電力操作電源智能電池巡檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1 引言

　　電力操作電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行而產(chǎn)生的，該系統(tǒng)可以對(duì)變電站中的交流供電電源、直流控制電源、備用操作電源以及開關(guān)狀態(tài)等進(jìn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)、故障報(bào)警等操作。從而及時(shí)地發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)的異常情況，提前做好防范以保證電力系統(tǒng)連續(xù)可靠地運(yùn)行。同時(shí)，當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)為繼電器以及斷路器等二次設(shè)備提供備用操作電源，對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。

　　電池巡檢儀是備用電源的檢測(cè)裝置，主要的功能是對(duì)單體電池的電壓、溫度、容量等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，提供充電控制以及故障報(bào)警等功能，從而可以合理地控制電池，延長(zhǎng)電池使用壽命，提高系統(tǒng)的可靠性。

　　電源監(jiān)控系統(tǒng)起步于80年代末，當(dāng)時(shí)它只能監(jiān)控一個(gè)獨(dú)立的直流供電系統(tǒng)或一個(gè)局（站），且電源監(jiān)控水平不高，可靠性較低。90年代以后尤其是近幾年來，伴隨著計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)的迅猛發(fā)展和電源裝備水平的提高，電源監(jiān)控也逐漸成熟起來，發(fā)展到可以監(jiān)控多回路甚至是多個(gè)系統(tǒng)。

　　電力操作電源監(jiān)控系統(tǒng)配合合理的控制器，通過控制高壓斷路器以及其他的繼電器設(shè)備，可以完全實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行和自動(dòng)調(diào)度，從而滿足現(xiàn)代化電力調(diào)度的需要。

　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

　　此電源管理儀器主要用于中小型變電站的操作電源以及備用電源的監(jiān)測(cè)和管理，為了更好的節(jié)約備用電池的能源，選擇低功耗的MSP430F149微控制器作為設(shè)備的處理器。

　　2.1 采樣模塊

　　交流模塊采用ATT7022B交流三相電能計(jì)量器件處理交流部分的有功功率、無功功率、諧波、電壓、電流等參數(shù)。ATT7022B價(jià)格比較便宜，而且具有SPI（serial peripheral interface，串行外圍設(shè)備接口）接口，能夠方便地與MSP430F149單片機(jī)進(jìn)行通信。

　　開關(guān)量監(jiān)控，包括交流斷路器分合閘狀態(tài)（主、備用電源共兩路）、交流控制電源8路、直流斷路器的分合狀態(tài)。

　　直流量監(jiān)控，包括環(huán)境溫度、電池溫度、單片機(jī)溫度、單體電池電壓、直流合閘電源2路、操作電壓和合閘電流。

　　2.2 人機(jī)接口模塊

　　鍵盤是主要的輸入來源。為了節(jié)約成本，系統(tǒng)采用掃描方式實(shí)現(xiàn)矩陣鍵盤，采用中文液晶顯示。

　　2.3 通信模塊

　　由于單片機(jī)內(nèi)具有UART,因此采用RS-232串行通信方式實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信。為了實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)電平匹配，采用SP3220E作為接口電平轉(zhuǎn)換器。設(shè)備的工藝流程如圖1所示。

　　
根據(jù)圖1，由交流電壓到直流電壓的順序介紹系統(tǒng)的工藝過程。

　　蓄電池組管理。整流后的電壓一般高于蓄電池組電壓以供電池組充電，當(dāng)其用于工作電源時(shí)，可通過二極管對(duì)其進(jìn)行降壓，K1、K2等開關(guān)用于選擇降壓值，其通斷由處理器控制，處理器對(duì)電池組中單個(gè)電池狀況進(jìn)行巡回檢測(cè)，實(shí)時(shí)反應(yīng)電池的使用狀態(tài)，便于及時(shí)了解電池狀況。

　　交流參數(shù)檢測(cè)。系統(tǒng)采用專用的電能計(jì)量器件ATT7022B對(duì)交流電網(wǎng)的電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)、諧波等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，并通過該器件自帶的SPI接口與單片機(jī)相連。

　　管理系統(tǒng)與上位機(jī)以串行方式通信。上位機(jī)可對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，并能修改控制參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)等四種遙控功能。

　　設(shè)備的硬件原理結(jié)構(gòu)如圖2所示。其主要功能模塊包括：