刘志勇 杨 丹 杨廷方

（1.长沙理工大学电气与信息工程学院，湖南长沙410114；2.国网湖南省电力有限公司，湖南长沙410007）

0 引言

某变电站能耗超标，其中大功率设备主要是STATCOM水冷系统[1]，是整个变电站电能的消耗大户。水冷系统的用电负荷越大，站用电率就越高。目前变电站对其各设备的能耗监测管理简单粗放、依赖于人员经验决策，无法做到站用电设备能耗精细化管理，难以保障大功率设备的健康运行及全面考察其供电性能。因此，监测变电站站用电设备的用电量，实现变电站能耗的精细化管理，对降低变电站的站用电率，评估站用电设备的能耗状况具有重要的理论研究意义和实用价值。本文采用高性能DSP技术，设计了某变电站STATCOM水冷系统的能耗监测系统。

1 水冷系统有功功率P的测量

本次水冷系统三相有功功率P可用公式（1）来表示[2]：

式中：uAC、uBC为线电压；iA、iB为相电流。

2 水冷系统无功功率Q的测量

本次水冷系统三相无功功率Q可用公式（2）来表示[3]：

式中：iC为相电流。

3 水冷系统用电总电能W的测量

本次水冷系统用电总电能W可用公式（3）来表示[4]：

4 硬件电路设计

整个系统的硬件电路设计如图1所示。本次采用的主CPU是TMS320F2812，该款DSP系统其外设由A/D转换大容量存储器、l6位和32位的定时器比较单元、捕获单元、PWM波形发生器、高速异同步串行口和独立可编程复用I/O等组成。TMS320F2812的ADC是一个12位的单转换器，有16个输入通道，内置了双采样保持器（S/H），可实现电压、电流的同步采样。其采样的模拟输入信号为0～3 V。

4.1 电流信号输入回路电路设计

图1 整体硬件电路设计图

电流信号输入回路电路设计如图2所示。水冷系统电源的三相电流是通过电流互感器CT进行变换，把大电流变成小电流。图2中R1是可调电阻。由电流互感器副边输出的是交流信号，存在正负特性，此电流信号经过电阻采样后转化为-3～+3 V的电压信号。由于本TMS320F2812的ADC是单极性的，故必须要用运算放大器进行单极性电平转换，使电压信号处于正区间，且使进入到DSP中的A/D转换口的信号范围在0～+3 V。

图2 电流信号输入回路电路设计

4.2 电压信号输入回路电路设计

电压信号输入回路电路设计如图3所示。图3中的Rv是电压互感器二次侧熔断器，R1是可调电阻。

图3 电压信号输入回路电路设计

5 软件设计

软件设计分为两部分，一是主程序设计，二是中断服务程序设计。主程序流程如下：先对系统初始化，包括I/O口初始化、外围设备初始化、标志寄存器初始化；然后启动定时器中断，进行A/D采样；最后进行采样数据处理分析，利用离散傅里叶算法计算功率及用电电能，进行液晶显示并发送给PC机。中断服务程序中主要是中断响应设置，然后采用ADC转换模拟数据。本次采样中，以6.4 kHz的频率对模拟信号进行采样。利用离散傅里叶算法计算电压、电流的实部、虚部，再按照公式（1）～（3）分别计算水冷系统的有功、无功及电能，并在LCD上显示和对外发送。

6 实验测试

经过在变电站进行安装运行，测得水冷系统的用电负荷曲线如图4所示，精度能满足现场的实际需求。

图4 水冷系统的用电负荷曲线图

7 结语

本次设计的水冷系统能耗监测系统，实现了水冷系统的用电负荷测量，能满足现场的实际需求。这有助于有针对性地提出科学使用的节能改造建议和措施，并对进一步开展变电站站用电统计、分析和精细化管理等工作，分析变电站存在的具体能耗问题以及节能空间，促进节能降耗以提升变电站节能管理水平，提高变电站效益具有重要的现实意义。