变电所智能监控单元设计技术

智能控制单元应具有以下功能：① 现场运行参量的监测；② 故障保护；③ 故障诊断；④ 就地/远方调控；⑤ 被控开关运行状态监视及现场运行工况记录；⑥ 通信；⑦ 一次开关电器元件的在线监测。智能监控单元硬件是智能开关设备完成各种功能的物理设备，其主要元件的选择、电路的设计直接影响到产品的功能、可靠性、通用性等综合指标。多处理器技术是监控单元设计中的一种发展趋势。传感器的数字化和智能化，主令电器及输出控制继电器无触点化和网络功能的开发和应用，可以把现场参量的变换和数字计算功能、开关量输出驱动功能，从监控单元中彻底分离出来。采用多处理器技术，则更进一步使监控单元的其它各种功能分散，形成更加独立和完善的功能模块。各处理器间，处理器与输入、输出通道间采用双端口RAM连接，甚至采用数字通信网络互连，可组成一个功能高度分散，管理高度集中的新型监控单元。专用集成控制芯片的开发与推广应用，是智能监控单元硬件结构发展的最具有应用价值的途径。把监控单元中的中央处理模块(包括各种I／0接口电路)、通信模块、输出驱动电路等全部集成于一块芯片中，不仅线路简单，体积小，价格低，而且有很强的抗干扰能力。随着智能开关在供电系统应用领域的发展，监控单元的硬件基本已标准化、通用化，为智能化网络系统嵌入式设计奠定了基础。为此，软件设计方法也必须适应这种变化，以满足系统灵活多变的配置要求。（1）模块化设计。根据监控单元完成的功能，把软件划分成不同的模块，每一模块对应一种功能，或者说每一个程序模块完成一种指定的工作任务；另一方面，可以用不同的软件设计平台，如实时任务操作系统RTOS(Real-time Tasking Operation System)、组态式软件设计方法等，在不改变监控单元软件基本结构的条件下，方便地配置智能化系统中各底层设备的控制功能。（2）面向用户的设计方法。嵌入式系统软件设计的一个重要特征是在用户与底层现场设备内部的硬件和数据资源之间有一个软件管理系统，用户对这些设备硬件资源的操作和对内部数据的访问，都经过这个软件管理系统来完成，这样，用户不必了解其硬件配置的细节，就可以按智能化系统配置要求，对各底层现场设备进行二次开发。作为供电系统主要设备的开关电器，其智能监控单元不仅要完成电器元件的分、合操作，而且必须完成对现场运行参量的测量，并根据测量结果判断系统是否出现故障。为保证测量和保护精度，在测量通道中，主要采取以下一些措施来控制各个环节的精度。① 采用高精度和线性度的传感器；② 选用采样与处理合一的智能传感器；③ 选用高性能中央处理器（如DSP等）；④ 合理选择数据处理的算法。作为供电系统环境中运行的电子产品，智能监控单元工作在高电压、大电流的现场环境中，受到不同能量、不同频率的电磁干扰，因此对它的电磁兼容性EMC(Electro Magnetic Compatibility)设计是保证其可靠工作的关键问题之一。EMC包括电磁敏感性EMS(Electro Magnetic Sensitivity)和电磁干扰EMI(Electro Magnetic Interference)两方面的内容，在智能监控单元的设计中，最关心的是如何降低电磁敏感性，提高其抗外部环境电磁干扰的能力。通常采用以下措施来降低智能监控单元的电磁敏感性。（1）科学地布置印刷电路板线路。这样，可减少因布线不合理，由电路分布参数耦合产生的干扰。（2）合理选择和配置线路滤波器。这是抑制电磁干扰最有效的措施之一，滤波器元件的选择和布置不合理会影响干扰抑制效果，甚至带来不可预见的附加干扰，现已开发出专用的线路滤波器模块，可以根据现场情况选用。（3）采取合理的接地措施。通过接地线把经电路引入的干扰信号旁路入地。（4）设计可靠的电磁屏蔽。此举可避免空间电磁场对监控单元的干扰，在监控单元本身的物理结构设计中，应将电源模块、继电器输出模块等可能产生电磁干扰的部分与中央控制模块分别安装，并加装电磁屏蔽。（5）采用各种软件可靠性设计技术。在软件中设计可靠的自检程序模块、采用软件冗余技术、重要数据设置要备份、配置看门狗(watchdog)等，提高智能监控单元软件的抗干扰能力。