朱 姝 ，黃 偉 ，朱維成

（1.華北電力大學電氣與電子工程學院，北京 102206；2.淮安供電公司，江蘇漣水 223400）

配電智能終端是實現(xiàn)對配電系統(tǒng)正常運行及事故情況下的監(jiān)測、保護、控制、主站數(shù)據(jù)交換與命令執(zhí)行等功能的，目前，單項功能的配電終端技術(shù)已經(jīng)成熟。隨著用戶需求的不斷增長，要求配電終端有多種功能需求。這時，開始出現(xiàn)同一配電設(shè)備同時安裝多個配電終端的情況。且用“掛葫蘆”式的安裝多個終端的做法表面來看是滿足了功能需求，但設(shè)備的運行維護費用卻成倍增加，更重要的是多個終端同時對同一配電設(shè)備進行監(jiān)測，而往往每個終端只考慮了一種通信方式，缺乏多種通信資源的協(xié)同配合。所采集的數(shù)據(jù)重復(fù)又不可能完全一致，這導(dǎo)致采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的及時性、準確性、完整性始終無法保證，不能為分析決策系統(tǒng)提供必要的數(shù)據(jù)支撐[1，2]。

1 新型智能配電終端的設(shè)計

由于新型的智能配電終端要同時解決實時數(shù)據(jù)采集監(jiān)視、遠方就地控制、保護、實時通信等問題，使它既可與主站系統(tǒng)、通信系統(tǒng)共同構(gòu)成完整的自動化與管理系統(tǒng)，也可獨立運行實現(xiàn)本地監(jiān)控、保護功能。那么在保證終端的功能得到實現(xiàn)的情況下，本文基于各個采集板塊信息的兼容和處理提出了一種設(shè)計方法。

1.1 設(shè)計理念

板塊設(shè)計是一種分層的思想，分兩層，如圖1所示。一是將依賴的嵌入式操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、基本的電力信號采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換、存儲、對時、通信、加密壓縮、總線交換、電源管理、顯示處理作為所有終端應(yīng)用的基本支撐模塊；二是將計算、分析、各種不同應(yīng)用對象的控制模塊作為應(yīng)用層，它可以增加，可以減少，且擴展靈活，無需對基本支撐模塊提出新的改動。

1.2 功能分析

目前配電自動化、信息化水平越來越高，再加上智能配電網(wǎng)的建設(shè)，不僅對終端的需求數(shù)量巨大，而且要求配電終端具備模塊化、一體化設(shè)計特性，體現(xiàn)集約化；具備高可靠性、高擴展性、高通信穩(wěn)定性、高通信安全性以及信息采集容量的彈性。要能夠應(yīng)用在不同的環(huán)境下，根據(jù)客戶要求實現(xiàn)多種多樣的功能[3，4]。實現(xiàn)功能分析如圖2所示。

1.3 板塊劃分

因新型智能配電終端要求滿足一次安裝且不斷擴展的要求，滿足開關(guān)、配變臺區(qū)、開閉所、配電房、環(huán)網(wǎng)柜、箱變等配變監(jiān)測點的智能化需求。所以必須對數(shù)據(jù)的采集、命令的發(fā)出、各功能的整合有個統(tǒng)一規(guī)定。實際應(yīng)用中各個板塊的連接方式如圖3所示。

盡管在實際應(yīng)用中，終端不應(yīng)同時接入。但是考慮到事件并發(fā)性，為了及時響應(yīng)主站請求，對每一個主站，終端上都應(yīng)啟動一個獨立的進程（或線程）來與之通信。主站通信模塊啟動后，實時接收主站發(fā)送過來的命令，調(diào)用相應(yīng)的規(guī)約模塊進行解析，然后獲取主站請求的數(shù)據(jù)、組織回復(fù)幀、發(fā)送回復(fù)幀。

當主站請求當前數(shù)據(jù)時，主站通信模塊直接從實時數(shù)據(jù)內(nèi)存中提取最新的數(shù)據(jù)進行回復(fù)；當主站請求歷史數(shù)據(jù)時，主站通信模塊從歷史數(shù)據(jù)庫中提取對應(yīng)的數(shù)據(jù)進行回復(fù)；當主站下發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)命令時，主站通信模塊將此命令投遞到多個主站，但考慮到可擴展性及特殊情況，在程序開發(fā)中還是應(yīng)考慮到建立同時接多個主站的情況的通信模塊，然后接收執(zhí)行結(jié)果，回復(fù)主站。如此等等。

目前暫不考慮終端直接接入載波表的情況，即認為終端只與多功能表及其他智能終端進行通信。通道為RS485串口或其他方式[5]。電能表通信模塊啟動后，根據(jù)采集數(shù)據(jù)的類型，定時通過規(guī)約模塊來組織相應(yīng)的命令幀，發(fā)送，然后接收回復(fù)幀、解析數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)立即保存到實時數(shù)據(jù)內(nèi)存中的對應(yīng)位置。功能板卡通過接線端子和主控板相連（通過CAN總線）。功能板之間相互沒有連接。其中主控板包括：（1）各個功能板塊的連接接口，用以進行數(shù)據(jù)的傳輸，命令的下達等；（2）與主站的通信接口和串行接口監(jiān)測的USB接口；（3）信息總線，即CAN BUS控制器與收發(fā)器；（4）電源調(diào)理電路。主控板的構(gòu)成如圖4所示。

2 數(shù)據(jù)的采集

饋線自動化是實現(xiàn)配電網(wǎng)自動化的核心，也是解決配電網(wǎng)供電可靠性問題的主要環(huán)節(jié)。內(nèi)容包括：（1）正常情況下的狀態(tài)監(jiān)測，數(shù)據(jù)測量；（2）事故狀態(tài)下的故障檢測，故障隔離，負荷轉(zhuǎn)移和供電恢復(fù)。饋線自動化是配電自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)[6]。從前面可以看出，數(shù)據(jù)的傳輸和采集，其命令的下達是極為關(guān)鍵的部分，而在這部分中，必須用統(tǒng)一的規(guī)格來執(zhí)行操作員想法。這里就需要用到通信規(guī)約。

2.1 通信規(guī)約

通信規(guī)約就是一些約定成俗的規(guī)定，這里的規(guī)范規(guī)定了主控板上應(yīng)用程序與其他功能板卡間的數(shù)據(jù)傳輸流程及接口標準，用于板卡間的數(shù)據(jù)傳遞、控制、狀態(tài)監(jiān)視等。

2.1.1 各數(shù)據(jù)代表的含義

各功能板與主控板之間傳遞數(shù)據(jù)的格式如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)傳輸形式

類型標識為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的類型，源地址為是從哪個板塊傳輸出去的，目的地址為要傳輸至的板塊。數(shù)據(jù)域為要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的長度。

2.1.2 數(shù)據(jù)域DATA的內(nèi)容

數(shù)據(jù)域DATA的具體形式如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)域的內(nèi)容

當主控板收到一串以68H開頭的數(shù)據(jù)時，即意味著可能是功能板的傳輸數(shù)據(jù)的開始，ASDU長度為數(shù)據(jù)的長度，ASDU為真正要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的內(nèi)容，校驗碼是數(shù)據(jù)中自帶的一個編碼，用于和電腦生成的校驗碼進行比對，來檢查數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_與否。最后的16H表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)束。只有一直到16H為止中間都沒有錯誤才代表著一次數(shù)據(jù)的傳輸正確。

2.1.3 具體板塊數(shù)據(jù)的格式

以環(huán)境板向主控板傳輸?shù)臄?shù)據(jù)形式為例。環(huán)境板塊向主控板進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问饺绫?所示。其中類型標識、源地址和目的地址是在程序中就已經(jīng)定義好的各個板塊的基本信息。從溫度的整數(shù)部分開始是需要了解和提取的信息。表2中對各個數(shù)值的形式和大小都有規(guī)定。最終將這些數(shù)值提取出就是主控板的一大任務(wù)。

表2 環(huán)境數(shù)據(jù)的具體形式

遙測板塊向主控板進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问饺绫?所示。其中類型標識為已定義的遙測板地址，目的地址為主控板地址，組編號為第幾路的線路信息，從1開始編號。數(shù)據(jù)標志的定義為 0：UA；1：UB；2：UC；3：IA…7：P；8：Q；9：S等等。

表3 遙測板數(shù)據(jù)的具體形式

2.2 功能板塊向主控板傳輸數(shù)據(jù)的流程

主控板是以LINUX為編寫環(huán)境，開發(fā)語言主要選用C++，涉及到比較底層的開發(fā)如驅(qū)動模塊開發(fā)時，可采用C語言。且以遙測變量AskEnvData()環(huán)境變量為例，其傳輸流程如圖6所示。

圖6 傳輸過程

（1）主控板發(fā)出指令要求傳輸環(huán)境變量（oxff為已定義的功能板地址）。

（2）若數(shù)據(jù)長度＞0，則主控板發(fā)出N個脈沖來激活數(shù)據(jù)的傳輸。

（3）主控板發(fā)出命令準備接收環(huán)境板的數(shù)據(jù)。

（4）環(huán)境板上傳數(shù)據(jù)，主控板接收數(shù)據(jù)并檢查數(shù)據(jù)幀的幀頭，進行幀校驗。

（5）若檢測無誤，則進行數(shù)據(jù)幀的接受并解析數(shù)據(jù)幀。

（6）循環(huán)一定次數(shù)，直到完整的數(shù)據(jù)傳輸完成。

（7）進入主板程序，等待其他板塊數(shù)據(jù)傳輸或者遙測板下一次數(shù)據(jù)的傳輸。

2.3 一次正確傳輸數(shù)據(jù)的過程

傳輸一次正確數(shù)據(jù)的正常流程 （以環(huán)境變量為例）：

send cmd to ask env data（主控板要求傳輸環(huán)境變量）

----(68 05 00 0D 00 0xff 00 00 cs 16)（主控板向環(huán)境板要求傳輸?shù)木唧w指令）

send N bytes to active recv data（傳輸N個脈沖來接收環(huán)境板傳輸來的數(shù)值）

Send cmd and prepare for env data need time=%llu ms

（傳輸數(shù)據(jù)需要的時間）

解析數(shù)據(jù) ＞＞＞＞＞＞＞＞＞68 0A 00 0D 0xff 00 1E 00 02 00 01 00 01 cs 16（環(huán)境板將數(shù)據(jù)傳送入主控板，主控板進行解析，將相關(guān)數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫）

3 結(jié)束語

從本文分析中得知，通過提取出基礎(chǔ)模塊來設(shè)計可以自由增減功能的新型配電終端。通過新型配電終端的應(yīng)用可以實現(xiàn)更廣闊的配電網(wǎng)監(jiān)測，體現(xiàn)管理效益，建立更加可靠、靈活的配電網(wǎng)通信體系。當前國家電網(wǎng)公司正在建設(shè)堅強智能電網(wǎng)，對配電終端有提出了新的要求，原有終端已經(jīng)很難滿足智能電網(wǎng)建設(shè)的要求，研究新型智能配電終端勢在必行。所以應(yīng)該在一體化模塊化的方面繼續(xù)探測下去達成智能電網(wǎng)建設(shè)的要求。

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