智能配电网故障定位系统设计与研究
彭道刚1 宋 磊1 赵斌斌1 黄义超3 朱 灏1 胡 迅1
【摘 要】针对现有的配电网故障定位系统存在准确性和可靠性不高等问题，提出了基于馈线终端单元(FTU)技术和遗传算法的配电网故障定位系统。系统由FTU和主站SCADA构成，其中FTU由主控模块、输入输出模块及通信模块等构成。FTU的硬件采用双CPU体系结构，主控模块以数字信号处理器DSP为核心，通过相电流突变量法进行故障判断；通信模块以32位ARM嵌入式处理器为核心，负责与主站进行实时通信以及外围事物管理。FTU的软件则基于μC/OS-II嵌入式操作系统，设计了多任务、多缓冲区的结构。主站的故障区段定位软件以遗传算法为核心，根据FTU传递来的故障电流信息迅速找到故障区段。仿真试验表明，该算法容错性和实用性强。 【期刊名称】自动化仪表 【年(卷),期】2016(037)008 【总页数】5
【关键词】配电网 智能电网 馈线终端单元(FTU) 相电流突变量法 遗传算法 故障定位 μC/OS-II
0 引言
随着社会的快速发展以及经济水平的提高，社会和个人都对供电可靠性提出越来越高的要求。因此，配电自动化作为提高电力系统供电可靠性的重要手段之一，也受到了越来越多的关注。馈线自动化是配电自动化的主要功能之一，由馈线终端实时监控电网的运行状况。当配电网发生故障后，馈线终端将故障信息上报给主站；主站根据上报的故障信息，通过相关算法快速找到故障区段并
隔离，同时迅速恢复非故障失电区域的供电。因此，研究配电网的故障定位与隔离技术，对提高配电网的供电可靠性具有十分重要的意义。
1 FTU的设计
1.1 FTU硬件部分
配电自动化馈线终端单元(feeder terminal unit,FTU)的硬件采用双CPU体系结构。主控模块以数字信号处理器DSP为核心，负责交流采样与保护计算；通信模块以32位ARM嵌入式处理器为核心，实现网络通信以及外围事物管理。FTU系统硬件总体架构设计如图1所示。
FTU由交流输入模块、主控模块、通信模块、开关量输入输出模块、无线模块、人机交互模块以及电源管理模块构成。交流输入模块通过电压互感器(potential transformer,PT)和电流互感器(current transformer,CT)获取电网上的电压电流模拟信号，并经一阶RC滤波器处理后传送给主控模块；主控模块使用高速16位高精度A/D芯片，将电网模拟信号转化为数字量，并进行处理；通信模块主要负责终端设备和监控主站之间的数据交换；开关量输入输出模块扫描开关位置信号、弹簧储能信号、接地开关信号和工作电源失电信号等信息，并且执行监控主站发来的遥控命令， 如分闸、合闸信号；无线模块则包括蓝牙模块和GPRS，主要实现蓝牙设备就地操作、无线通信以及GPRS对时功能；在人机交互模块中，操作人员可以通过人机交互界面配置故障检测功能的相关参数；电源管理模块主要负责为主控模块、通信模块等其他模块供电，并负责蓄电池活化和充电等功能的管理。
系统通过交流输入模块的精密电压电流互感器，取得电网电压电流模拟信号，并由主控模块的16位高精度AD7606芯片将模拟信号转换为数字量；测频电
路采集电网实时频率，能精准地安排电压电流的采集时间，以实现同步采样功能、保证数据采集的精确性。通信模块负责FTU与监控主站之间的数据交换。 1.2 FTU软件部分 1.2.1 FTU系统软件
对于一些简单的控制应用，过去常把整个软件设计成前后台系统。但是在情况比较复杂的时候，应用一个合适的操作系统能降低系统开发的难度，同时也易于应用程序的设计和任务的扩展，无需对整体构架作大的改动。μC/OS-II嵌入式实时操作系统具有执行效率高、占用空间小、实时性高、可扩展性强等优点，故比较适合本项目的开发应用。FTU系统软件结构如图2所示。
μC/OS-II嵌入式实时操作系统的软件分成系统层和应用层两部分。系统层包括μC/OS-II内核和应用编程序接口API，应用层通过API接口访问系统层,从而提高了系统的可扩展性。应用层由各种不同的任务组成，只需通过调用系统层提供的应用编程接口API函数，即可实现相应的功能。μC/OS-II的任务调度是基于任务优先级的抢占式调度，即最高优先级的任务一旦处于就绪状态，那么正在运行的低优先级任务将被抢占。 1.2.2 FTU应用层软件
全局数据则包括用户参数区、临时数据暂存区、Flash文件系统及标志位系统。在系统RAM中开辟临时数据暂存区，它用来存储一些中间变量或临时数据，包括电网电压电流、开关位置信号等采集数据。程序开始运行时，创建临时数据暂存区。当数据采集任务完成后，其将自动更新。Flash文件系统用于保存故障电流波形数据(配电网故障发生前后一小段时间内的电流波形)以及冻结数据。用户参数区用于保存控制FTU运行的负控规约设置参数。用户参数区存在
智能配电网故障定位系统设计与研究
