韩媛媛++陈金辉

摘 要：针对风电场箱变距离集控室较远又非常分散，箱变系统成为风电场的信息孤岛和监控盲区，设计出一种全新的基于ARM内核的风电箱变监测装置，能实现对风机出口电压、电流、功率、频率等模拟量的采集，亦可完成对油温等直流量的采集。装置设有三段式电流及复合电压闭锁等保护用于跳闸或告警，24路遥信开入可对控制柜门开关动作等信息进行监测，6路独立的继电器出口可对开关进行操作，2路100BASE-FX自愈式光纤环形以太网通过TCP/IP协议可将箱变信息上传至监控中心。

关键词：风电 箱变 监测 自愈式光纤环网

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）05（a）-0020-02

当前国内风电机侧的控制系统大多采用控制设备放在风机柜塔桶内，风机操作员工作站设置在风场升压变电站集控室内，塔桶与集控室联系信号通过光纤传输完成。由于室外环境恶劣，尤其寒冷地区装置还要考虑耐低温，箱变内的设备一般都采用就地手动控制。受箱变监控设备的影响，集控室不能对风电场所用的设备进行有效监控，给运行维护带来很大困难。该文设计基于ARM内核的风电箱变监测装置，能实现对风电箱变的远程管理和自动化监控，满足了风电工程“少人值守”的运行管理方式。

1 系统的硬件设计

风电监测装置的硬件系统主要包括模拟输入、信号采集、通讯以及开入开出三大部分。

升压站内各侧电压、电流直接进入模拟输入板，经互感器变换后送入采集通讯板的A/D转换电路进行采样，转换后的信号进入CUP进行计算，完成各种保护逻辑，各电压电流、功率、频率及遥信信息通过光纤以太网上传至控制中心。采集通讯板与开入开出板之间进行数据交换，完成遥信量采集及遥控的输出。光纤以太网可组成自愈式环网，提高了通讯的可靠性。采集与通讯主板是该设计的核心部分。

采集与通讯主板，考虑到普通单片机的运行速度以及RAM和FLASH的资源有限，移植TCP/IP协议栈后很难再进行其他应用的扩张，该设计选取了TI公司的LM3S8962作为CPU。LM3S8962基于ARM内核，具有256K闪存和64K SRAM，片内集成了UART、SCI、CAN等接口，内置10/100-BASE以太网MAC/PHY，符合IEEE802.3标准协议。采集和通讯主板的原理框图如图1所示。

模拟输入板的12路模拟量到达采集与通讯主板后经放大调零电路至A/D转换芯片MAX125，同时油温和直流信号经放大电路也需送入MAX125进行转换。由于MAX125最大只能同时转换8路信号，而电流信号要实时检测以用于保护逻辑判断，该设计将电压与直流量信号经74HC4051进行选择后分拍转换，74HC4051为8选1选择器，地址线由LM3S8962的GPIO进行控制，以此完成多路模拟量及直流油温信号的采样。由于LM3S8962可用的GPIO资源有限，24路硬接点遥信信号通过74HC245与MAX125的数据线共用，其选通信号由LM3S8962的口线进行控制，分别为CS-AD、CS-YXI、CS-YXII。为了能接入其他智能化设备，该设计预留2路RS485接口，由LM3S8962的UART经MAX485芯片输出。设置液晶通讯口SCI完成装置IP地址等信息输入。LM3S8962的以太网控制器由RJ45头接入网络交换机。通用IO经光耦6N137直接驱动继电器输出以完成遥控功能。

2 系统的软件设计

该监控装置的软件设计包括两大部分：一是采样数据计算及保护逻辑判断；二是采用IEC-5-103规约由以太网将监控数据上传至监测中心。其主程序、定时器中断子程序及网络103处理子程序流程图如图2所示。

3 自愈式环网

为了组成光纤环网，采集及通讯主板内嵌一网络交换机板卡，进为一RJ45头，出为两路光纤口。每10台监测装置组成一个环，每个环可接入网络交换机。环网上一个监测装置通讯异常，不影响整个环数据传输，拓扑图如图3所示。

4 结语

作为风机发电的第一个变电环节，实现对风电箱变的监测尤为重要。该设计所述监测系统除了具备实时数据监测，开关量遥控功能外，更具有完善的保護功能，可实现风电箱变低压侧全部信息的监测、非电量保护、控制和通讯，非常适用于风电工程“少人值守的运行管理方式”。

参考文献

[1] 杨勇，朱彬彬，赵方平，等.一种电流预测控制的自适应变步长最大功率跟踪方法[J].中国电机工程学报，2014，34（6）：855-862.

[2] 彭志辉，和军平，马光，等.光伏发电系统MPPT输出功率采样周期的优化设计[J].中国电机工程学报，2012，32（34）：24-29.