CN101261297A - 电力变压器绕组参数在线实时辨识装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种电力变压器绕组参数在线实时辨识装置及方法，属于电力变压器技术领域，包括电源单元、通讯单元、数据采集单元、显示单元、中央处理单元，现场变压器的电压量、电流量分别经电压变换器和电流变换器以后进入数据采集单元，经数据采集单元中的电压互感器、电流互感器进行转换，再经信号调理电路和A/D转换芯片转换成数字量，将数字量传送给中央处理单元，通过RS232或RS485或CAN总线将中央处理器单元中处理完数据传递给现场上位机，上位机将数据传递给远程监控机，实现远程监控，能够做到对变压器短路阻抗实时在线检测，时时刻刻掌握变压器内部运行状况，可实现对变压器的实时分析和故障预警，提高了变压器的稳定可靠运行。

Description

电力变压器绕组参数在线实时辨识装置及方法

技术领域

本发明属于电力变压器技术领域，涉及一种电力变压器绕组参数在线实时辨识装置及方法，用于对电网中运行变压器状况做出故障预警、提前检修、故障停运，确保变压器可靠工作，实现电网稳定可靠运行。

背景技术

变压器的安全运行一直是电力行业重点关注的关键问题之一，从新产品投运前的型式试验到运行过程中的定期检修和在线监测每一环节都至关重要，在方式上总体分为两类：一类是变压器停止运行后的检验；另一类是变压器运行期间的在线监测。作为变压器的被检对象：一般分为三大类：阻抗参数，油质和内部局放量。上述检验对象对应变压器内部不同参数，不可互相替代。停电检验给电网造成经济损失巨大，不宜开展；油中气体和局部放电检测易受干扰、判据复杂，在工程中不宜实施。目前迫切需要一种可靠性高、易于实施的、运行经济的检验法。

绕组故障在变压器故障中所占比例最大，变压器在入网前的短路阻抗试验是当前公认的一项必检内容，国家质检中心规定被试变压器短路阻抗变化范围在5％以内为合格。目前阻抗测量均为停电检测，而且不能对由绕组变形带来的故障进行定位识别和定量分析，给电网稳定运行带来巨大隐患。

发明内容

针对现有变压器检验和监测中存在的问题，本发明提出了一种电力变压器绕组参数在线实时辨识装置及方法，根据变压器绕组的漏感和电抗在正常运行时，外部故障及励磁涌流不发生变化，而在变压器内部故障时要发生变化的特性，应用基于递推最小二乘法的辩识理论，通过对变压器三相电压、电流的测量来辨识绕组的阻抗，构成系统辨识的“灰箱”模型。把辩识结果对比正常时的三相绕组的阻抗，可以发现绕组是否异常及故障发生的部位，保证变压器元件得到及时维修、更换，防止变压器非正常退出运行。此发明解决了目前变压器检修为离线检修，实现变压器在线实时做绕组测量，对变压器进行实时监控。

该电力变压器绕组参数在线实时辨识方法包括以下步骤：

步骤1：开始；

步骤2：采集数据，将变压器一、二次侧电压和电流经过电压互感器和电流互感器变换后传输到数据采集单元，数据采集单元将送进来的电压和电流经计量用互感器变换，对变换后的信号进行滤波和放大处理，再经A/D转换芯片进行模数转换；

步骤3：处理数据，并显示，转换后的信号送给中央处理单元，对电压和电流进行有效值和相量计算，并把计算后的结果存储到双口RAM中，并通过串行总线将数据传送到变电站现场上位机，同时将电流、电压有效值在液晶显示屏上显示；

步骤4：阻抗在线辨识，变电站现场上位机通过对接收到的数据进行变压器绕组阻抗计算，利用最小二乘法实现绕组阻抗的在线辨识，对变压器进行预警和故障报告；

步骤5：远程监控，将中央处理单元处理数据传送到现场上位机的数据库进行保存，通过互联网TCP/IP传输协议，将现场图像界面数据传输给远程监控机，使得远程监控机能对变电站现场上位机进行监控和操作；

步骤6：结束。

所述的利用最小二乘法实现绕组阻抗的在线辨识，其参数方程为：

y＝θ₁u₁+θ₂u₂+...θ_nu_n，写成矩阵形式：Y＝Φθ，

定义误差向量e，其中e＝[e_1，，e₂，...e_m]^T，

建立目标函数J， $J=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{e_i}^2={[Y-\mathrm{\φ\θ}]}^T[Y-\mathrm{\φ\θ}],$ 选择一组

使目标函数J为最小，

解得 $\widehat{\mathrm{\θ}}={\left[{\mathrm{\φ}}^T\mathrm{\φ}\right]}^{-1}{\mathrm{\φ}}^{T}Y;$

将电压作为输出量Y，电流作为输入量Φ，

为辨识出的绕组阻抗。

所述的预警和故障报告，通过递推最小二乘法将当前绕组计算得出，在上位机显示出绕组阻抗曲线，通过绕组阻抗连续变化曲线来判别，阻抗变化范围超过5％发出预警信号，现场装置红灯闪烁和上位机语音报警。

所述的步骤2中，数据采集单元采集数据步骤如下：

步骤1：开始；

步骤2：定义任务的局部变量，其中局部变量指代辅助完成计时、临时变量；

步骤3：设置采集电压、电流参数；

步骤4：启动A/D转换，通过定时器计时触发中断启动A/D转换；

步骤5：开始采样；

步骤6：判断转换是否完成，是，A/D转换芯片发出中断信号INT0，进入步骤7；否，进入步骤5；

步骤7：保存转化数据到SRAM；

步骤8：采样数加1，采样数变量初始值为0，每采集完一个，加1；

步骤9：判断采样点是否大于64，是进入步骤10，否，进入步骤5；

步骤10：执行任务调读，把采集到的64个数据传递给新的存储接收单元准备计算。

所述的步骤3中，采用串口通讯协议来完成数据的传输，节点的软件设计主要包括三大部分：

(1)初始化子程序

初始化只有在复位模式下才可以进行，包括工作方式的设置、接收滤波方式的设置、接收屏蔽寄存器和接收代码寄存器的设置、波特率参数设置和中断允许寄存器的设置；

(2)报文发送子程序

发送子程序负责节点报文的发送，发送时用户只需将待发送的数据按特定格式组合成一帧报文，送入发送缓存区中，然后启动发送；

(3)报文接收子程序

接收子程序负责节点报文的接收，报文的接收主要有两种方式：中断接收方式和查询接收方式。

该电力变压器绕组参数在线实时辨识方法所采用的装置，该装置包括电源单元、通讯单元、数据采集单元、显示单元、中央处理单元，

所述的数据采集单元，包括电压互感器、电流互感器、信号调理电路和A/D转换芯片，现场变压器的电压量、电流量分别经电压变换器和电流变换器以后进入数据采集单元，再经过数据采集单元中的电压互感器、电流互感器进行转换，再经信号调理电路和A/D转换芯片转换成数字量，将数字量传送给中央处理单元；

所述的中央处理单元，包括嵌入式处理器和DSP处理器，两处理器之间通过双口RAM连接，实现采样数据数值计算处理，其中DSP处理器连接有时钟芯片、EEPROM、看门狗以及有源晶振，其中嵌入式处理器与串行通信接口、报警显示灯、液晶显示屏、按键连接；

所述的通讯单元，通过RS232或RS485或CAN总线将中央处理单元中处理完数据传递给现场上位机；

所述的电源单元，由电源和电源转换电路组成，将电源电压转换分别对中央处理单元、数据采集单元供电；

所述的显示单元是液晶显示屏，嵌入式处理器对液晶显示屏进行指令传输，实现图形显示。

所述的CAN总线与现场上位机连接，由四部分所构成：微处理器、CAN通信控制器、CAN总线收发器和高速光电耦合器，微处理器负责CAN通信控制器的初始化，通过控制CAN通信控制器实现数据的接收和发送通信任务，CAN通信控制器通过高速光耦后与微处理器相连，CAN总线收发器的CANH和CANL引脚各自通过一个5欧的电阻与CAN总线相连，CANH和CANL与地之间并联了两个小电容，在两根CAN总线接入端与地之间分别反接了一个保护二极管。

本发明的有益效果是：具有在线检测、实时处理、利用数学算法辨识出变压器阻抗值的特点，能够避免目前停机试验检测所带来的诸多不便和损失。特别是当变压器受外部电网线路故障冲击情况下，由外部故障对变压器内绕组产生冲击影响时，能够做到对变压器短路阻抗实时在线检测，时时刻刻掌握变压器内部运行状况，可实现对变压器的实时分析和故障预警，极大的提高了变压器的稳定可靠运行。

附图说明：

图1本发明系统框图；

图2本发明辨识方法软件流程图；

图3本发明数据采集流程图；

图4本发明的通讯软件流程图，(A)初始化子程序，(B)发送子程序，(C)接收子程序；

图5本发明的装置结构示意图；

图6本发明的一个实施例原理图；

图7电源转换电路图；

图8数据采集电路图；

图9A/D转换电路图；

图10RS232总线通讯连接电路图；

图11RS485总线通讯连接电路图；

图12CAN总线通讯连接电路图；

图13液晶显示器连接电路图；

图14信号调理电路；

图15中央处理单元中的DSP处理器与外围电路连接图；

图16中央处理单元中的嵌入式处理器与外围电路连接图；

图中：1电源单元、2数据采集单元、3中央处理单元、4通讯单元、5显示单元、6电源开关、7显示灯、8电源接口、9RS485总线接口、10CAN总线接口、11以太网接口、12电流接口、13电压接口、14背板。

具体实施方式

结合附图对本发明做进一步描述：

如图1所示，本发明的系统框图，数据采集单元从变压器采集数据，将采集的数据传递到中央处理单元，中央处理单元处理数据以后进行显示，并传输到现场上位机，现场上位机将数据传输到远程监控机，具体软件流程图如图2所示，该电力变压器绕组参数在线实时辨识方法包括以下步骤：

步骤1：开始；

步骤2：采集数据，将变压器一、二次侧电压和电流经过电压变换器和电流变换器变换后传输到数据采集单元，数据采集单元将送进来的电压和电流经计量用互感器变换，对变换后的信号进行滤波和放大处理，再经A/D转换芯片进行模数转换；

步骤3：处理数据，并显示，转换后的信号送给中央处理单元，对电压和电流进行有效值和相量计算，并把计算后的结果存储到双口RAM中，并通过串行总线将数据传送到变电站现场上位机，同时将电流、电压有效值在液晶显示屏上显示；

步骤4：阻抗在线辨识，变电站现场上位机通过对接收到的数据进行变压器绕组阻抗计算，利用最小二乘法实现绕组阻抗的在线辨识，对变压器进行预警和故障报告；

步骤5：远程监控，将中央处理单元处理数据传送到现场上位机的数据库进行保存，通过互联网TCP/IP传输协议，将现场图像界面数据传输给远程监控机，使得远程监控机能对变电站现场上位机进行监控和操作；

步骤6：结束。

所述的利用最小二乘法实现绕组阻抗的在线辨识，其参数方程为：

y＝θ₁u₁+θ₂u₂+...θ_nu_n，写成矩阵形式：Y＝Φθ，

定义误差向量e，其中e＝[e_1，，e₂，...e_m]^T，

建立目标函数J， $J=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{e_i}^2={[Y-\mathrm{\φ\θ}]}^T[Y-\mathrm{\φ\θ}],$ 选择一组

使目标函数J为最小，

解得 $\widehat{\mathrm{\θ}}={\left[{\mathrm{\φ}}^T\mathrm{\φ}\right]}^{-1}{\mathrm{\φ}}^{T}Y;$

将电压作为输出量Y，电流作为输入量Φ，

为辨识出的绕组阻抗。

所述的预警和故障报告，通过递推最小二乘法将当前绕组计算得出，在上位机显示出绕组阻抗曲线，通过绕组阻抗连续变化曲线来判别，阻抗变化范围超过5％发出预警信号，现场装置红灯闪烁和上位机语音报警。其中上位机语音报警由上位机监控软件中的SoundM()函数发出指令，调用后缀为Alarm.mp3格式的语音文件报警。

如图3所示，数据采集流程图，步骤如下：

步骤1：开始；

步骤2：定义任务的局部变量，其中局部变量指辅助完成计时、临时变量；

步骤3：设置采集参数；

步骤4：启动A/D转换，通过定时器计时触发中断启动AD转换；

步骤5：开始采样；

步骤6：判断转换是否完成，是，转换完成后A/D转换芯片发出中断信号INT0，进入步骤7；

否，进入步骤5；

步骤7：保存转化数据到SRAM；

步骤8：采样数加1，采样数变量初始值为0，每采集完一个，加1；

步骤9：判断采样点是否大于64，是进入步骤10，否，进入步骤5；

步骤10：执行任务调读，把采集到的64个数据传递给新的存储接收单元准备计算。

如图4示，本发明的通讯软件流程图，采用CAN2.0B协议来完成数据的传输，节点的软件设计主要包括三大部分：

(1)初始化子程序

初始化只有在复位模式下才可以进行，包括工作方式的设置、接收滤波方式的设置、接收屏蔽寄存器和接收代码寄存器的设置、波特率参数设置和中断允许寄存器的设置；

(2)报文发送子程序

发送子程序负责节点报文的发送，发送时用户只需将待发送的数据按特定格式组合成一帧报文，送入发送缓存区中，然后启动发送；

(3)报文接收子程序

接收子程序负责节点报文的接收，报文的接收主要有两种方式：中断接收方式和查询接收方式。中断接收方式为通过等待中断源来触发接收子程序，如某个节点的中断寄存器中接收中断标志位为1，则开始响应接收子程序，通信实时性较高；查询接收方式为对轮询各个节点口，占用大量控制器资源，通信实时性不高，但采用查询接收方式，不占用控制器中断源。

本发明针对CAN总线通讯时进行详细描述，上位机装有具有PCI接口的CAN适配器，通过CAN智能节点和CAN适配器，并采用CAN2.0B通信协议，实现CAN串行总线上的数据传送。

CAN总线节点的软件设计主要包括三大部分：CAN节点初始化、报文发送和报文接收。

(1)初始化子程序

CAN通信控制器SJA1000的初始化只有在复位模式下才可以进行，初始化主要包括工作方式的设置、接收滤波方式的设置、接收屏蔽寄存器(AMR)和接收代码寄存器(ACR)的设置、波特率参数设置和中断允许寄存器(IER)的设置等。在完成CAN通信控制器SJA1000的初始化设置以后，CAN通信控制器SJA1000就可以回到工作状态，进行正常的通信任务。

(2)发送子程序

发送子程序负责节点报文的发送。微处理器可直接将标识符和数据送入发送缓冲区，然后置位命令寄存器CMR中的发送请求位TR，启动CAN核心模块读取发送缓冲区中的数据，按CAN2.0B协议封装成一完整CAN信息帧，通过收发器82C250发往总线。发送程序分发送远程帧和数据帧两种，远程帧无数据场。

(3)接收子程序

接收子程序负责节点报文的接收以及其它情况处理。接收子程序比发送子程序要复杂一些，因为在处理接收报文的过程中，同时要对诸如总线脱离、错误报警、接收溢出等情况进行处理。CAN通信控制器SJA1000报文的接收主要有两种方式：中断接收方式和查询接收方式，由于本装置对通信实时性要求较高，故采用采用中断接收方式。

本发明装置的结构图如图5示，包括电源单元1、数据采集单元2、中央处理单元3、通讯单元4、显示单元5、电源开关6、显示灯7、电源接口8、RS485总线接口9、CAN总线接口10、以太网接口11、电流接口12、电压接口13和背板14。

其电源单元1包括开关6和电源接口8，电源单元1分别与数据采集单元2、中央处理单元3、通讯单元4和显示单元5相连；数据采集单元2包括电流接口12和电压接口13；中央处理单元3包括DSP处理器和嵌入式处理器、时钟芯片、看门狗、EEPROM、有源晶振；通讯单元4包括RS232总线接口9、RS485总线接口10和CAN总线接口11；各单元为插件式结构，便于扩展，各单元间通过背板14上的总线进行连接；前面板包括显示单元5、电源开关6、显示灯7。如图7，由开关电源和电源转换电路组成，提供+3.3V/1A、+5V/1A、+12V/0.1A、-12V/0.1A、+24V/0.1A直流电，各供电回路分别独立对地。+5V经由低通滤波电路、消噪电路和电压转换芯片组成的电压变换电路变换为+3.3V，再经稳压管稳压后给DSP处理器及相关外围电路供电，+5V给嵌入式处理器及相关外围电路供电，+12V/-12V给运算放大器TL082IP供电，+24V给继电器ST2-DC24V供电。

本发明装置的一个实施例的中央处理单元结构：包括DSP处理器TMS320LF2407、嵌入式处理器S3C44B0X、双口RAM芯片IDT70261，DSP处理器TMS320LF2407的外围电路为有源晶振、看门狗Max705、时钟芯片DS1307、EEPROM芯片MCM2814，时钟芯片通过I2C总线连接到TMS320LF2407的SCLS和SDAS引脚，给TMS320LF2407提供时间基准；E2PROM芯片通过I2C连接到TMS320LF2407的SCL和SDA引脚，扩展TMS320LF2407的存储空间；看门狗的RESET脚连接到TMS320LF2407的RST引脚，防止装置死机；嵌入式处理器S3C44B0X的外围电路包括源晶振、看门狗Max705，看门狗的RESET脚连接到S3C44B0X的RST引脚，防止装置死机；双口RAM芯片IDT70261通过数据总线、地址线和控制线，将DSP处理器TMS320LF2407和嵌入式处理器S3C44B0X连接起来，允许两个处理器同时从两个端口高速读写数据。

本发明装置中数据采集单元的结构：包括电压互感器、电流互感器、信号调理电路和A/D转换芯片，由于采集的电流、电压信号变化范围很大，为了提高A/D变换的精度和采样的分辨率，把电气量信号分成大信号和小信号两组，采用不同的电流、电压互感器来获得，大电流、电压信号由空心互感器得到，小电流、电压信号由铁心互感器得到。从变压器一次侧、二次侧的电压互感器和电流互感器获取采样电压(0~500V)和采样电流信号(0~100A)，电压和电流信号再分别经装置内部高精密电压和电流变换器进行变换后进行采样，采样信号经积分电路、跟随电路、运算放大电路、滤波隔直电路、多路开关选通电路，变换成一定幅度的交流电压信号。具体的采集电路如图8所示。信号调理电路包括运算放大电路和滤波电路，运算放大电路由TL082芯片和跟随电路组成，TL082的放大范围为-12V到+12V；滤波电路采用RC阻容滤波电路，如图14所示；由AD7864内的硬件电路进行多路开关选通，自动选择转换通道。本发明装置可承受采集最大电压为500V、最大电流为100A。

AD7864是高精度12位模数转换芯片，4路转换通道同时采集，采样速率为1.65us，转换电压范围为±10V或±5V，可自行选择，采用+5V供电，低功耗仅为90mW。经电压计量变换器变换后的电压量和经电流计量变换器变换后的电压量经AD7864-1模数转换芯片转换成数字量，产生的数字量通过AD芯片12位总线传送给DSP处理器TMS320LF2407，为电压有效值、电流有效值、绕组阻抗有效值的数值计算和处理做准备。具体A/D转换电路见图9。本发明设计的采样单元采样输入电压范围为0~500V，采样输入电流范围为0~100A，具有高速率、低功耗(仅消耗90mW)、4路同时采集、实现12位高精度模数转换、+5V方便供电等特点。经过主程序建立任务后，数据采集任务开始工作，根据额定的采样频率给定时器赋值，当定时器产生中断后，产生以宽度为50ns的低脉冲给CONVST作为AD转换启动信号。这样一片AD7864同时对4个通道采样保持，并进行A/D转换。当转换完成后产生一个外部中断给CPU，启动相应中断服务程序，进行数据读取，保存。由于进行A/D转换采样点的正确性与系统频率有着密切的关联，所以要进行频率跟踪程序设计。

本发明装置中通讯单元可由三种方式实现，分别为RS232、RS485、CAN总线。通讯单元主要传输经DSP处理器运算处理后得到的电流、电压的有效值，将有效值传给上位机的接收缓冲寄存器，上位机将接收缓冲寄存器里的值存储到数据库中，为历史记录查询和计算变压器绕组阻抗做准备。

RS232通讯的实现，RS-232接口是目前最常用地一种串口通信接口。本发明采用DB-9型9针的连接器，它的每根引针号都按规定连接RS-232所用的信号线，把数据终端与数据通讯设备连接起来。由于DSP内部包含了异步串行通信控制模块，所以在通讯单元板上只需加上驱动电路部分即可。驱动电路主要完成将SCI输出的0～3.3V电平转换成异步串口电平的工作。转换电平的工作由MAX232CPE芯片完成，但由于它是5V器件所以它同DSP间的信号线必须有电平转换。电平转换芯片MAX232与DSP的连接如图10所示。

RS485通讯的实现，电路原理图见图11，RS485串行总线接口标准以差分平衡方式传输信号，具有很强的抗共模干扰的能力，允许一对双绞线上一个发送器驱动多个负载设备。虽然RS-485接口采用的是差分传输方式，具有一定的抗共模干扰的能力，但当共模电压超过RS-485接收器的极限接收电压，即大于+12V或小于-7V时，接收器就再也无法正常工作，严重时甚至会烧毁芯片和仪器设备。通过DC-DC将系统电源和RS-485收发器的电源隔离；通过光藕将信号隔离，彻底消除共模电压的影响。RS485接口芯片在使用、焊接或设备的运输途中都有可能受到静电的冲击而损坏。户外的使用场合，接口芯片乃至整个系统还有可能遭致雷电的袭击。又由于信号在传输过程中会产生电磁干扰和终端反射，使有效信号和无效信号在传输线上相互迭加，严重时会使通信无法正常进行。采用Max1482EPD组成的通讯电路很好的解决了这些问题，芯片的驱动器设计成限斜率方式，使输出信号边沿小要过陡，以不致于在传输线上产生过多的高频分量，从而有效地扼制干扰的产生。

CAN通讯的实现，本发明所设计CAN总线系统智能节点，采用S3C44B0X作为节点的微处理器，在CAN总线通信接口中，采用PHILIPS公司的SJA1000和82C250芯片。SJA1000是独立CAN通信控制器，82C250为高性能CAN总线收发器。

如图12所示为CAN总线系统智能节点硬件电路原理图。从图中可以看出，电路主要由四部分所构成：微处理器S3C44B0X、独立CAN通信控制器SJA1000、CAN总线收发器82C250和高速光电耦合器6N137。微处理器S3C44B0X负责SJA1000的初始化，通过控制SJA1000实现数据的接收和发送等通信任务。SJA1000的AD0~AD7连接到S3C44B0X的PO口，CS连接到S3C44B0X的P2.0，P2.0为0时的CPU片外存贮器地址可选中SJA1000，CPU通过这些地址可对SJA1000执行相应的读写操作。SJA1000的RD、WR、ALE分别与S3C44B0X的对应引脚相连，INT接S3C44B0X的INT0，S3C44B0X也可通过中断方式访问SJA1000。为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，SJA1000的TXO和RXO并不是直接与S3C44B0X的TXD和RXD相连，而是通过高速光耦6N137后与S3C44B0X相连，这样就很好的实现了总线上各CAN节点间的电气隔离。光耦部分电路所采用的两个电源VCC和VDD完全隔离。电源的完全隔离采用小功率电源隔离模块或多带一个5V隔离输出的开关电源模块实现。提高节点的稳定性和安全性。82C250与CAN总线的接口部分采用安全和抗干扰措施。82C250的CANH和CANL引脚各自通过一个5欧的电阻与CAN总线相连，电阻可起到一定的限流作用，保护82C250免受过流的冲击。CANH和CANL与地之间并联了两个30pF的小电容，可以起到滤除总线上的高频干扰和一定的防电磁辐射的能力。另外在两根CAN总线接入端与地之间分别反接了一个保护二极管，当CAN总线有较高的负电压时，通过二极管的短路可起到一定的过压保护作用。82C250的Rs脚上接有一个斜率电阻，电阻大小可根据总线通讯速度适当调整，一般16K~140K之间。

本发明装置中显示单元的实现。显示单元由大屏幕液晶显示模块、74HC138、74HC00、74HC573组成，液晶显示模块HG12605-A与嵌入式处理器S3C44B0X接口采用8位数据线并行输入输出和8条控制线，将RD、WR通过逻辑组合生成读写使能信号。将A0、A1分别连接到CS1、CS2引脚，将四个控制信号映射到S3C44B0X的地址空间上，方便程序的编写。用74HC138生成片选信号，方便以后扩充其他外围芯片。液晶显示芯片采用专业液晶显示矽创公司的ST7920，液晶显示模块含有汉字库，加快液晶程序的编写，可以实现显示字母、数字符号、中文字型及自定义图像，通过可调电阻可实现亮度和对比度调节，输出类型可实现点阵输出、文本输出、图形输出。液晶模块接口电路图见图13。

本发明装置中抗干扰的实现。

装置内部存在强烈的电磁污染，这些污染源包括主线路上的谐波和过电压及主线路开关过程中的电磁辐射和真空开关的射线辐射、驱动线路的电磁辐射等，所以在设计时必须注意抗干扰的防护。提高抗干扰的能力可以从硬件和软件设计两方面加以改善和提高。

(1)硬件抗干扰：对于电磁污染源的防治措施包括电磁屏蔽、减小回路面积以及对电压或电流的突变进行缓冲等。电磁干扰主要的传导途径包括电场、磁场的耦合和线路的传导，所以驱动器的电磁干扰措施防止主要采取电磁屏蔽和滤波。

(2)软件抗干扰：信号采集的精度和处理的实时性是提高智能控制单元实现精确判断和动作的前提，然而信号采集受环境因素影响很大；利用小波变换技术结合改进式傅氏算法和人工智能对采样信号处理，可以提高系统的抗干扰能力。

本发明的一个实施例中，现场上位机中嵌入现场检测软件，远程控制机中嵌入远程监控软件，现场监测软件由“现场数据通讯”和“参数曲线显示”两部分组成，软件采用模块化设计。现场监测软件实现两大功能：功能一是向远程监控软件端发送变压器运行状况信息和接收远程调用指令；功能二是与现场变压器信号采集单元进行数据通讯传输，完成现场上位机与信号采集装置之间的电压量、电流量的串口数据通讯；通过递推最小二乘法分析计算出变压器绕组阻抗，对变压器的电压量、电流量、绕组阻抗进行实时数据曲线显示，并对绕组阻抗曲线进行阻抗值变化判别，绕组阻抗值超过5％进行变压器故障预警。

现场监测软件主界面中的菜单包括：文件菜单、变压器参数曲线菜单、运行菜单、窗口选择菜单、设置菜单。同时为了操作方便，设置了后退、前进、退出、设置串口快捷图标。在主界面右侧为电阻、电抗值实时显示区域。

“文件”菜单，可以实现文件的打开、存储、另存为和退出程序功能。

“变压器参数曲线”菜单，下面可以选择的子菜单有“电流曲线界面”、“电压曲线界面”和“阻抗曲线界面”。“电流曲线界面”是电流的负荷曲线，反映电流信号的有效值，点击放大按键，弹出放大的实时电流曲线图并可查看该项有效值、最大值、最小值参数。“电压曲线界面”反映的是20ms为一个周波的电压实时曲线图，同电流相同，点击放大按键，可查看放大曲线图；“阻抗曲线界面”显示阻抗曲线的数值随时间变化的情况。在每个图形内，共画出参数值100点的记录，画满100点后反复更新。

“运行”菜单包括开始接收数据，暂停接收数据控制项，主要实现对数据读取操作。

“窗口选择”菜单包括前进、后退，同时在菜单栏中也设置了后退和前进快捷图标。

“设置”菜单包括“串口设置”、“参数设置”、“报警设置”。同时菜单栏中也设置了串口设置快捷图标，点击图标弹出串口设置对话框，进行串口选择、波特率选择、奇偶校验选择、数据位选择和停止位选择设置；参数设置主要是对变压器的参数进行设置，选择该选项弹出变压器参数设置对话框，进行变压器型号、容量、电压等级、连接组别、变压器相数、变压器变比、负载损耗、空载电流、阻抗电压、系统时间、A相电压互感器变比和电流互感器变比、B相电压互感器变比和电流互感器变比、C相电压互感器变比和电流互感器变比设置；报警设置是对变压器报警参数值进行设置，当电抗值变化率大于设定值时，会发出自动报警信号，提示工作人员进行及时检修。

远程监控软件由“界面部分”和“数据处理部分”组成。在远程控制端显示出变电站现场上位机屏幕上的变压器运行参数是十分重要的。通过内存管理、图形存取和图像压缩传输技术，在远程控制端发出指令后，现场上位机获取屏幕信息，对图象数据文件进行压缩，通过TCP/IP协议把处理后的图像数据发送到远程控制端计算机并显示出来。

(1)界面部分：“关机及重启设置界面”；“键盘鼠标上锁及解锁界面界面”；“网络登陆验证界面”，包括输入用户IP地址、用户名和密码，进行数据验证；“远程登陆显示界面”，将现场工控机界面嵌入远端监控PC机提供父窗的指定位置上。

(2)数据处理部分：数据处理部分包括远程控制端与现场上位机的连接、验证身份、接受现场上位机传输过来的数据，进行数据分析(区分是图形还是操作信息)；创建窗口，将接收的图形进行数据处理解压缩，显示在窗口上；将键盘鼠标及关机重启系统控制信息发送至现场上位机。

监测软件执行具体步骤为：

一、运行远程监控软件程序；

二、验证登录远程监控软件的权限；

三、与现场工控机通信连接成功后，调用现场监控软件程序；

四、验证现场监控软件登陆使用权限；

五、设置串口参数、显示方式等；

六、开始接受上传数据；

七、显示计算处理后的参数曲线；

八、进行动态数据库存储；

九、显示绕组变化曲线；

十、变压器预警判别。

Claims (7)

1、一种电力变压器绕组参数在线实时辨识方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：开始；

步骤2：采集数据，将变压器一、二次侧电压和电流经过电压变换器和电流变换器变换后传输到数据采集单元，数据采集单元将送进来的电压和电流经计量用互感器变换，对变换后的信号进行滤波和放大处理，再经A/D转换芯片进行模数转换；

步骤3：处理数据，并显示，转换后的信号送给中央处理单元，对电压和电流进行有效值和相量计算，并把计算后的结果存储到双口RAM中，并通过串行总线将数据传送到变电站现场上位机，同时将电流、电压有效值在液晶显示屏上显示；

步骤4：阻抗在线辨识，变电站现场上位机通过对接收到的数据进行变压器绕组阻抗计算，利用最小二乘法实现绕组阻抗的在线辨识，对变压器进行预警和故障报告；

步骤5：远程监控，将中央处理单元处理数据传送到现场上位机的数据库进行保存，通过互联网TCP/IP传输协议，将现场图像界面数据传输给远程监控机，使得远程监控机能对变电站现场上位机进行监控和操作；

步骤6：结束。

2、根据权利要求1所述的一种电力变压器绕组参数在线实时辨识方法，其特征在于所述的步骤4中利用最小二乘法实现绕组阻抗的在线辨识，其参数方程为：

y＝θ₁u₁+θ₂u₂+...θ_nu_n，写成矩阵形式：Y＝Φθ，

定义误差向量e，其中e＝[e_1，，e₂，...e_m]^T，

建立目标函数J， $J=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{e_i}^2={[Y-\mathrm{\φ\θ}]}^T[Y-\mathrm{\φ\θ}],$ 选择一组

使目标函数J为最小，

解得 $\widehat{\mathrm{\θ}}={\left[{\mathrm{\φ}}^T\mathrm{\φ}\right]}^{-1}{\mathrm{\φ}}^{T}Y;$

将电压作为输出量Y，电流作为输入量Φ，

为辨识出的绕组阻抗。

3、根据权利要求1所述的一种电力变压器绕组参数在线实时辨识方法，其特征在于所述的预警和故障报告，通过递推最小二乘法将当前绕组计算得出，在上位机显示出绕组阻抗曲线，通过绕组阻抗连续变化曲线来判别，阻抗变化范围超过5％发出预警信号，现场装置红灯闪烁和上位机语音报警。

4、根据权利要求1所述的一种电力变压器绕组参数在线实时辨识方法，其特征在于所述的步骤3中，采用串口通讯协议来将数据传送到变电站现场上位机，节点的软件设计包括三部分：

(1)初始化子程序

初始化只有在复位模式下才可以进行，包括工作方式的设置、接收滤波方式的设置、接收屏蔽寄存器和接收代码寄存器的设置、波特率参数设置和中断允许寄存器的设置；

(2)报文发送子程序

发送子程序负责节点报文的发送，将标识符和数据送入发送缓冲区，然后置位命令寄存器CMR中的发送请求位TR，启动CAN核心模块读取发送缓冲区中的数据，按CAN2.0B协议封装成一完整CAN信息帧，通过收发器发往总线；

(3)报文接收子程序

接收子程序负责节点报文的接收，报文的接收主要有两种方式：中断接收方式和查询接收方式。

5、根据权利要求1所述的一种电力变压器绕组参数在线实时辨识方法，其特征在于所述的步骤2中，数据采集单元采集数据步骤如下：

步骤1：开始；

步骤2：定义任务的局部变量，其中局部变量指辅助完成计时、临时变量；

步骤3：设置采集电压、电流参数；

步骤4：启动A/D转换，通过定时器计时触发中断启动A/D转换；

步骤5：开始采样；

步骤6：判断转换是否完成，是，A/D转换芯片发出中断信号INT0，进入步骤7；否，进入步骤5；

步骤7：保存转化数据到SRAM；

步骤8：采样数加1，采样数变量初始值为0，每采集完一个，加1；

步骤9：判断采样点是否大于64，是进入步骤10，否，进入步骤5；

步骤10：执行任务调读，把采集到的64个数据传递给新的存储接收单元准备计算。

6、一种电力变压器绕组参数在线实时辨识方法所采用的装置，其特征在于包括电源单元、通讯单元、数据采集单元、显示单元、中央处理单元，

所述的高速数据采集单元，包括电压互感器、电流互感器、信号调理电路和A/D转换芯片，采集变压器现场电压量和电流量，分别经过电压互感器、电流互感器进行转换，再经信号调理电路和A/D转换芯片转换成数字量，将数字量传送给中央处理单元；

所述的中央处理单元，包括嵌入式处理器和DSP处理器，两处理器之间通过双口RAM连接，实现采样数据数值计算处理，其中DSP处理器连接有时钟芯片、EEPROM、看门狗以及有源晶振，其中嵌入式处理器与串行通信接口、报警显示灯、液晶显示屏、按键连接；

所述的通讯单元，通过RS232总线或RS485总线或CAN总线将中央处理单元中处理完数据传递给现场上位机；

所述的电源单元，由电源和电源转换电路组成，将电源电压转换分别对中央处理器单元、数据采集单元供电；

所述的显示单元是液晶显示屏，嵌入式处理器对液晶显示屏进行指令传输，实现图形显示。

7、根据权利要求6所述的一种电力变压器绕组参数在线实时辨识方法所采用的装置，其特征在于所述的CAN总线与现场监控机连接，由四部分所构成：微处理器、CAN通信控制器、CAN总线收发器和高速光电耦合器，微处理器负责CAN通信控制器的初始化，通过控制CAN通信控制器实现数据的接收和发送通信任务，CAN通信控制器通过高速光耦后与微处理器相连，CAN总线收发器的CANH和CANL引脚各自通过一个电阻与CAN总线相连，CANH和CANL与地之间并联了两个小电容，在两根CAN总线接入端与地之间分别反接了一个保护二极管。

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