频率为f s ，则交流信号的频率f =f s ／N 。
同时系统采用了测量多个周期取平均值的方法，以减小测量的误差。
基本参数的计算：系统采用高精度的16位A ／D 芯片进行交流采样，能够准确测量计算出线路电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等参数。
系统对被测信号在1个周期内进行64次采样，设还原后的离散值为U （n ）、I （n ）（其中n =1，2，…，64），则计算公式如下（U 、I 为电压、电流有效值）：U =164鄱n =164U 2（n ）姨，I =164鄱n =164I 2（n ）姨P =164鄱n =164U （n ）I （n ），S =UIQ =S 2-P 2姨，λ=cos φ=P ／S2.3谐波分析随着非线性设备的大量应用，电力系统中的谐波问题日益严重，而谐波会导致绝缘应力升高，最终可能使电缆击穿，谐波还会增加设备的损耗，可能使负载设备损坏，所以对配电网中的谐波检测分析是必要的［13-14］。
另外，谐波分析也是实现配电自动化中接地故障分析及检测功能不可缺少的手段［15］。
系统在谐波分析理论的基础上，运用FFT 算法进行谐波分析。
在电力系统中对频率为f m 的非正弦波电量进行傅里叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量外，还会得到一系列高次谐波分量。
下面以电压u （t ）为例，在满足狄里赫利条件下可分解为u （t ）=鄱n ＝0kA n sin （2πf m t +θ0）其中，n =0，1，2，…，k ；n =f n ／f 1为谐波频率与基波频率的比值，称为谐波次数；A n 为n 次谐波的幅值。