摘要：在电力系统的发展运行中，变电站直流电源系统在保证电力安全稳定运行方面发挥着重要作用，为实现电能质量的全面检测，提高检测的准确性和智能型，研制了便携式电能质量检测仪，为实现变电站的可靠安全运行提供了帮助。
关键词：变电站直流电源系统；便携式电能质量检测仪；研制
引言
直流电源系统是变电站继电保护装置、自控装置及照明装置的工作电源。近年来，直流系统绝缘监测受到高度重视，《变电站直流系统绝缘监测装置技术规范》中规定应对变电站直流电源系统的电能质量进行检测。理论分析及工程总结表明，变电站直流电源系统的电能质量应包含直流电压幅值波动、正负极直流电压幅值偏差、高次谐波分量、工频交流窜入等指标。传统的直流系统状态监测装置不具备变电站直流电源系统电能质量的综合评估功能，相关领域的电能质量检测装置也不支持变电站直流电源系统的电能质量各项指标同步综合量测评估。
1变电站直流电源系统的结构
直流电源系统一般包括蓄电池组、硅整流器、绝缘监测装置、闪光装置、电压监察装置、直流母线、直流负荷等设备。直流电源系统是继电保护、自动装置和断路器正确动作的基本保证，其稳定运行对防止系统破坏性事故、设备损坏至关重要。变电站直流电源系统在设计过程中是基于现代蓄电池、充电机等成熟核心技术的基础上，实现直流电源系统、通信电源系统、二次直流电源系统及UPS电源等的一体化设计及组屏生产全新模组形式。变电站直流电源系统取消了通信蓄电池，利用逆变器设置直流母线，通过同个厂家生产，使用一体化智能监控器集中组屏。此系统的主要特点就是能够实现电源系统的智能化管理；降低日常维护工作量，提高可靠性；降低一次性投资资金和长期维护的费用，使投资经济性得到提高。
电能质量的治理应遵循，多层治理、分级协调的原则。在地区的配电和变电系统中，选择主要电能质量污染源和对电能质量敏感的负荷中心设立电能质量控制枢纽点，在这些点进行在线电能质量监测，采取相应的电能质量改善措施显得格外重要。在并联电容器装置接入母线处的谐波暂未得到根本整治之前，如果不采取必要的措施，将会产生一定的谐波放大。对于现有供电网络或待建电网中的电力污染情况，要进行仔细分析，通常解决的方法有两个：一是局部重组电网结构，分离或隔离产生电力污染的设备；二是使用电源净化滤波设备进行治理，通常电压谐波是由电流谐波产生的，有效地抑制电流谐波就会使电压畸变达到要求的范围。
2直流系统电能质量检测仪硬件设计
2.1检测仪拓扑结构
研制的直流系统电能质量检测仪通过接线端子接入直流电源正负极(母排)，由信号采集终端依次采集正、负极母线的相关电压参数，将采集的数据进行打包整合，利用通信模块将数据通过Wi－Fi网络传输到智能诊断后台，终端后台进行数据分析，根据相关指标对电能质量进行评估，并展示结果。可见直流系统电能质量检测仪要实现直流电压幅值波动、正负极直流电压幅值偏差、高次谐波分量及工频交流窜入等评估功能，需在工作状态下准确采集直流电压信号与交流电压采样。检测仪工作时不能对直流电源系统状态造成干扰，影响系统的可靠性和电能质量。
2.2统检测单元设计
本文针对直流电源设备的实时监测分别进行了温度、电压和电流的参数检测，其中温度检测单元采用了DHT11数字温湿度传感器，电压检测单元采用霍尔电压传感器，电流检测单元采用HST6416开合式霍尔电流传感器。（1）温度检测单元设计。本文温度检测单元采用的DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。其精度湿度+-5%RH，温度+-2℃，量程湿度20%～90%RH，温度0～50℃。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆（2）电压电流检测电路设计。本文设计的变电站直流电源设备中电压和电流的检测均由非接触式传感器完成实现，其中电压检测采用霍尔电压传感器，而电流检测采用HST6416开合式霍尔电流传感器。
2.3主控制器及接口电路设计
控制器需要实现蓄电池组电压和放电回路电流等模拟信号的精确采集，并通过信号输出端口实现继电器等外围器件的精准控制。系统选用意法半导体公司的STM32F103ZET6单片机为核心设计主控制器电路。STM32F103ZET6单片机是基于ARMCortex内核开发的，集成了32位数字信号处理核，芯片外围支持21路16位ADC采样通道，采样频率最高可达6MHz，同时片上集成了512KB的Flash以及高达64KB的SRAM，具有112路的可编程I/O，鉴于单片机I/O一般输出电流很小，无法驱动大电流继电器，本文设计并应用了基于三极管的单片机继电器控制电路。
2.4蓄电池接口模块设计
实际工程变电站直流电源铅酸蓄电池组一般采用多节12V的模组串联组成。蓄电池接口模块为每一节蓄电池提供了安装接口和电压检测模块，采用可控继电器对电池组进行连接，实时获取蓄电池单节及组端电压值，并根据当前电压值自动控制蓄电池组的接入退出，保证系统安全。根据蓄电池使用手册可知12V蓄电池模组的终止电压一般为10.8V，而主控制器ADC电压输入需小于3V，可见，为保证电压值测量精度及抗干扰，宜将蓄电池端电压等比缩小5~10倍，即R2与R3比值需控制在1:10-1:5之间；采用AD623制作的电压检测电路，实现对电阻R3两端的浮地电压信号进行采样。
2.5主控制器选型根据系统拓扑，待采样的电压信号共有4路，其中待采样的交流电压频率范围在50～500Hz之间，因此为了采集交、直流信号，主控制器的ADC采样速率至少在2kHz以上，同时至少具备4个ADC转换通道，主控器还应通过控制继电器S1、S2、S3、S4的关断进行数据采集及数据存储，并通过通信模块与智能诊断后台进行数据传输。综合技术经济性，本装置选择基于AＲMCortex－M4内核的STM32F407单片机作为主控制器。该型MCU的ADC采样频率最高达6MHz，内置有3个独立的12位模数转换器，每个ADC可共享16个外在转换通道，满足信号采样速率和通道数量的指标需求。
2.6通信模块设计
交互通信模块基于单芯片无线微控制器CC3200进行设计，该芯片支持802．11b/g/n无线协议。同时支持Station、AP、WiFidirect工作模式。模块通过UAＲT串口通信与主控制器进行数据交换，并使用其数据透传功能，利用WiFi网络将主控制器采集的信号数据发送给智能诊断模块。
结语
本文设计了一套便携式变电站直流电源系统电能质量检测仪，通过便携式模块检测记录变电站直流系统正负极母线电压，将数据发送给智能诊断模块，后台根据制定的评估指标分析实现直流电源系统电压质量评估。检测仪的系统参数设置合理，功能可行。
参考文献
[1]李华伟.浅谈变电站直流电源系统设计[J].工程技术：全文版，2016（11）：00222.
[2]李顺昕，霍菲阳，刘丽，等.超级电容在智能变电站直流供电系统中的应用[J].电子设计工程，2017，25（14）：73-77.
[3]李莉美，赵丽君，菅晓清，等.变电站直流电源系统存在问题分析及改进措施[J].内蒙古电力技术，2016，34（2）：97-100.
[4]孙金华,刘国玉,徐霞,等.通信蓄电池远程在线充放电系统的应用研究[J].山东电力技术,2018(7):45-48.
论文作者:聂铭
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第7期
论文发表时间:2019/8/27
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