基于现场总线的地铁电力监控系统的设计

刻PROFIBUS-DP总线上只有一个主站使用总线，避免了数据传输冲突。

图1Profibus—DP总线逻辑结构图

3 PSCADA系统结构

地铁供电系统采用2级集中供电方式，设6个供电分区，环网电压为AC33kV。电力监控变电所自动化系统在车站主控设备室通过车站级的以太网交换机接入主控系统。电力监控变电所自动化系统采用集中管理、分散布置的模式。分层、分布式系统结构：系统由站级管理层、网络通信层、间隔设备层组成。系统以供电设备为对象。通过网络将所内的110kV／33kV／0.4kV交流保护测控单元、1.5kV直流保护测控单元、交直流电源系统监控单元等间隔层设备连接起来。电力监控变电所PSCADA系统结构如图2所示。

图2电力监控变电所PSCADA系统结构图

站级管理层设备由通信处理机(总控单元)、液晶显示器组成．在牵引变电主所还包括当地监控计算机。通信处理机采用可靠性高、处理能力强、实时响应速度快的工业级监控计算机。通信处理机的远程网、所内网传输都采用光纤以太网接口。

网络通信层提供了RS一422、RS一485和CAN、PROFIBUS-DP等现场总线接口．及以太网、光纤以太网接口．可满足自动化系统对变电所供电设备进行监控的要求．同时提供了通信接口的可扩展能力，以满足系统扩容和增加通信手段的需要。

间隔层设备包括：1.5kV直流开关柜(包括馈线柜、进线柜和负极柜3种类型)，33kVGIS(GasInsu1anceSwitchcabinet)REF542+综合测控保护单元。0.4kV开关柜智能信息采集单元。110kV线路保护，110kVGIS测控单元。110kV分段保护、主变保护，智能监控单元和时钟系统。每个变电所因其功能的不同可只包含部分间隔层设备．如1.5kV直流开关柜只存在于牵引所。在实际系统中1.5kV直流开关柜与站级管理层中的总控单元l直接构成DP总线网．下面详细分析该总线网的设计及实现方案。

4 电力系统信号检测

根据实际电网中的谐波情况和仿真分析的需要，本文构建出以下两种信号模型。实际电网中由于既存在线性负荷也存在非线性的负荷，所以实际情况下电网中的谐波既包含稳定的基波的各次谐波分量也包含一些非稳定的瞬态变化的谐波，各种电网噪声干扰等。为了仿真分析的方便起见，本文选取有代表性的仅含一种谐波情况的谐波信号进行分析。

4.1信号模型一

图3正弦信号搭建的谐波电源的仿真模型

图4正弦信号搭建的谐波电源的信号波形图

4.2信号模型二

含有白噪声的正弦信号，即基波加白噪声。在电网中电压和电流的基波频率均为50Hz，本文考虑基波中含有正态分布的随机噪声的情况。设信号的数学表达式如下：

此信号中第一项是频率为50Hz的基波，第二项是正态分布的随机噪声分量，其幅度为基波幅度的0.2倍，在MATLAB中使用

函数来表示

阶的正态分布的随机矩阵。在实际的电网电压或者电流中可能还含有其它成分的单一频率的谐波，此处为了简化分析，仅考虑基波加噪声的情况，如果有其它谐波成分的话，将其叠加综合考虑即可。相应的仿真图如图5所示，信号波形图如图6所示。

图5含有白噪声的正弦信号仿真模型

图6含有白噪声的正弦信号的信号波形图

5 结论

本文分析了PROFIBUS—DP总线的通信协议和介质层的任务处理流程，在对单主站PROFIBUS-DP总线系统中的主／从数据交换过程进行分析的基础上，给出了了谐波电流检测算法方法。光纤环网采用总线结构。通过通信链路的冗余．使得增加新的间隔层设备而不影响其他设备的正常工作。通过DP现场总线在PSCADA系统中的应用。极大增强了间隔层设备的信息集成能力．同时降低了系统的工程成本．提高了整个系统的可靠性和可维护性及扩展能力。