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图13 双电源切换电路
电源指标要求如下:输入电压变化小于20%时, 输出电压变化小于5%。输出电流不带蓄电池时不低于5A(连续1min), 有蓄电池时不低于15A(连续3s) , 即按一般开关跳合闸电流的1.5倍考虑。正常工作时由馈线电压转换成直流电源供电, 当馈电线路失电时, 自动切换到蓄电池供电。提供一组浮充输出给蓄电池, 平时正常时给蓄电池提供浮充电。电源有一个状态输出, 指示电源的交流状态。
24V直流工作电压进入FTU采集控制板后, 经过DC/DC模块转化为5V, 再由电源芯片转化为3.3V 和1.8V, 按一定顺序为DSP和ARM 的引脚和内核分别供电。本设计中选择的DC/DC转换芯片为DC/DC2405,电源芯片为TPS70351,其连接电路如图14所示。
GND0+24V1C1470uF2GNDVinVoDC-DC2405GNDOV4GNDR11KTPS703513456ENSEQRESETGNDVIN2FB2VOUT2VOUT27GNDGNDGNDPG1123C2220ufC3104+5V12GNDVIN1VIN1GNDVIN1VIN1FB18+3.3V91011R34K713R4 47K1415161.8V3.3VGNDR1GND1K17GND
图14 电源电路
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4 算法设计
4.1 电网参数的计算
电网参数有很多，本文仅给出交流电压、电流，以及功率的计算方法。 4.1.1 电压电流计算
系统的电压电流先经过PT、CT 变换后进行交流采样,本设计采用快速傅里叶算法（FFT）计算电压、电流。快速傅立叶变换（FFT）是离散傅立叶变换(DFT)的快速算法，它是根据离散傅里叶变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。快速傅里叶变换有广泛的应用，如数字信号处理、计算大整数乘法、求解偏微分方程等等[27]。
分别以u、i来表示电网电压、电流，在实际应用中，总是对离散的值进行计算，由离散傅立叶变换得（DFT）得：
1U(k)?N1， [u(n)W]I(k)??Nn?0knN?1?[i(n)Wn?0N?1kn] （4-1）
此处，Wkn?e?j(2?/N) 利用旋转因子
nkWN的对称性，可以简化计算，设样本数为2n时，这种
样本数为2的整数次幂的计算，称为基2-FFT
n/2?1xk??(xn?01nnk （4-2） ?x2ne?j?k)WNx(n)是列长为N的采样序列，可以将其分为奇偶两个序列。 对于奇样本和偶样本可分写为：
N/2?1x2k?
?(xn?01nnk?x2n)WN/2； （4-3）
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nnkx2k?1??[(x1n?x2n)WN]WN/2。 （4-4）
n?0N/2分别以x2k、x2k?1作为实部和虚部，得
xk?x2k?jx2k?1 （4-5）
4.1.2 功率的计算
1N?1有功功率: P??UKIK； （4-6）
N?1K?0视在功率:S?U?I； （4-7） 无功功率:Q?S?S?P?P； （4-8） 功率因数:??P/S。
4.2 故障判断算法
故障判断是本设计中FTU装置的核心功能之一。本设计中的终端装置集检测与自动保护与一体，实时检测电网各项设定参数，在线路发生故障时，FTU能够及时、准确地判断故障类型，生成SOE事件并上报主站，并且适时动作，解决故障，在故障解除后上继续执行监测任务。本文研制的FTU控制器适用于远方控制方式，故障区段是通过主站比较FTU的故障信息决定的。因此，不要求它像保护继电器那样具有选择性，主要是能够检测出故障电流即可。所以本系统采用以下两种故障识别方式:
（l)采用相电流IA、IC突变电流方法检测，若检测到有突变电流产生，则设置标志位，并将标志位及故障电流信息发送至主站。主站通过分析相电流IA、IC之间的关系，进行相间故障的判断。当AC相故障时，IA，IC的值均发生较大变化；当AB相故障时，IA变化大，而IC的值变化不明显；当BC相
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故障时工C变化大，而IA的值变化不明显。这样，仅通过两相电流就可以判断出相间故障。
（2)FTU又可以监测一些高压跳变开关的位置，如果发生故障，则由FTU监测到开关位置发生变化，然后将标志位及故障开关位置信息发送至主站，由主站进行故障识别，发送命令控制FTU进行开关输出操作。
故障判断的状态机制实现的示意图如下图图15所示。图中每一个大圆圈代表故障检测过程中的一种状态，小圆圈内有各个转换条件的编号，各状态之间按箭头指示的方向有条件转换。通过监测线路电压、电流、相角等电网参数，系统能够产生过流、断路器动作、断路器闭锁3类报警，其他状态为内部状态，不作为线路故障状态报警[28]。
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1 断路器闭锁状态 2 5 确认断路器恢复状态 6 确认无压或无流状态 13 14 17 无压或无流状态 11 励磁抑制状态 18 11 9 空闲状态 16正常状态 13 过流恢复状态 9 10 9 确认过流状态 8 3 断路器动作状态 152 确认断路器状态 4 过流状态 7
图15 故障判断状态机制示意图
各状态之间的转换条件： 1重合闸周期； ○
2电压恢复、电流恢复、电压电流恢复； ○
3电压恢复或电压电流恢复； ○4电流恢复； ○
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