面向電力通信的傳輸設(shè)備雙電源供電系統(tǒng)設(shè)計

趙克斌

（國電投新鄉(xiāng)豫新發(fā)電有限責(zé)任公司，河南 新鄉(xiāng) 453011）

0 引 言

傳輸設(shè)備作為實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾O(shè)備，需要通過雙電源供電的方式實現(xiàn)其應(yīng)用。傳輸設(shè)備雙電源供電系統(tǒng)是確保傳輸設(shè)備能夠安全穩(wěn)定供電的重要保證，必須提高對其的重視程度[1]。在以往針對傳輸設(shè)備雙電源供電系統(tǒng)設(shè)計中，主要是通過設(shè)計雙電源，以輸入交流電的方式實現(xiàn)系統(tǒng)傳輸設(shè)備雙電源供電功能。但傳統(tǒng)系統(tǒng)在實際應(yīng)用中存在供電強度低的問題，分析其造成此現(xiàn)象的主要原因為未面向電力通信設(shè)定供電行為約束[2]。因此，本文在面向電力通信的前提下從硬件及軟件兩方面出發(fā)，設(shè)計傳輸設(shè)備雙電源供電系統(tǒng)，致力于從根本上提高傳輸設(shè)備雙電源供電系統(tǒng)的供電能力，進而為傳輸設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計提供系統(tǒng)支持。

1 面向電力通信的傳輸設(shè)備雙電源供電系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 接口電路

面向電力通信的系統(tǒng)硬件設(shè)計中，通過接口電路連接傳輸設(shè)備雙電源[3]。接口電路是嵌入式開發(fā)的重要調(diào)試接口，也是目前嵌入式電路開發(fā)過程中最先進的方式。其在調(diào)試和連接方面具有方便快捷的特點，可以進行在線調(diào)試。本設(shè)計統(tǒng)一采用10 V的接口調(diào)試電路，接口電路如圖1所示。

圖1 接口電路設(shè)計圖

設(shè)計接口電路可以實現(xiàn)傳輸設(shè)備雙電源高效、大量的供電，具有低功耗的優(yōu)勢。在非工作模式下，僅僅依靠普通的電池就可以維持長達半年的時間，而且在傳輸設(shè)備內(nèi)采用這種供電設(shè)計具有省時、省力以及易操作等優(yōu)點。在本文設(shè)計中，接口電路采集節(jié)點使用n個控制模塊，利用輔助適配器等供電設(shè)備供電。

1.2 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器

設(shè)計模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器用于轉(zhuǎn)換接口電路中的數(shù)據(jù)，其精準度直接影響此次設(shè)計系統(tǒng)供電數(shù)據(jù)的傳輸速度。根據(jù)系統(tǒng)的需要選擇型號為TLC5510的8位半閃速架構(gòu)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，該型號模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器不僅具備高速模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的功能，而且還可以轉(zhuǎn)換保持電路。該型號模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器主要性能指標為220 V多電源供電、8位的分辨率、25 Mb/s的最大轉(zhuǎn)換速率、100 ms的轉(zhuǎn)換周期、3.2個時鐘的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)等待時間。外部時鐘信號由TLC5510的C時鐘信號輸入腳傳輸，由內(nèi)部的時鐘信號發(fā)生器轉(zhuǎn)換為單路時鐘信號，用于驅(qū)動兩路采樣比較器，由編碼器生成數(shù)字信號，高四位和低四位合并形成最終的8位傳輸數(shù)據(jù)，至此完成系統(tǒng)硬件設(shè)計。

2 面向電力通信的傳輸設(shè)備雙電源供電系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 面向電力通信的傳輸設(shè)備雙電源供電行為約束

在系統(tǒng)軟件設(shè)計時，整體使用Raw-OS系統(tǒng)進行開發(fā)設(shè)計。考慮到傳輸設(shè)備雙電源在供電中會因為供電能力過高而導(dǎo)致電壓升高的現(xiàn)象，導(dǎo)致抬高節(jié)點電壓。為此，應(yīng)面向電力通信提出傳輸設(shè)備雙電源供電行為約束，設(shè)計傳輸設(shè)備雙電源供電過程中電力通信的DG目標。設(shè)此目標函數(shù)的表達式為F，則有：

式中，Cg表示電力通信信道可承受的最高信號容量；r表示為成環(huán)率；Cm表示為電力通信的容量負荷值；n表示為在執(zhí)行電力通信信息交互工作時傳輸設(shè)備雙電源供電發(fā)生的主動約束行為。根據(jù)式（1）整合約束目標與電力通信信道的信號容量值，設(shè)計傳輸設(shè)備雙電源供電行為約束目標，并調(diào)整帶電變壓器，從而避免電力通信中雙電源供電電壓過高的現(xiàn)象。

2.2 計算傳輸設(shè)備雙電源最大供電強度

在面向電力通信約束傳輸設(shè)備雙電源供電行為的基礎(chǔ)上，本文通過計算傳輸設(shè)備雙電源最大供電強度判斷傳輸設(shè)備雙電源供電能力。設(shè)定傳輸設(shè)備雙電源供電的終端節(jié)點為CTU504，通過CTU504能夠采集傳輸設(shè)備雙電源供電強度數(shù)據(jù)。設(shè)CTU504終端節(jié)點個數(shù)為N，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)至ARW微處理器和上位機顯示供電信息。最后，由ARW微處理器終端進行數(shù)據(jù)處理，根據(jù)算法求得傳輸設(shè)備雙電源最大供電強度，進而給出控制指令[4]。設(shè)傳輸設(shè)備雙電源最大供電強度為maxE(G)，可得：

式中，Egrid指的是傳輸設(shè)備雙電源供電成本節(jié)約函數(shù)；Eloss指的是傳輸設(shè)備雙電源供電收入函數(shù)；Ewind指的是傳輸設(shè)備雙電源供電幅值；Esolae指的是面向電力通信，傳輸設(shè)備雙電源供電網(wǎng)損降低函數(shù)；G指的是決策空間集合。通過式（2）可得出傳輸設(shè)備雙電源最大供電強度。

2.3 實現(xiàn)傳輸設(shè)備雙電源供電

以上述計算得出的傳輸設(shè)備雙電源最大供電強度為依據(jù)，打開傳輸設(shè)備，在系統(tǒng)中輸入傳輸設(shè)備雙電源供電強度范圍，以最大供電強度為上限，以0為下限，保證傳輸設(shè)備處于工作狀態(tài)下啟動雙電源，以兩路輸入的方式實現(xiàn)傳輸設(shè)備雙電源供電。在傳輸設(shè)備雙電源供電過程中，需要保證雙電源均處于平均分擔(dān)傳輸設(shè)備功率的情況下，通過加電測試的方法執(zhí)行傳輸設(shè)備雙電源供電。在此過程中，一定要避免雙電源無法平均分擔(dān)傳輸設(shè)備功率的情況，防止造成傳輸設(shè)備雙電源供電失效[5,6]。至此，完成面向電力通信的傳輸設(shè)備雙電源供電系統(tǒng)設(shè)計。

3 實例分析

3.1 實驗準備

設(shè)計實例分析，選取某傳輸設(shè)備作為本次實驗對象，傳輸設(shè)備參數(shù)要求如表1所示。

表1 某傳輸設(shè)備參數(shù)要求表

結(jié)合表1所示，首先使用本文面向電力通信設(shè)計供電系統(tǒng)執(zhí)行傳輸設(shè)備雙電源供電，通過型號為KLU-HJ01151傳感器測試其供電強度，記為實驗組，而后使用傳統(tǒng)供電系統(tǒng)執(zhí)行傳輸設(shè)備雙電源供電，同樣利用型號為KLU-HJ01151傳感器測試其供電強度，記為對照組。本次實驗內(nèi)容為測試兩種供電系統(tǒng)下的供電強度，供電電壓越穩(wěn)定證明其供電強度越高，供電性能越好。

3.2 實驗結(jié)果分析與結(jié)論

整理實驗數(shù)據(jù)，如表2所示。

表2 實驗結(jié)果對比

通過表2可知，本文設(shè)計的供電系統(tǒng)供電強度明顯高于對照組，針對傳輸設(shè)備雙電源供電效果更好，具有現(xiàn)實意義，值得被大力推廣。

4 結(jié) 論

本文通過實例分析的方式證明了設(shè)計供電系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的適用性，也證明此次優(yōu)化設(shè)計的必要性。因此，通過本文設(shè)計能夠解決傳統(tǒng)傳輸設(shè)備雙電源供電中存在的缺陷。但不足之處主要表現(xiàn)為未對本次供電系統(tǒng)供電強度測定結(jié)果的精密度與準確度進行檢驗，以進一步提高供電系統(tǒng)供電強度測定結(jié)果的可信度，這一點在未來針對此方面的研究中可以加以補足。另外，還需要對傳輸設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計提出深入研究，以提高傳輸設(shè)備的綜合質(zhì)量。