摘? 要：為了提高高壓電力線路電源控制的可靠性，設計了高壓電力線路電源控制系統(tǒng)。選擇電力調節(jié)裝置和電力調制解調器構成系統(tǒng)硬件，采用云端在線分析電源電力的方法，計算閉環(huán)電源底層電力負荷量，結合系統(tǒng)所在的本地服務器，傳輸供電數據，并通過規(guī)劃中頻電路門檻、選擇控制線路等方式，完成系統(tǒng)軟件設計。實驗結果表明，設計的控制系統(tǒng)在實際應用中能夠有效實現電廠電源電壓的控制，滿足電網的實際運行需求。

關鍵詞：高壓電力線路;電源控制;系統(tǒng)設計;電力調制解調器

中圖分類號：TM774;TM44? ? ? 文獻標識碼：A 章編號：2096-4706（2020）20-0057-03

Research on Power Control System of High Voltage Power Line

JI Zhiliang

（State Grid Shanghai Electric Power Company Economic and Technological Research Institute，Shanghai? 200122，China）

Abstract：In order to improve the reliability of high voltage power line power control system，a high voltage power line power control system is designed. The power conditioning device and power modem are selected to constitute the system hardware. Using the method of online analysis of the power supply in the cloud，calculate the bottom power load of the closed-loop power supply. Combined with the local server where the system is located，the power supply data is transmitted，and the system software design is completed by planning the intermediate frequency circuit threshold and selecting the control line. The experimental results show that the designed control system can effectively control the power supply voltage of the power plant in practical applications and meet the actual operation requirements of the power grid.

Keywords：high voltage power line;power control;system design;power modem

0? 引? 言

電力產業(yè)的高速發(fā)展，提升了社會用電穩(wěn)定性與可靠性的同時，對高壓電力的需求也越來越多。傳統(tǒng)的電源控制采用的是集成電路方式進行設計，此種系統(tǒng)結構不僅極易受到外界環(huán)境的影響，同時在使用中系統(tǒng)整體的可靠性相對較差，不符合現代化電子系統(tǒng)的設計理念。突發(fā)的高壓電力線路問題導致的安全事故，不僅會對電力產業(yè)的經濟造成一定影響，而且也會在一定程度上影響居民的正常用電[1]。例如，區(qū)域高壓供電線路出現短時擁塞，導致高壓供電線路電源負荷供電不足，嚴重影響居民正常生活。與現代化電力產業(yè)的需求相比，傳統(tǒng)電源控制系統(tǒng)的開發(fā)周期長、成本造價高，并且簡單的結構使傳統(tǒng)系統(tǒng)只能應用于小規(guī)模高壓電力電源控制中，無法滿足電力企業(yè)的發(fā)展需求，也導致系統(tǒng)的運行存在一定安全隱患。輸電線路的受電端，經常為大型企業(yè)、工廠、重要基礎設施等供電，用戶站供電穩(wěn)定至關重要，電壓幅值、波形、頻率，是電能質量的主要指標，特別是一級重要用戶。雖然電力產業(yè)發(fā)展已經相當成熟，但區(qū)域電網的供電穩(wěn)定，仍受到不確定因素的考驗，如夏冬季高峰用電，臺風、雷暴雨天，這些因素影響仍然影響著用戶側的電能質量。國網上海市電力公司經濟技術研究院長期承接高壓電力工程設計業(yè)務，筆者為公司設計部門在職員工，從事高壓輸電線路的設計工作。為了改善上述問題，本文研究了高壓電力線路電源控制系統(tǒng)，分別設計了電源控制系統(tǒng)的硬件及軟件，并通過對比實驗，驗證了設計成果的有效性，實現對電源的有效控制，提高了用戶側電壓幅值、波形及頻率的抗干擾能力，保障電流電壓在一定范圍內的高可靠性。

1? 高壓電力線路電源控制系統(tǒng)硬件設計

高壓電力線路電源控制電路連接由電力調節(jié)裝置內置TU2305-L4型號微型數據芯片，電力調制解調器主要由STC 89C52單片機及外圍元件構成，高壓電力線路電源控制電路連接如圖1所示。

1.1? 電力調節(jié)裝置

電力調節(jié)裝置內置UAA5405保護層、TU2305-L4型號微型數據芯片。其裝置內包括2路模擬數據傳輸路徑、3路GPIO數據傳輸路徑，可滿足電力環(huán)境下電壓（電流）的導入/導出[2]。同時，調節(jié)裝置內具有額定電壓超標指示燈，與標準的SMA天線連接，當流經的電流、電壓值超出指定范圍時，指示燈閃爍。

此裝置是一款適用于室內穩(wěn)定工作環(huán)境的電力數據調節(jié)設備，同時配備的IP50等級安全防護外殼，具備絕緣功能，外殼與內接芯片之間具有隔絕層，用于避免裝置出現漏電現象[3]。為了滿足高壓電環(huán)境下的運行需求，電力裝置端口增設64位數據處理芯片，不僅支持數據運營商的2/3/4G網絡，而且也可最大限度保障電力數據接入端無線數據的容量。

1.2? 電力調制解調器

電力調制解調器是一種音頻通信設備，采用FSK方式調制，主要由單片機及外圍元件構成，能夠配合較多通信信道傳輸數據信息。為了滿足電源接入數據的通信需求，本文系統(tǒng)選擇了電力調制解調器作為終端的通信服務器。同時，內置F285型號電力數據微型處理器，使導入的數據支持電源運行中，多路CPU的在線同步運轉。

此外，選擇電力定位識別技術導入電源數據的來源，配備多個電源接口與數據鑒別面板，實現對電力數據的全維度分析。在裝置內安裝Intel Core i7-9700 CPU與128位的計算芯片，提升ECC的處理頻率，從而滿足對電源數據的抓取需求。

2? 高壓電力線路電源控制系統(tǒng)軟件設計

2.1? 跟蹤高壓電力線路電流閉環(huán)分配量

在控制高壓電力線路電源時，應先檢測系統(tǒng)供電端的電源最大承受負荷量，同時考慮如何將超負荷電力值平均轉移并分配到電源減載節(jié)點上[4]。智能云端在線分析電力系統(tǒng)具有發(fā)電速度快、電源檢測結果準確、云端傳輸和儲存信息容量大等特點。智能云端在線分析電力系統(tǒng)架構如圖2所示。

智能化云端在線分析電力系統(tǒng)服務器使用CPU處理程序進行數據分析，根據分析結果獲取電力狀況，實現了數據分析與整體控制;發(fā)電模塊利用發(fā)電機組發(fā)電為整體供電;變壓模塊通過變壓器組對電源進行電壓、電流轉換，并通過電纜向服務器傳送變壓后的電源信息。電源檢測模塊主要是利用電壓表和電流表二次檢測電源電壓和電流，并將檢測出的電源信息通過電纜傳送到服務器;電源存儲模塊采用大型電力存儲單元存儲電量，通過電纜將電量信息實時傳送到服務器。智能云端在線分析電力系統(tǒng)界面如圖3所示。

本文選擇采用云端在線分析電源電力的方式，計算閉環(huán)電源第i層的電力負荷量為：

其中，D為低頻狀態(tài)下的負荷節(jié)點;R為負荷占比;j為i級的電源負荷節(jié)點;L為擾動負荷敏感度。結合不同電源級別在低頻狀態(tài)下電源負荷量占總量的百分比，控制系統(tǒng)電流平均分配量的計算公式為：

其中，K為低頻電源容量約束條件;λ為電源運行頻率參數，Gd為頻率變化時間常數。根據上述計算公式，監(jiān)控電源控制系統(tǒng)低頻減載功率的平衡狀況，并通過網間連接設備，將獲取的電源參數數據節(jié)點通過單片機將傳輸方式轉化為傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)協(xié)議的傳輸方式。

同時，通過系統(tǒng)所在的本地服務器以及物聯(lián)網智能終端服務設備，對網絡訪問測量的電源進行傳輸[5]。并連接網絡將相關數據上傳到云端在線分析平臺當中實施深度分析，從而完成對高壓電力線路電流閉環(huán)分配量的跟蹤。

2.2? 控制中頻電源電壓

綜合上述跟蹤的高壓電力線路電流閉環(huán)分配量，結合電源控制實際運行情況，建立控制系統(tǒng)內電源參數的網絡連接，并以電力負載量作為依據，對中頻電源電壓進行控制，步驟為：

第一步：獲取控制系統(tǒng)在運行中的內部低頻荷載電源數據，將多種電力信息建立與互聯(lián)網的連接，構建電力峰值控制與調度網絡，實現系統(tǒng)在任何時間、地點、資源的相互連通，并將獲取的數據整理后實時上傳至控制調度中心。

第二步：規(guī)劃中頻電路門檻，并延展核心電網，以滿足控制系統(tǒng)最大荷載量為控制目標，綜合在線監(jiān)測得到的系統(tǒng)運行電力實際負荷量，判斷系統(tǒng)中是否存在滿足低頻減載控制路線[6]，當線路不滿足控制條件時，選擇跳過此條控制線路，進入下一條控制線路的判斷，直到完成對系統(tǒng)內所有控制線路的完整檢索，從而通過控制線的識別，完成高壓線路電源的控制。

2.3? 穩(wěn)定電源控制電路

本文設計的高壓電力線路電源控制系統(tǒng)采用全橋移項電路，配備PWM控制開關作為電路的控制器，此種類型電路的功能更加完善，且具備完整的自適應區(qū)域，可實現系統(tǒng)電路的軟啟動與自動切斷功能。系統(tǒng)以ACT8990芯片作為設計電源控制電路的核心，在規(guī)劃電路布局安排時，可根據時鐘與鋸齒波的形成規(guī)律，設計電路中的電源電壓保護模塊、隔離驅動模塊、電流調節(jié)模塊等。當線路輸出閉環(huán)電流后，采集電路的流出信息，實現應用電路對過壓系統(tǒng)的保護。

3? 對比實驗

提出對比實驗，以電力市場內某變電站作為此次實驗的試點場所，將設計的控制系統(tǒng)應用到高壓電廠中，以此驗證本文設計系統(tǒng)的可靠性。分別利用本文提出的電源控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)對該電廠電源進行控制，對比控制后變電站電源的穩(wěn)定運行能力，共設定3輪控制過程，記錄使用系統(tǒng)控制前、使用系統(tǒng)控制時及使用系統(tǒng)控制后電源出口電壓的運行頻率，并以此作為判定系統(tǒng)穩(wěn)定運行的依據。記錄實驗數據，繪制成如圖4所示的實驗結果。

圖4為實驗組與對照組的對比實驗結果，根據圖4中曲線可以看出，本文系統(tǒng)在進行電源電壓控制時，由終端輸出的電壓值相對較穩(wěn)定，可有效地控制電源電壓在130～ 160 kV范圍內，實現流經電源電流的穩(wěn)定運輸。而傳統(tǒng)系統(tǒng)在進行電源電壓控制時，輸出的電源電壓的運行不穩(wěn)定，盡管也可將電源電壓控制在200 kV以下，但電壓波動較大，系統(tǒng)的整體運行不穩(wěn)定。通過上述對實驗結果的分析，得出此次實驗的結論：相比傳統(tǒng)的電源控制系統(tǒng)，本文設計的高壓電力線路電源控制系統(tǒng)在對電源電壓實際控制過程中，可實現電源電壓的穩(wěn)定控制，滿足系統(tǒng)運行需要。

4? 結? 論

為提高高壓電力線路電源控制系統(tǒng)的可靠性，本文從跟蹤高壓電力線路電流閉環(huán)分配量與控制中頻電源電壓兩個方面，設計了高壓電力線路電源控制系統(tǒng)。采用設計對比實驗的方式，驗證了設計的系統(tǒng)在實際運行中，對于電源電壓具有顯著的控制效果。因此，在后期的相關研究工作中，應加大本文設計系統(tǒng)在電力市場內的應用，通過不斷實踐，掌握系統(tǒng)在運行中存在的問題，改進問題，從而實現對系統(tǒng)功能的完善。

參考文獻：

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作者簡介：嵇志良（1989.12—），男，漢族，上海人，助理工程師，本科，研究方向：電力工程輸電線路。