Conception d’une sous-station intelligente de type boîte de 10 kV basée sur la plateforme IoT Gizwits + STM32

Le système de télécommande de sous-station intelligente de type boîte de 10 kV présenté dans cet article a été conçu et développé par Tian Hui de l’Université des sciences et technologies de Xi’an.

Le système prend la conception d’un système intelligent de changement de boîte de 10 kV pour un appartement étudiant dans un collège comme arrière-plan d’ingénierie, et conçoit un système intelligent de changement de boîtier de 10 kV basé sur le Internet des objets. Le système se compose de trois parties: couche de perception, Couche de communication et couche d’application. La couche de perception est responsable de la collecte et de la transmission des données du capteur au contrôleur de terrain.

Y compris l’équipement système secondaire tel que les dispositifs de protection des micro-ordinateurs, Compteurs de réseau intelligents, et contrôleurs intelligents de compensation de puissance réactive, ainsi que des équipements de détection de l’environnement tels que la température et l’humidité, fumée, et capteurs d’immersion dans l’eau. Le contrôleur sur site utilise un microprocesseur embarqué STM32, y compris l’écran LCD, Module d’alarme vocale, module de communication relais et GPRS, etc.; la couche de communication utilise la communication sans fil GPRS, qui est responsable de la transmission bidirectionnelle des données entre le contrôleur sur site et la plate-forme cloud; La plate-forme cloud Gizwits développe un système de surveillance à distance et une application mobile pour les transformateurs de type boîte, qui est responsable du stockage, Analyse et traitement des données de fonctionnement du transformateur de type boîte.

Ce système réalise enfin la surveillance à distance par l'utilisateur des paramètres environnementaux tels que la température et l'humidité variables, Détecteur de fumée et eau de la fosse de fondation, ainsi que des paramètres électriques tels que le courant, tension, Fréquence et facteur de puissance, et l’état de fonctionnement de l’équipement via l’ordinateur WEB ou l’application mobile.

En cas d’anomalie ou de défaut dans le fonctionnement du transformateur de type boîte, Le système de surveillance juge automatiquement le niveau de défaut, et envoie une alarme à travers différentes combinaisons de cloches sur place, application pour téléphone mobile, SMS et téléphone, etc., et informe le personnel concerné d’éliminer les problèmes cachés à temps et de prévenir les accidents électriques. . Il convient à la surveillance à distance et à la gestion centralisée des transformateurs de boîte et des salles de distribution d’énergie, et peut grandement améliorer le niveau d’intelligence et la sécurité et la fiabilité de l’alimentation électrique des équipements de distribution d’énergie dans les écoles, Entreprises et collectivités.

1. Introduction

Avec la construction et le développement de l’économie sociale et du réseau de distribution, il y a de plus en plus de transformateurs à boîtier 10kV. La sous-station traditionnelle de type boîte 10kV adopte généralement le mode de fonctionnement de l’inspection régulière sans surveillance et manuelle, qui a un faible degré d’intelligence et manque de systèmes de surveillance à distance et d’alarme de panne pour l’environnement et l’équipement. Maintenant, avec le développement rapide de la technologie des capteurs intelligents, Technologie embarquée, les technologies de communication et d’informatique en nuage et la réduction des coûts, la sous-station de type boîte intelligente 10kV basée sur l’Internet des objets est devenue le meilleur choix pour la mise à niveau et la transformation des sous-stations traditionnelles de type boîte.

Le système intelligent de surveillance à distance de sous-station de type boîte basé sur l’Internet des objets peut surveiller à distance l’environnement de sous-station de type boîte, Paramètres de fonctionnement et état de l’équipement en temps réel. Comme le montre la figure 1.

Les utilisateurs peuvent surveiller à distance les paramètres environnementaux tels que la température et l’humidité de la boîte, avertisseur de fumée, et l’accumulation d’eau dans les fosses de fondation, ainsi que des paramètres électriques tels que le courant, tension, fréquence, et facteur de puissance, et l’état de l’équipement par le biais d’ordinateurs ou d’applications mobiles à tout moment. Lorsque la sous-station Box fonctionne anormalement ou tombe en panne, le système de surveillance informera automatiquement le personnel concerné par différentes méthodes de téléphonie mobile APP, SMS et téléphone selon le niveau de défaut, afin d’éliminer les défauts cachés à temps et de prévenir les accidents électriques.

10Sous-station de type boîte intelligente kV basée sur l’Internet des objets

Le système de surveillance à distance de la sous-station de type boîte intelligente se compose d’un "LAN de bus de terrain" à l’intérieur de la sous-station de type boîte et un "Plate-forme cloud réseau étendu" à l’extérieur de la sous-station de type boîte. Ce modèle structurel peut être appliqué au développement de systèmes de surveillance à distance pour les équipements secondaires d’approvisionnement en eau Systèmes de surveillance à distance, Systèmes de gestion des frais d’électricité résidentiels, et les systèmes de surveillance à distance des ascenseurs pour améliorer le niveau d’intelligence et de gestion des équipements traditionnels et promouvoir la mise à niveau des industries traditionnelles. Il a une bonne valeur d’application.

2. Conception générale du programme

La conception d’une sous-station de type boîte intelligente basée sur l’Internet des objets est basée sur la conception d’une sous-station de type boîte intelligente de 10 kV dans un appartement d’étudiant. La conception principale du transformateur intelligent de type boîte de 10 kV est la même que celle du transformateur traditionnel de type boîte de 10 kV, et il a tendance à être mature. Cet article se concentre sur la conception intelligente du transformateur de type boîte intelligente 10kV. Voici un bref aperçu du contenu de conception du système primaire du transformateur de type boîte intelligente 10 kV.

2.1 Conception du système primaire de la sous-station intelligente de type boîte de 10 kV

La charge de puissance de No. 5 L’immeuble d’appartements étudiants dans une université est principalement l’éclairage, ordinateurs et charges de climatiseur nouvellement ajoutées. Chaque dortoir est calculé comme suit : 8 personnes, la charge d’éclairage est de 100W, chaque charge de l’ordinateur de l’élève est de 200W, et chaque cintre de type split 1.5P est nouvellement installé avec des climatiseurs La puissance est de 1,3 kW, et la charge d’un dortoir simple est de 3,0 kW. Selon le "Manuel de conception industrielle et civile de l’alimentation électrique et de la distribution", le coefficient de demande de charge électrique du dortoir est 0.7, et le facteur de puissance est 0.8.

Considérant l’augmentation de la charge électrique de l’appartement étudiant à l’avenir, Le transformateur doit réserver une certaine marge, et le transformateur d’une capacité de 1000kVA est sélectionné. Prise en compte du coût d’investissement initial et du coût d’exploitation du transformateur, ainsi que les exigences de la politique nationale d’économie d’énergie et de réduction des émissions, le transformateur immergé dans l’huile entièrement étanche à faible perte S13-M-1000/10-0.4 est sélectionné à cet effet.

Sur la base du calcul statistique de la charge, Calcul de court-circuit, Vérification dynamique de la stabilité et vérification de la stabilité thermique, L’équipement principal du système primaire du transformateur de type boîte est sélectionné. Les modèles spécifiques et les paramètres techniques de l’équipement principal du système primaire sont indiqués dans le tableau 3, Table 4, Table 5 et tableau 6.

Selon les exigences de conception du No. 5 Sous-station de la boîte de projet d’appartement étudiant et calcul de la conception du système primaire, le schéma de câblage principal du système primaire conçu du No. 5 La sous-station de la boîte d’appartement étudiant est illustrée à la figure 2.

Figure 2 : Le schéma de câblage principal du système primaire d’une sous-station de type boîte dans un appartement étudiant dans une université

2.2 Schéma de conception intelligent d’un transformateur de boîte de 10 kV

Viser les défauts de conception et les problèmes existant dans la gestion de l’exploitation de la sous-station traditionnelle de type boîte 10kV, La clé pour résoudre le problème réside dans la construction d’un système en boucle fermée pour la détection, Surveillance à distance et alarme de l’environnement et de l’équipement de la sous-station intelligente de type boîtier, et la conception a une surveillance à distance de l’environnement d’exploitation et de l’équipement électrique Le système de transformateur de boîte intelligent avec diverses fonctions peut collecter et surveiller les paramètres environnementaux tels que le contrôle d’accès du transformateur de boîte, température ambiante et humidité, avertisseur de fumée, et de l’eau dans la tranchée de câbles, ainsi que la tension, courant, Puissance active, Puissance réactive, facteur de puissance, température du câble, transformateur de transformateur, etc..

Signal d’alarme de température corporelle et de gaz et autres paramètres de fonctionnement de l’équipement, Ventilateur d’extraction télécommandé, Dispositif de protection micro-informatique et interrupteur de disjoncteur.

Le système adopte des instruments intelligents et des capteurs intelligents avec des fonctions de communication couramment utilisées dans les sites industriels, et transmet les données collectées au contrôleur de terrain via la communication par bus de terrain, et le contrôleur de terrain transmet les données au serveur ou à l’ordinateur hôte cloud via un module de communication sans fil ou filaire. Réaliser des fonctions telles que la télémétrie, Signalisation et contrôle à distance.

Le système de surveillance à distance du transformateur de boîtier intelligent 10kV basé sur l’Internet des objets utilise des instruments et des capteurs intelligents avec fonction de communication numérique bidirectionnelle, et adopte uniformément l’interface de bus RS485 standard et le protocole de communication Modbus-RTU. Le système de surveillance à distance du transformateur de boîtier intelligent basé sur l’Internet des objets est composé de trois parties: la couche de perception, la couche de communication et la couche application.
* Couche de perception: grâce à divers compteurs intelligents et capteurs intelligents pour collecter divers environnements, Paramètres de fonctionnement de l’équipement et état de fonctionnement de l’équipement du transformateur de boîte, et transmettre les données au contrôleur de terrain via le bus RS485. Le contrôleur de terrain dispose d’un système d’exploitation intégré et d’une collecte de données, Informatique, Fonctions de traitement et de contrôle.
* Couche de communication: Cette couche est la connexion et le lien de transmission et d’échange de données, et est responsable de la transmission bidirectionnelle des données entre la plate-forme cloud et le contrôleur sur site. Selon les conditions de communication réelles du transformateur de type boîte, Diverses méthodes de communication telles que le câble optique filaire, Ethernet ou GPRS sans fil peut être sélectionné pour transmettre des données à la plate-forme cloud.
*Couche d'application: Concevoir et développer un système de surveillance à distance pour les transformateurs de type boîte sur la plate-forme cloud, Responsable de l’envoi, Réception et traitement des données historiques, Surveillance à distance des paramètres de fonctionnement du transformateur de type boîte, et stockage des enregistrements et analyse des données de fonctionnement des événements. Et développer WEB et l’application mobile sur la plate-forme cloud, l’électricien de service peut surveiller les données de fonctionnement et l’état de fonctionnement de l’équipement du transformateur de boîte à tout moment via l’ordinateur ou l’application mobile.

3. Conception matérielle du système

3.1 Réseau local de bus RS485 du site de transformation de boîte

Avec le développement et le progrès de la technologie embarquée et la réduction des coûts, De nombreux instruments de détection, Les capteurs et les actionneurs ont des microprocesseurs intégrés pour les lacunes et les problèmes de transmission de l’information des équipements de terrain traditionnels de type boîte, qui peut compléter la conversion et la linéarisation AD/DA et le filtrage numérique. Une interface de données de communication série est ajoutée à l’intérieur de ces appareils de terrain numériques, et la communication bidirectionnelle série entre les appareils de terrain peut être réalisée en utilisant un protocole de communication standard unifié.

Réseau de bus industriel principalement utilisé à l’heure actuelle.

L’une des clés de la conception du système de surveillance à distance pour les transformateurs de type boîte intelligente consiste à sélectionner des instruments et des capteurs intelligents dotés de fonctions de communication numérique bidirectionnelle, et d’adopter des interfaces de bus et des protocoles de communication standard et unifiés. À partir de la pratique d’ingénierie de la conception de transformation de type boîte intelligente 10kV dans le No. 5 Appartement étudiant, le bus RS485 et le protocole de communication Modbus-RTU généralement pris en charge par des capteurs intelligents sont sélectionnés.

Selon le schéma de câblage principal du système primaire d’un transformateur de boîte dans un appartement étudiant d’un collège et le schéma fonctionnel du système de télésurveillance intelligent de 10 kV, La conception matérielle du système prend le contrôleur de terrain box-transformateur comme noyau, et consiste en un dispositif de protection intégré à un micro-ordinateur, un compteur de réseau intelligent et une puissance réactive intelligente Équipement du système secondaire tel que les compensateurs, et des capteurs de détection de l’environnement tels que Capteurs de fumée de température et d’humidité, Les capteurs de température PT100 et les capteurs d’intrusion d’eau forment le réseau local de bus RS485 du site de transformation box-to-box. Le schéma du système de réseau local de bus RS485 du transformateur de boîtier est illustré à la figure 4.

Schéma du système de réseau local de bus RS485 du site de transformation de type boîte

(1) Bus de communication série RS485

Le mode de communication du bus RS485 est en mode maître-esclave, et le périphérique maître interroge chaque périphérique esclave pour la communication, et un réseau un-à-multipoint peut être établi pour former un système distribué. L’interface RS485 est une interface série basse vitesse largement utilisée, et l’interface RS485 présente les caractéristiques suivantes.
* Interface RS485.

La communication d’interface RS485 adopte le mode de transmission différentielle, et dispose d’une combinaison de haut-parleur équilibré et de récepteur différentiel, et utilise la différence de tension aux deux extrémités du câble pour transmettre des signaux, ce qui améliore considérablement la capacité à résister aux interférences en mode commun et aux interférences antibruit.
* Le bus RS485 a un taux de transmission élevé et une longue distance de transmission. La distance de transmission maximale est d’environ 1200 mètres, et le taux de transmission maximal est de 10 Mbps; son taux de transmission est inversement proportionnel à la distance de transmission, et la distance de transmission maximale peut être atteinte lorsque le débit est inférieur à 20 kbps.
* Prise en charge de plusieurs nœuds. En général, une boucle de bus RS485 peut théoriquement prendre en charge 247 Nœuds de périphériques.

(2) Protocole de communication série Modbus-RTU

Le protocole Modbus est appliqué au réseau de bus industriel. Par le biais du protocole, La communication de données peut être effectuée entre le contrôleur et l’équipement de terrain. Les équipements produits par différents fabricants peuvent former un système de surveillance de réseau de bus industriel suivant un protocole unifié. Le protocole a une structure maître-esclave, un nœud maître dans le réseau, et les autres sont des nœuds esclaves, et chaque nœud esclave a une adresse de périphérique unique.

Dans le réseau de bus série, Le nœud maître démarre une commande, et tous les appareils esclaves recevront la commande. La commande Modbus contient l’adresse du périphérique esclave qui exécute la commande, et le périphérique esclave désigné par le périphérique maître répond en premier, puis exécute la commande. Il y a des sommes de contrôle dans les commandes Modbus pour s’assurer que les commandes entrantes n’ont pas été corrompues. Les commandes Modbus peuvent demander au RTU de modifier sa valeur de registre, lire ou contrôler le port d’E/S, et ordonner à l’appareil de renvoyer une ou plusieurs données de registre.

Modbus inclut ASCII, RTU et TCP trois types de messages. Mode de transmission ASCII, Somme de contrôle LRC, faible efficacité de transmission, mais intuitif, Simple et facile à déboguer. Mode de transmission RTU, utilisation de la vérification CRC, Haute efficacité de transmission, légèrement plus compliqué que ASCII. Manière générale, si la quantité de données à transmettre est faible, vous pouvez envisager d’utiliser le protocole ASCII; si la quantité de données à transmettre est relativement importante, il est préférable d’utiliser le protocole RTU. Pour cette raison,, les instruments intelligents et les capteurs de ce système adoptent uniformément le mode de communication Modbus-RTU.

3.2 Conception matérielle du contrôleur de terrain du transformateur de boîte

Le contrôleur de terrain du transformateur de boîte est composé d’un système embarqué. Le système embarqué est centré sur les applications, Les logiciels et le matériel peuvent être personnalisés, et réalise l’automatisation des équipements, intelligence, et fonctions de surveillance à distance. Il est principalement composé de microprocesseurs embarqués, Matériel connexe, systèmes d'exploitation embarqués, et systèmes logiciels d’application.

(1) Système minimum de microprocesseur STM32

Le système minimal de microprocesseur embarqué comprend un microprocesseur embarqué, Circuit de réinitialisation et circuit de débogage. Le circuit d’horloge fournit le signal d’horloge externe requis, Le circuit de réinitialisation fournit un état initial unifié, et le circuit de débogage fournit une interface pour le téléchargement et le débogage de programmes.
* Option de microprocesseur embarqué. Selon les exigences du système de surveillance à distance du transformateur de boîte intelligent de 10kV pour la performance du contrôleur sur site, ce système choisit la puce STM32F103ZET6 comme microprocesseur principal du contrôleur sur site. Microprocesseur embarqué STM32F103ZET6, Le microcontrôleur a une intégration élevée, Faible consommation d’énergie, et des performances à coût élevé. Il convient à diverses exigences d’application dans le domaine médical industriel, et peut répondre aux exigences d’acquisition de données et de traitement en temps réel de ce système.
* Circuit oscillateur à quartz. Le circuit de l’oscillateur à quartz fournit une impulsion de fréquence fixe au microprocesseur pour que le microprocesseur fonctionne normalement. Le microprocesseur STM32 possède deux oscillateurs à quartz, l’oscillateur à quartz 8MHz fournit une horloge haute vitesse externe, et l’oscillateur à quartz 32,768 kHz fournit une horloge externe à basse vitesse.

* Circuit de réinitialisation. La fonction du circuit de réinitialisation du microprocesseur est de redémarrer le système. En cas de défaillance du système, Appuyez sur le bouton de réinitialisation pour redémarrer l’appareil. Généralement, Le circuit de réinitialisation utilise un signal de bas niveau pour redémarrer.

(2) Conception de circuits électriques

Le système sélectionne une alimentation externe CC avec une tension nominale de 12 V (2Un), et sélectionne un DC 5V (2Un) adaptateur secteur avec interface USB pour alimenter le contrôleur de terrain. L’alimentation 12V DC est connectée à la carte de commande, et l’alimentation DC 12V est abaissée pour obtenir une alimentation DC 5V via le module abaisseur LM2596S. La tension de 5V est ensuite passée à travers la puce de régulation AMS1117-3.3V pour obtenir une tension de 3,3V pour alimenter la puce STM32. Le schéma du circuit du régulateur d’alimentation LM2596S et AMS1117-3.3V est illustré à la figure 8.

(3) Interface RS485 vers module TTL

L’interface RS485 vers le module TTL réalise la conversion et la communication bidirectionnelles du signal RS485 et du signal TTL, mais le signal doit être exécuté alternativement, et ne peut pas être effectuée dans deux directions en même temps. Tous les appareils de terrain utilisent ce module pour se connecter au microcontrôleur, et le schéma de câblage est illustré à la figure 9.

Schéma de câblage du microcontrôleur TFT-LCD et STM32 - Figure 9

(4) Module d’affichage LCD

Étant donné que le contrôleur sur site du système de surveillance à distance de type boîte doit afficher de nombreux chiffres et caractères, un écran à cristaux liquides TFT-LCD de 2,8 pouces est sélectionné comme module d’affichage, et il y a un contrôleur ILI9341 à l’intérieur. Considérez que STM32 peut communiquer avec ILI9341 via l’interface SPI, 8080 interface ou interface RVB. Afin d’obtenir un taux de rafraîchissement plus rapide, Utilisations de TFT-LCD 8080 Interface de bus de données parallèle. STM32 transmet les données à la mémoire du contrôleur ILI9341 via le module FSMC à mémoire statique variable.

(5) Module d’alarme vocale

Lorsque le microprocesseur STM32 détecte qu’il y a une anomalie ou un défaut dans les données de fonctionnement du transformateur de boîtier, Il enverra un message au port série et lancera une alarme vocale. Le module d’alarme vocale sélectionne la puce vocale couramment utilisée SYN6288, et diffuse automatiquement des informations d’alarme vocale en fonction du programme programmé. Le système utilise le code GB2312, qui convient à l’échange d’informations dans le traitement des caractères chinois et la communication des caractères chinois. Le SYN6288 reconnaît également avec précision les nombres, Heures et dates, et unités de mesure couramment utilisées.

(6) Module relais

Le contrôleur de terrain sélectionne un groupe de modules relais d’isolation optocoupleur 2 voies pour contrôler l’ouverture et la fermeture de la sonnette d’alarme et du ventilateur DC 12V, et le relais SSD 220V AC peut être sélectionné en fonction du type d’alimentation et de la puissance du ventilateur d’échappement de type boîte. Chaque module de circuit relais a des contacts normalement ouverts et normalement fermés, ainsi que l’indication de l’état des LED; Chaque circuit relais est isolé par des optocoupleurs, et est équipé d’une diode en roue libre pour libérer la tension induite du relais et protéger le circuit précédent. Lorsque la température ambiante du transformateur de boîte dépasse une certaine plage, Le contrôleur sur site produit un niveau élevé, et un relais d’isolation optocoupleur agit pour allumer le ventilateur pour refroidir; lorsque des défauts graves tels qu’une concentration excessive de fumée se produisent, Le contrôleur pilote un autre relais d’isolation optocoupleur pour se connecter La boucle de sonnette d’alarme envoie une alarme sur site. Pour le schéma de principe de fonctionnement du relais et le schéma de connexion entre le module relais et la puce STM32, Veuillez contacter le fabricant et envoyer la demande.

(7) Module de communication

Selon les exigences de conception du système de surveillance à distance du transformateur de boîte intelligent de 10 kV, la communication entre le transformateur de boîtier intelligent et le cloud choisit la méthode de communication sans fil GPRS à faible coût de trafic. Module GPRS du firmware Gizwits.
*Module GPRS du firmware Gizwits (G510_GAgent firmware). Ce module est un programme d’application fonctionnant sur différents modules de communication, Fournir des fonctions telles que la transmission bidirectionnelle des données du cloud et des appareils du produit, Configuration de l’appareil dans le réseau, Découverte et liaison, et mises à niveau du programme. Le schéma de circuit entre le module GPRS et le contrôleur principal peut être obtenu en contactant le fabricant.

*Module GPRS-GA6. Ce module permet de réaliser la transmission de la voix, messages courts et données à faible consommation d’énergie. Il convient à diverses exigences de conception dans les applications M2M, Spécialement pour la conception de produits compacts. Deuxièmement, le protocole de communication adopte la transmission de bus de port série UART, utilise des commandes AT standard pour contrôler le module, et sélectionne le débit en bauds de 115200 bps. Communiquez avec le Fabricant IoT pour le schéma du circuit de connexion du module GPRS-GA6 et du microcontrôleur STM32.

3.3 Dispositif de protection complète pour micro-ordinateur

Selon la spécification de conception de protection des transformateurs de puissance (Go/T 50062-2008), 10Les transformateurs kV doivent généralement installer une protection contre les surintensités avec une limite de temps. Le dispositif de protection du micro-ordinateur a la protection, Fonctions de mesure et de contrôle des transformateurs et des lignes, ainsi que les fonctions d’acquisition de données, Surveillance et auto-inspection du système, et a une sensibilité et une fiabilité élevées.

Selon les exigences de conception du changement de boîte intelligente 10kV dans l’appartement étudiant, le dispositif de protection complète de type courant Ankerui AM3-I avec fonction de communication RS485 est sélectionné, avec IA, IB, IC, AU, UB, UC, P, Q, Fr et autres électriques Mesure de paramètres, 8-Acquisition du signal du commutateur externe de canal, et les opérations d’ouverture et de fermeture de la télécommande du disjoncteur et d’autres fonctions. Le schéma des bornes de câblage du dispositif de protection des micro-ordinateurs AM3-I est le suivant:

Schéma des bornes de câblage du dispositif de protection de micro-ordinateur AM3-I

3.4. Compteur de réseau intelligent

Les compteurs de réseau intelligents sont utilisés pour détecter des paramètres électriques tels que le courant triphasé, Tension et puissance des circuits de distribution d’énergie basse tension, ainsi que l’état d’ouverture et de fermeture des interrupteurs d’isolation et des disjoncteurs. Selon les exigences de conception du système secondaire de transformateur de boîte intelligent 10kV, Le compteur de réseau intelligent Ankerui ACR avec fonction de communication RS485 est sélectionné, et le schéma de câblage du compteur de réseau intelligent ACR et du transformateur de courant basse tension et le schéma de câblage de l’entrée et de la sortie du commutateur sont sélectionnés.

Transformateur de courant basse tension du compteur de réseau intelligent ACR et schéma de câblage d’entrée et de sortie numérique

Le compteur de réseau intelligent ACR adopte le protocole Modbus-RTU, qui peut mesurer et collecter des paramètres de puissance. La fonction d’entrée du commutateur peut détecter l’état de commutation du commutateur d’isolation et du disjoncteur, et la fonction de sortie relais peut allumer et éteindre à distance le disjoncteur. Le compteur de réseau intelligent ACR dispose d’un plan unifié pour la table d’adresses de communication, qui peut réaliser les trois fonctions distantes de la télémétrie, Signalisation et contrôle à distance.

(1) Conversion AD et calcul du signal analogique AC

Le 3 signaux de tension de phase et 3 signaux actuels (Signaux de sortie du transformateur de courant) directement collectées par le compteur de réseau intelligent ACR sont toutes des grandeurs analogiques, qui doivent être convertis en signaux numériques pouvant être reconnus par le processeur pour le traitement des données. D'abord, le 3 tensions de phase de 220V et 3 Les analogues de courant sont transformés en signaux basse tension via le convertisseur, et convertie en la tension permise par le convertisseur AD via une boucle de formation de tension; , converti en signal numérique par AD et entrée sur le CPU. Le schéma schématique du processus d’échantillonnage et de conversion AD de la grandeur analogique AC peut être obtenu en contactant le fabricant.

* Conversion de tension analogique et filtrage passe-bas. La fonction du circuit de formation de tension est d’isoler et de transformer électriquement l’électricité. Généralement, le convertisseur AD nécessite que le signal d’entrée soit de ±5 V et ±10 V, Ainsi, le rapport de transformation du convertisseur de tension peut être déterminé. Les filtres passe-bas sont divisés en filtres passifs et filtres actifs. Les filtres actifs sont composés de condensateurs, résistances et amplificateurs opérationnels intégrés, qui amplifient le signal tout en filtrant. Les filtres passifs n’ont que des fonctions de filtrage mais pas de fonctions d’amplification du signal.
* Échantillonnage de signaux analogiques. Le processus d'échantillonnage doit suivre le théorème d'échantillonnage de Shannon, c'est, la fréquence d’échantillonnage ne doit pas être inférieure à 2 fois la fréquence la plus élevée du signal d’entrée. Le processus d’échantillonnage est très rapide. L’échantillonnage actuel du convertisseur AD a atteint le niveau de la nanoseconde, alors que la période d’échantillonnage du dispositif automatique du système d’alimentation est au niveau de la milliseconde, afin que les signaux de tension et de courant des six boucles puissent partager un convertisseur AD, mais le circuit de prélèvement doit être équipé d’un dispositif d’échantillonnage et de maintien et d’un interrupteur multiplexeur.
* Conversion AD. Les convertisseurs AD incluent des approximations successives, intégrale, calcul, Comparaison parallèle, et convertisseurs tension-fréquence VFC. Le convertisseur AD à approximation successive est représentatif à la fois de la vitesse et de la précision dans le CAN, et il a une résolution de conversion plus élevée à un taux de conversion plus élevé.

(2) Algorithme d’intégration de valeurs absolues à demi-cycle de quantité électrique sinusoïdale

La clé de l’algorithme logiciel est d’améliorer la précision et la vitesse de fonctionnement de l’algorithme. La clé de l’algorithme d’échantillonnage AC du compteur intelligent est de résoudre comment calculer l’amplitude ou la valeur effective du signal d’échantillonnage sinusoïdal en fonction de la valeur instantanée du signal sinusoïdal.. L’algorithme le plus couramment utilisé pour les quantités sinusoïdales est l’algorithme d’intégration de valeurs absolues à demi-cycle.. Le principe de l’algorithme d’intégration des valeurs absolues à demi-cycle est que l’intégrale de la valeur absolue de la quantité sinusoïdale dans tout demi-cycle est une constante S, et la constante de valeur intégrale S n’a rien à voir avec l’angle de départ intégral . L’algorithme d’intégration de valeurs absolues à demi-cycle basé sur le modèle de fonction sinusoïdale est illustré à la figure 19.

Algorithme d’intégration de valeurs absolues à demi-cycle basé sur un modèle de fonction sinusoïdale

L’expression permettant de calculer la valeur effective du courant à l’aide de l’algorithme intégral de valeur absolue à demi-cycle est illustrée dans la figure ci-dessous:

Dans la formule, S représente l’intégrale de la valeur absolue dans un demi-cycle; I représente la valeur effective de l'; i représente la valeur instantanée du courant; w représente la vitesse angulaire; T représente le cycle d’alimentation CA; f représente la fréquence d’alimentation CA; N représente le nombre d’échantillons dans un cycle ; Ts représente la période d’échantillonnage.

3.5 Capteur de fumée de température et d’humidité RS485

Considérant que la ligne d’alimentation électrique dans le transformateur de type boîte peut avoir des fuites, surcharger, court-circuit et résistance excessive au contact, qui peuvent causer des incendies, et la défaillance du transformateur immergé dans le mazout peut provoquer des incendies. Donc, Il est nécessaire d’installer un capteur de fumée dans le transformateur de type boîte pour la détection d’incendie du transformateur de type boîte. Afin de détecter rapidement les défaillances potentielles. Afin d’assurer la précision de la mesure et de réduire le coût en même temps, la température RS485, Le capteur d’humidité et de fumée trois-en-un est utilisé pour détecter la température, Concentration d’humidité et de fumée dans le transformateur de boîte. Le capteur de température et d’humidité utilise la sonde SHT30. Surtension et interférence d’impulsions sur site. Le capteur a 4 Fils: rouge, noir, jaune, et vert. Pour la méthode de câblage spécifique du capteur de fumée de température et d’humidité, veuillez contacter le fabricant IoT.

Les compteurs et capteurs intelligents conçus dans ce système adoptent le protocole Modbus-RTU, qui peuvent communiquer de manière fiable dans toute la plage de débit en bauds de 1200-115200. Le débit en bauds des compteurs et capteurs intelligents est uniformément réglé à 9600 bps. Le format de transmission de données et le format de conversion de données du capteur sont les suivants:
Format de trame de requête de données de capteur. Le capteur suit le protocole standard Modbus-RTU, et la lecture du capteur est stockée dans le registre d’attente, et le code de fonction est 04. L’ordinateur supérieur lit le format de trame d’enquête de données de capteur, et le format de trame de demande de données de capteur informatique inférieur.

3.6 Transmetteur de température PT100 - principe de fonctionnement du RTD PT100 - Principe de fonctionnement du capteur de température

Le transmetteur de température PT100 est utilisé pour détecter la température du corps du transformateur, Température du câble haute tension et basse tension, Il convient à divers sites industriels. Le transformateur produira des pertes pendant le fonctionnement, principalement la perte de fer et la perte de cuivre, également connu sous le nom de perte de cœur et perte de charge. La perte de cuivre varie avec le courant de charge et est proportionnelle au carré du courant de charge. La formule de calcul de la perte de transformateur est la suivante:

Dans la formule, P0 représente la puissance active du transformateur en marche à vide à la tension nominale; I1 et I2 représentent le courant de ligne haute tension et le courant de ligne côté basse tension; R1 et R2 représentent la résistance côté haute tension et la résistance côté basse tension.

Le transmetteur de température PT100 est intégré avec une interface de bus RS485, et chaque transmetteur de température peut être connecté à 4 Capteurs de température PT100.

3.7 Principe de fonctionnement du transmetteur à immersion dans l'eau

En raison du faible niveau d'eau de la fosse de fondation de la sous-station, il y a souvent une accumulation d'eau dans la tranchée du câble et la fosse de fondation après de fortes pluies, et il existe un risque potentiel de fuite de câble, donc une inspection et un drainage irréguliers sont nécessaires. Dans cette conception, le capteur d'immersion dans l'eau est utilisé pour détecter l'accumulation d'eau dans la fosse de fondation de la sous-structure en caisson. Le capteur à immersion dans l'eau applique le principe de la conduction liquide, et utilise des électrodes pour détecter s'il y a de l'eau. Sélectionnez un détecteur d'immersion dans l'eau de type contact avec fonction de communication RS485. Le principe de fonctionnement du détecteur d'immersion dans l'eau est illustré à la figure 23.

4. Conception de logiciel système

La conception du logiciel système comprend deux parties: the field bus LAN software design of the box-type transformer and the remote monitoring system design of the box-type transformer based on the Gizwits cloud platform. Le dispositif de protection intégré au micro-ordinateur, le compteur de réseau intelligent et le capteur intelligent dans le réseau local de bus de terrain du transformateur de boîte ont un logiciel d'application intégré, ainsi, seule la conception du programme logiciel du contrôleur de champ du transformateur de boîte est requise.

4.1 Conception d'un logiciel de contrôleur de champ pour transformateur de type boîte

Le contrôleur de champ du transformateur de boîte est un système embarqué, et son système logiciel est composé d'un programme d'application, API, système d'exploitation embarqué et BSP (pack d'assistance au conseil d'administration). Selon les caractéristiques de nombreux paramètres, de nombreuses tâches et des exigences élevées en temps réel collectées par le contrôleur de terrain du transformateur de type boîtier intelligent 10kV, le système d'exploitation temps réel embarqué μC/OS-Ⅲ, qui est largement utilisé dans le développement de produits commerciaux et la recherche pédagogique, est sélectionné. μC/OS-Ⅲ considère les tâches comme la plus petite unité, et toute tâche n'a pas besoin de se soucier de la méthode de gestion spécifique des ressources, qui est déterminé par le système d'exploitation.

4.2 Conception du programme logiciel du contrôleur de champ du transformateur de type boîte

L'ensemble de la conception du système logiciel est basé sur le système distribué composé d'instruments intelligents, capteurs, contrôleurs de terrain et plateformes cloud, et la conception et le développement de logiciels d'application sont effectués. Transmission et échange de données, le contrôleur sur site et le serveur cloud Gizwits utilisent le protocole de communication Gizwits dans le micrologiciel GPRS pour la transmission et l'échange de données. L'organigramme du programme principal du logiciel d'application du contrôleur de champ du transformateur de type boîte.

*Programme principal du logiciel. D'abord, initialiser toutes les parties du système, tels que GPIO, port série, horloge, gestion de la mémoire, etc., et créer des tâches dans μC/OS-Ⅲ. STM32 effectue l'acquisition et le traitement des données du capteur, et envoie les informations correctes à l'écran LCD. En même temps, le STM32 envoie des commandes AT au module GPRS-G510, échange des données, se connecte à la plateforme cloud Gizwits via le protocole LwM2M, et juge si le module de communication GPRS est correctement connecté au serveur cloud Gizwits. Si la connexion est réussie, la transmission des données est effectuée. Jugez ensuite si les données traitées sont supérieures au seuil défini.
S'il s'agit d'une panne mineure de la sous-station de boîte, envoyer les informations de données à l'application mobile via la plate-forme cloud; s'il s'agit d'une panne générale, envoyer les informations d'alarme de données à l'application mobile via la plate-forme cloud, et démarrez le module de communication GPRS-GA6 pour envoyer les informations d'alarme via le téléphone mobile SMS; si S'il s'agit d'une faute grave, les informations d'alarme de données seront envoyées à l'application de téléphone mobile via la plate-forme cloud, et le module de communication GPRS-GA6 sera activé pour envoyer les informations d'alarme via le message texte du téléphone portable et appeler le personnel concerné prédéfini.