摘 要

本文首先深入分析了配电网馈线自动化的研究背景，并了解了国内外的研究现状，然后提出基于一二次融合的智能配电终端FTU，它的目的及意义是为了进一步提高配电一二次设备的标准化、集成化水平，使馈线自动化系统更加稳定、智能。为了更好地设计FTU，我们需要对现有的馈线自动化系统进行分析，以最常见的环网型配电网拓扑结构为模型，选择远方集中监控模式作为FTU故障保护模式，并对其基本组成与工作原理进行分析。

确定整体方案后，开始对FTU的具体内部结构进行设计，包括软硬件两方面。先是对FTU重要的电路模块进行设计说明，有DSP模块、电源模块、交流采样模块、开关量输入输出模块和通信模块，几个模块结合在一起才能使FTU有全面的功能。FTU的软件部分对算法进行了详细的说明，有交流采样算法、FIR滤波算法和故障定位算法。只有具备完善的软硬件部分的FTU才能在馈线自动化中发挥重要的作用。

最后提出了基于一二次融合的FTU的实现方案，方案是在前文设计的FTU的基础上进行的改进，其本质是配电网一二次设备功能和结构的一体化，包括柱上开关与环网柜。而一二次融合方案的实现关键点在于电子式互感器的配置，用电子式互感器取代传统互感器，与开关集成在一起，并且直接与DSP相连，完成一二次设备功能上的融合。为了增强文章的说服力，突出一二次融合FTU的优点，本文结合企业实际情况，介绍了一种柱上开关一二次融合的技术方案，图文并茂地说明工程上成套设备的组成与功能。

关键字：FTU；远方集中监控；全周傅氏算法；一二次融合；电子式互感器

Abstract

The paper first analyzes the background of the distribution network feeder automation deeply, and understands the research status at home and abroad, then it puts forward the intelligent power distribution terminal FTU based on the primary and secondary fusion. Its purpose and significance is to further improve the standardization and integration of the distribution primary and secondary equipment, to make the feeder automation system more stable and intelligent. In order to design the FTU better, we need to analyze the existing feeder automation system, take the most common ring network distribution topology as the model, select the remote centralized monitoring mode as the FTU fault protection mode, and we analyze its basic composion and working principle.

After the overall scheme is determined, we begin to design specific internal structure of FTU, including both hardware and software. First, the design of the important circuit module of FTU is explained, there are DSP module, power module, AC sampling module, switching input output module and communication module. Several modules can be combined to make FTU fully functional. The software section of FTU gives a detailed description of algorithm, there are AC sampling algorithm, FIR filtering algorithm and fault location algorithm. Only FTU with perfect hardware and software can play an important role in feeder automation.

Finally, an implementation scheme of FTU based on the primary and secondary fusion is proposed. The scheme is improved on the basis of the FTU designed in the previous paper, and its essence is the integration of function and structure of the primary and secondary equipment in the distribution network, including pole-mounted switch and ring main unit. The configuration of electronic instrument transformer is the key to realize the primary and secondary fusion scheme. Instead of the traditional transformer, the electronic is integrated with the switch, and is directly connected with the DSP, it can complete the integration of the functions of the primary and secondary equipment. In order to enhance the persuasive, highlight the advantages of the primary and secondary fusion FTU, this paper combined the actual situation of the enterprise, introduces a primary and secondary fusion pole-mounted switch on technical scheme, illustrates that the composition and function of complete set of equipment on engineering.

Key words: FTU; Remote centralized monitoring; Full cycle Fourier algorithm; primary and secondary fusion; electronic instrument transformer

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国外研究历史与现状 1

1.2.2 国内研究历史与现状 2

1.3 研究目的及意义 2

1.4 论文研究内容与结构安排 3

第2章 馈线自动化系统的组成与基本原理 4

2.1 配电网拓扑结构分析 4

2.2 馈线自动化概述及保护模式分类 5

2.2.1 传统电流的馈线保护模式 5

2.2.2 基于重合器的馈线保护模式 5

2.2.3 FTU相互通信保护模式 6

2.2.4 远方集中监控模式 6

2.3 基于FTU的馈线自动化系统的组成 7

2.3.1 主站及各级子站 7

2.3.2 馈线终端设备 7

2.3.3 通信系统 8

2.4 基于FTU的馈线自动化系统的工作原理 9

第3章 馈线终端单元FTU的硬件设计 10

3.1 FTU的系统框架设计 10

3.2 CPU的选型 10

3.3 双电源切换电路的设计 11

3.4 交流采样回路 12

3.4.1 电流处理电路 12

3.4.2 电压处理电路 12

3.5 开关量输入输出模块 13

3.5.1 开关量输入模块 13

3.5.3 开关量输出模块 15

3.6 通信接口 15

3.6.1 CAN总线接口电路 15

3.6.2 串行通信接口电路 16

第4章 馈线终端单元FTU的软件算法 17

4.1 交流采样算法设计 17

4.2 FIR滤波算法 20

4.2.1 FIR滤波算法设计 20

4.3 矩阵故障定位算法 22

4.3.1 FTU对故障的判断 22

4.3.2 矩阵故障定位算法设计 24

4.3.3 故障定位算法软件流程设计 26

第5章 基于一二次融合的FTU的实现方案 28

5.1 电子式互感器实现一二次融合 28

5.1.1 电子式互感器与电磁式互感器的区别 28

5.1.2 电子式互感器的配置 29

5.1.3 电子式互感器的方案改进 30

5.2 柱上开关一二次融合方案 30

5.2.1 现存问题与总体思路 30

5.2.2 成套设备总体要求 31

5.2.3 成套设备功能要求 33

第6章 结论 34

参考文献 35

致谢 36

第1章 绪论

1.1 研究背景

经济的发展导致了人民生活水平的提高，电力用户对于供电质量及其安全可靠性的要求越来越高，全社会的用电量也在急剧增长。在现代的配电网中，若频繁地出现故障，将会对电力设备造成极大的危害，并使生产效益蒙受损失，人民日常生活受到干扰^[1]。在我国的部分地区配电网正是无法满足这种现代化社会的要求，主要是因为其电力设备功能落后或者配电网结构设计不合理。近年来国家不断对配电网升级改造，优化结构，提升其供电质量，以达到人民生产生活水平的要求。配电网自动化是建设智能电网的关键一步，智能电网需要在我国被全面建设普及。

现如今，我国在世界上的发电量仅次于美国，但是在由于电力系统发-输-配三个方面的投资比例并不合理，我国的配电网相比发电网络、输电网络更加落后，供电质量堪忧。在我国大部分的10kV及以下电压等级的配电网中，过载多，故障多，停电时间较长，降低了整个配电网运行的经济性^[1]。基于此，国家电网提出了建设智能电网自动化系统的行动目标，以实现整个电力系统安全稳定高效运行，其中建设配电网是目前的主要任务，目标是采取多电源供电，建立环网型结构，当馈线出现故障时，能自动快速准确地定位与隔离故障，并恢复正常区段供电^[2]。