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前言
地铁的供电电源要求平安靠得住,每每由城市电网供给。如今,海内各城市对地铁及城市轨道交通的供电日常有三种方式,即涣散供电方式、汇合供电方式、涣散与汇合相团结的肴杂供电方式。涣散供电方式是指沿地铁线路的城市电网(每每是10KV电压等第)别离向各沿线的地铁牵引变电所和降压变电所供电。其前提前提是城市电网在地铁沿线有富足的变电站和备用容量,并能满足地铁牵引供电的靠得住性要求。如早期的北京地铁采纳的就是这种供电方式。汇合供电方式是指城市电网(每每是110KV或66KV电压等第)向地铁的专用主变电所供电,主变电所再向地铁的牵引变电所和降压变电所供电,地铁自身组成完整的供电收集系统。近几年新建的地铁系统多采纳汇合供电方式,如上海、广州、深圳地铁等。
地铁供电系统监控单元,即电力监控系统监控着整个地铁变电所35kV开关柜综合测控单元、150V直流开关柜综合保护测控单元、400V开关柜测控单元、排流柜测控单元、交直流盘监控单元、上网隔脱离关利用机构、钢轨电位限制装置、轨回流单项导通装置正常运行。因此电力监控调试关系到整个地铁供电质量的好坏和地铁运行的平安靠得住。地铁线供电监控PSCADA(PowerSupervisoryControlAndDataAcquisition)系统打算采纳的是汇合治理、涣散陈设的模式及分层分布式系统结构。现场I/O设备涣散陈设必定要求操纵现场总线技术或收集技术实现监控系统与I/O设备交换信息。因此.在地铁PSCADA系统中的站级治理层与1.5kV直流开关柜操纵.DP现场总线实现两者之间的信息交互。
现场总线技术是实现现场级设备数字化通信的一种工业现场收集通信技术。因其具有数字化、开放性、涣散性以及对现场情况的适应性等特点而获得了普遍的应用。如今。已逐渐成熟并对工业自动化历程形成影响的现场总线紧张有Profibus(Processfieldbus)、HART、LonWorks、FF等。其中,ProfibusDP总线是最为流行的现场总线技术之一。总线的实时性是评价现场总线系统机能的重要尺度,即总线对外部事故的反应速度越快,实时性就越好。PROFIBUS-DP普遍应用于工业现场层,高总线传输速度的特点使其很是恰当在小规模收集中完成对实时性要求高的报文传输使命。以单主站PROFIBUS.DP系本文统为例,阐明了与总线实时性干系的各个时间参数,推导总线轮回周期的数学表达式,并给出令牌目的轮回时间的确定尺度。
1 系统组成特点
如今国当地铁电力监控大部门采纳中间级、车站级、单元级三级监控方式,通信通道采纳环形收集传输通道,有用低沉了电力监控故障率。杂散电流检测部门采纳自力通道,可是排流单元同时受杂散检测系统和电力监控系统节制,详细构私见西安地铁二号线一期工程供电系统工程电力监控表现图。各级监控系统特点如下:
(1)中间级监控系统,中间级监控系统紧张完成对所有车站变电所信号节制盘检测节制,同时可以完成报表和事故打印,调节员可以凭据要求灵活调整供电方式。中间级节制系统和车站级节制系统采纳环形收集传输通道,如果一端通道故障可采纳另一端通道,有用低沉通道故障率为通道维修提供保障。
(2)车站级监控系统,紧张实现对本站的监控单元检测节制,或中间级监控系统故障,监控将下放至车站级。车站级监控系统装置起承上启下的作用,既可以完成对本站各测控单元的监控也可以继承来自中间级的下令,同时也将各测控单元状况上传至中间监控系统。
(3)测控单元,是电力监控系统中最底子的测控单元,紧张完成检测信号上传以及上级节制单元的下令实施
2 PROFIBUS-DP总线结构
PROFIBUS—DP的MAC层操纵基于Token—Passing方式的主从轮询协议。不同于普通以太网中各个站点有均等的权力接入总线,PROFIBUS-DP—Token-Passing收集上的各点都连接在总线上,它们拥有齐整的物理地位和统一的逻辑所在,可是按照其在收集上的功能和自身智能化水平的不同分为主站(MasterStation)和从站(SlaveStation)两种典范。前者的作用是统一治理各个从站接入总线的时序,数据的收集、处置惩罚处罚、加工和反馈紧张由Pc和PLC继承;后者的作用是将采集到的现场数据上传到主站并实施主站下达的使命,日常为前端的传感器和实施器。
PROFIBUS—DP总线上所有的主站可以定义成一个逻辑环,如图1所示为Profibus—DP总线逻辑结构图,令牌作为一个特定的帧可以在此逻辑环中轮回。一个系统中只有一个令牌,在尽情时辰只有一个主站能够获得这个令牌,持有令牌的主站拥有总线的节制权,可以将属于它的从站接入总线并一一与它们进行数据交换。这种工作机制确保了任何时辰PROFIBUS-DP总线上只有一个主站操纵总线,禁止了数据传输辩说。
图1Profibus—DP总线逻辑结构图
3 PSCADA系统结构
地铁供电系统采纳2级汇合供电方式,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纳汇合治理、涣散陈设的模式。分层、分布式系统结构:系统由站级治理层、收集通信层、间隔设备层组成。系统以供电设备为对象。通过收集将所内的110kV/33kV/0.4kV互换保护测控单元、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
站级治理层设备由通信处置惩罚处罚机(总控单元)、液晶表示器组成.在牵引变电主所还包含当地监控打定机。通信处置惩罚处罚机采纳靠得住性高、处置惩罚处罚本事强、实时响应速度快的工业级监控打定机。通信处置惩罚处罚机的远程网、所内网传输都采纳光纤以太网接口。
收集通信层提供了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本事,以满足系统扩容和增加通信本事的须要。
间隔层设备包含:1.5kV直流开关柜(包含馈线柜、进线柜和负极柜3种典范),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门间隔层设备.如1.5kV直流开关柜只存在于牵引所。在现实系统中1.5kV直流开关柜与站级治理层中的总控单元l直接组成DP总线网.下面详细阐明该总线网的打算及实现方案。
4 电力系统信号检测
凭据现实电网中的谐波情况和仿真阐明的须要,本文构建出以下两种信号模型。现实电网中因为既存在线性负荷也存在非线性的负荷,所以现实情况下电网中的谐波既包含稳固的基波的各次谐波分量也包含一些非稳固的瞬态厘革的谐波,各种电网噪声干扰等。为了仿真阐明的利便起见,本文选取有代表性的仅含一种谐波情况的谐波信号进行阐明。
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中操纵
函数来表示
阶的正态分布的随机矩阵。在现实的电网电压或许电流中或许还含有此外因素的单一频率的谐波,此处为了简化阐明,仅考虑基波加噪声的情况,如果有此外谐波因素的话,将其叠加综合考虑即可。响应的仿真图如图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
本文阐明了PROFIBUS—DP总线的通信协讲和介质层的使命处置惩罚处罚流程,在对单主站PROFIBUS-DP总线系统中的主/从数据交换过程进行阐明的根本上,给出了了谐波电流检测算法方法。光纤环网采纳总线结构。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本事.同时低沉了系统的工程资本.前进了整个系统的靠得住性和可维护性及扩展本事。
原文链接:https://www.eeworld.com.cn/qrs/article_2016093030680.html
2024-03-20
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