DSP與無線通信的電力系統故障錄波器設計

摘要：針對目前電力系統故障錄波器中缺少無線通信的缺陷，設計出一種結合DSP與無線通信模塊的電力系統故障錄波器。分析了系統運行原理以及無線通信模塊在電力系統故障錄波器中的應用方法，介紹了電力系統故障錄波器的硬件設計和軟件流程，并驗證了無線通信模塊應用在電力系統故障錄波器的可行性。
關鍵詞：電力系統；故障錄波器；TMS320F2812；SZ05；無線通信模塊

引言
電力系統錄波器是一種長期應用在電力系統中，用來監視電力系統運行狀況的一種自動記錄裝置。它可以記錄系統正常和非正常狀況下系統電壓、系統電流的變化，以及電力系統故障情況下系統頻率、有功功率、無功功率的全過程變化。其所記錄的各種參數對于分析電力系統正常運行下電能的應用情況起著重要的作用，而且故障階段記錄的數據對于分析電力系統事故發生原因，幫助尋找故障發生點，迅速處理相關故障事故，特別是分析繼電保護運作行為起著關鍵的作用。目前電力系統錄波器已成為電力系統自動化及系統管理的重要組成部分。
參考文獻設計的是一種基于DSP的電力系統故障錄波器，采用以太網方式來控制。參考文獻設計的電力系統故障錄波器采用計算機與局域網相結合的方法，其缺點是只能以局域網方式來連接，使得產品應用有一定的局限性。以上兩種設計方案均須架設局域網絡，才能實現其傳輸功能。本文采用基于DSP與無線通信模塊的設計方案，可以實現1000～2000 m之間的傳輸，而且每個無線通信模塊都可以作為一個小中繼器，可以實現間接傳輸，進而使傳輸距離更遠。

1 系統運行原理
簡單來說，電力系統故障錄波器是一個測量裝置，其運行原理如圖1所示。首先，電網的各項電壓、電流通過濾波器濾去高頻干擾和低頻漂移信號。之后，由檢測部分的電壓、電流傳感器對電網三相電壓、電流等基本參數進行實時檢測，所測的6路模擬量傳遞給16位A／D轉換芯片AD7656。DSP芯片TMS320F2812控制AD7656將6路模擬量轉換成數字量，利用FFT算法對電壓、電流的數字量進行分析，提取出基波和各次諧波分量，并算出有功功率、無功功率和THD值等相關參數。最后，通過串口傳送給無線通信模塊，進行無線通信傳輸。

電力系統故障錄波器借助無線通信模塊，將分析處理后的數據通過無線網絡傳輸至遠端主機，以便主機對整個區域的電力系統運行情況進行分析。遠端主機也可以發送控制命令到各個子站的傳輸模塊，由傳輸模塊再傳送到主處理器，用于控制電力系統錄波器的運行，包括要采集的某相電壓或電流的數據、顯示的刷新頻率、其他參數設置和工作模式等。整個系統的控制由一個中央主機進行控制，這里以10個站點為例進行說明。如圖2所示，主機通過無線通信模塊發送指令給各個站點，各個站點通過無線通信模塊接收主機的指令，然后根據指令的要求完成相應的工作任務。DSP通過無線通信模塊將所測數據傳輸給主機，以供主機進行數據分析。