目前，我國基本上進入大電網(wǎng)、大電廠、大機組、高電壓輸電、高度自動控制的新時代，用電負荷增長速度快，超高電壓輸電網(wǎng)絡(luò)不斷擴建，電壓等級越來越高。各地的變電站建設(shè)與管理顯得尤為重要，在此背景下，變電站的集中控制技術(shù)得到大力推廣。它要求變電站能夠向集中控制系統(tǒng)傳送足夠的信息，要求變電站的保護定值和控制裝置的整定能夠在集中控制系統(tǒng)中進行設(shè)定，要求各類保護能夠進行協(xié)調(diào)和匹配。為此，設(shè)計了一個變電站變送器，它在功能上支持靈活的處理數(shù)據(jù)，能夠可靠地與設(shè)備進行通信，并將數(shù)據(jù)可靠地傳給集中控制系統(tǒng)。

變電站變送器主要是用于電網(wǎng)中箱式變電站以及更高電壓等級的變電站中，以滿足對變電站監(jiān)測、控制和通訊的需要。該裝置主要監(jiān)測變壓器高低壓側(cè)電流與電壓、頻率及開關(guān)量狀態(tài)，計算有功功率、無功功率、有功電量、無功電量，分析電能質(zhì)量，統(tǒng)計電能數(shù)據(jù)等，結(jié)合變電站的綜合保護裝置，可以實現(xiàn)過電流保護、過負荷保護、零序電壓保護等。并將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)和計算結(jié)果通過CAN（控制器局域網(wǎng)）總線傳送到上位機中，實現(xiàn)對變電站的遠程控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)采用CAN總線將各個變電站的變送器組成通信網(wǎng)絡(luò)，用以實現(xiàn)對變電站的集中控制。微控制器采用帶有CAN控制器的單片機P89C591。P89C591是由NXP開發(fā)生產(chǎn)的，適用于自動和通用工業(yè)應(yīng)用的8位高性能微控制器。它自帶有6路模擬輸入的10位ADC，2個8位分辨率的脈寬調(diào)制輸出，帶有CAN控制器，在應(yīng)用時可以省去CAN控制器 PCA82C200或SJA1000，減少了電路連接。其硬件連接框圖如圖2所示。本設(shè)計中采用X5045作為系統(tǒng)上電復(fù)位、電源監(jiān)控和看門狗電路，可以大幅度提高整個電路的抗干擾能力;采用集成數(shù)字溫濕度傳感器LTM8901采集變電站內(nèi)部的溫度和濕度;鍵盤管理芯片采用ZLG7289B，液晶顯示采用LM3033B-0BR3芯片;光電隔離采用GH140Z。

模擬量輸入電路

P89C591的模擬輸入電路包括一個6輸入模擬多路復(fù)用器和一個10位標(biāo)準(zhǔn)二進制逐次逼近式ADC。A/D還可通過置位ADC8（AUXR1.7）配置成快速轉(zhuǎn)換的8位模式。8位結(jié)果保存在ADCH寄存器中。模擬參考電壓和模擬電源通過單獨的輸入引腳連接。對于10位精度，轉(zhuǎn)換需要50個機器周期，當(dāng)晶振為12MHz時為25μs。對于8位精度，轉(zhuǎn)換需要24個機器周期。輸入電壓范圍為0“+5V。系統(tǒng)的測量量是變電站二次側(cè)的電壓量和電流量，取自于電壓互感器和電流互感器的輸出端，其數(shù)值一般不能直接滿足A/D轉(zhuǎn)換的要求，需要經(jīng)過電量變換電路轉(zhuǎn)換成滿足A/D轉(zhuǎn)換要求的數(shù)值。滿足要求的模擬量經(jīng)過低通濾波器以后可以直接連接到P89C591的P1.2”P1.7上，進行A/D轉(zhuǎn)換。

CAN總線接口電路

CAN總線接口電路主要由P89C591的內(nèi)部CAN控制器和CAN總線驅(qū)動器82C250組成。為了增強CAN總線節(jié)點的抗干擾能力，P89C591芯片的CTX0和CRX0并不直接與82C250的TXD和RXD相連，而設(shè)計為通過高速光耦6N137后與82C250相連，這樣就很好地實現(xiàn)了總線上各CAN節(jié)點間的電器隔離。光耦部分電路所采用的2個電源完全隔離，這樣可以提高節(jié)點的穩(wěn)定性和安全性，其電路連接如圖3所示。

開關(guān)量輸入/輸出

開關(guān)量輸入/輸出系統(tǒng)在變電站中擔(dān)負著各種保護裝置的出口跳閘、信號報警、外部接點輸入能功能。它主要由光電隔離器件和中間繼電器組成，在此不再贅述。

系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，各個功能子塊獨立，方便調(diào)試。系統(tǒng)主流程圖如圖4所示。從圖中可以看出，整個軟件在結(jié)構(gòu)上分為主程序、鍵盤程序、數(shù)據(jù)采集程序、顯示程序、CAN總線通信程序以及輸出控制程序。主程序?qū)崿F(xiàn)各個模塊的初始化，然后進入中斷等待。鍵盤程序主要任務(wù)是判斷被按下鍵的鍵值，然后根據(jù)鍵值去執(zhí)行相應(yīng)的程序。數(shù)據(jù)采集程序主要是定時讀取A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果，并將結(jié)果保存到單片機中，然后調(diào)用顯示程序?qū)⒔Y(jié)果顯示，調(diào)用CAN總線通信程序?qū)⒔Y(jié)果通過CAN總線上傳給主控制機。

結(jié)語

該系統(tǒng)以P89C591為核心控制器，以CAN總線作為通信網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)仿真測試表明，各模擬量的測量誤差不超過額定值的±1%，功率測量誤差不超過額定值的±2%，開關(guān)量輸入電壓（DC24V），分辨率不大于5ms，基本可以實現(xiàn)對變電站運行參數(shù)的自動監(jiān)測，并且結(jié)合變電站的綜合保護裝置，可以實現(xiàn)對變電站運行的自動控制。利用CAN總線將檢測結(jié)果傳送到集中控制系統(tǒng)中去，在集中控制室可以監(jiān)控各個變電站的運行情況，并可以修改變電站的運行參數(shù)，從而實現(xiàn)對變電站的遠程控制。