变电站自动化解决方案

FAE: Betty Guo

电力行业中,配网自动化终端是智能电网中重要的组成部分。配网自动化主要包括FTU, DTU, TTU 和RTU。本文首先会分别介绍各个配电终端的在配网自动化中的功能,其次,以DTU/FTU为例,分析设计指标及参数要求,最后提供TI 针对变电站自动化的解决方案。

FTU (Feeder Terminal Unit) 馈线远方终端,是装设在户外柱上开关的开关监控装置,比如10kV线路上的断路器。主要作用是采集开关所在线路的电气参数,并向配电自动化主站通信,将状态信息提供给主站系统,并执行对馈线及其终端设备的调节和控制。通常来讲,一台FTU要求监控一台柱上开关,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,也因此FTU的需求量是最大的。

DTU (Distribution Terminal Unit) 配电终端单元,通常安装在开闭所或变电所的多回路数据采集,通讯管理功能。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。DTU主要是把远端的设备的数据通过无线的方式传送给后台中心,并上传给主站。

TTU (Transformer Terminal Unit) 配电变压器远方终端,是装设在配电变压器、箱变等变压器设备旁,用于对配电变压器的信息采集和控制,实时监测配电变压器的运行状态。保护变压器的安全运行,调整无功补偿,并能将采集的信息传送到主站或其他的智能装置,提供配电系统运行控制及管理所需的数据。TTU 构成与FTU 类似,TTU为监测变压器低压侧端,FTU为馈线端。

RTU (Remote Terminal Unit) 远程终端单元,用于对现场信号,电力设备的监测和控制。与主站系统通信,提供配电系统运行及管理所需的数据,执行主站系统对远方设备发出的控制调节指令。图1展示了配网自动结构图:

图1 配网自动化结构图

下面以DTU/FTU为例,分析数据采集需求和参数指标。DTU 会采集开关柜通过PT (phase voltage transformer) 和CT (current transformer) 变送过来的电压和电流模拟量和频率,通过FFT计算出各个电压电流值,以及功率因数等。通常DTU/FTU设备会采集12路交流量和10路开关量。针对国网颁布的标准,DTU需要满足“三遥”要求,即遥测,遥信和遥控。遥测包括策略两路三相电压,电流,电池电压,电容电压,两路零序电流等;遥信是指装置需具有96路遥信输入;遥控需支持16路遥控输入。

在通信接口方面,装置需具备2个RS232接口,2个RS485接口和2个PHY 接口。一般装置厂家会预留更多的接口来满足通信多样化以及和其他配电自动化系统兼容。

对于DTU/FTU这个应用, TI 提供了完整的参考方案,下图展示了DTU/FTU的简易示意框图。详细的技术资料可以参考ti.com.

图2 DTU/FTU 示意框图

下面分别会从数据采集,通信接口和主平台四个方面介绍TI 主推的技术方案。

a.       数据采集

高精度ADC:ADS8686s 是一款16通道 16bit SAR型ADC, 集成了AFE及低通滤波器。 16通道数据采集可以满足DTU/FTU的应用。下图3展示了ADS8686s内部的功能模块,详细技术资料请参考ti.com

图3 ADS8686s 内部示意图

运算放大器:TLV9152/LM2904B 是采用TI 最新LBC9 工艺的通用放大器,性价比高.。以LM2904B 为例,工作温度支持到-40C ~+125C, ESD等级达到2kV, 远远优于市面上其他2904系列放大器产品。

b.      通信接口

DTU/FTU 通信接口主要包括隔离型RS-485, CAN 和PHY。对于隔离RS-485, 推荐更通用的数字隔离IC ISO7721+ 通用RS485 THVD1500的方式。ISO7721是两通道增强型隔离芯片,采用容隔技术,隔离等级达到5kV,兼容市面上多种通用封装。RS-485 TI 主推THVD1500 半双工高性价比RS485芯片,具有 8kV ESD等级。同时,ISO1500 是一款单芯片隔离RS485,在对空间有要求的应用中推荐使用。对应的CAN接口,可以使用ISO1050系列隔离CAN 满足设计需求。PHY 接口在DTU/FTU中传输一般以100Mbps为主,推荐使用TI DP83825I 高性价比低功耗PHY芯片,传输距离达到150m。

c.       主平台

AM335x采用高性能Cortex-A8内核,丰富的外设资源,可支持Linux, TI-RTOS, Android等, 主频可支持300M~1GHz,深度睡眠模式,功耗低至3mW。

参考文献

ADS8686s应用笔记:https://www.ti.com/lit/an/sbaa413/sbaa413.pdf?&ts=1589339603799

智能变电站转变:http://www.ti.com/lit/wp/slyy156/slyy156.pdf?&ts=1589439040600

TI 配网自动化参考设计: http://www.ti.com/solution/substation-automation?variantid=26241&subsystemid=26263

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