詹鵬飛　仇天培

（1.國網(wǎng)河南省電力公司鄭州電力公司　河南　鄭州　450000　2.鄭州大學電氣工程學院　河南　鄭州　450000）

智能配網(wǎng)終端通信系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

詹鵬飛1仇天培2

（1.國網(wǎng)河南省電力公司鄭州電力公司河南鄭州4500002.鄭州大學電氣工程學院河南鄭州450000）

智能化配網(wǎng)終端通信系統(tǒng)主要由主站層和子站層、通信網(wǎng)絡(luò)、遠方測控終端等部分構(gòu)成，能夠打破傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)的局限，有效提高通信系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。本文對智能化配網(wǎng)終端的組網(wǎng)架構(gòu)進行分析，從硬件和軟件兩個方面，對智能配網(wǎng)終端通信系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)進行探究，總結(jié)出具體的實施策略，旨在為我國的智能化配網(wǎng)終端通信系統(tǒng)的發(fā)展和完善提供理論幫助。

智能配網(wǎng)終端通信系統(tǒng)；設(shè)計；實現(xiàn)

近年來，我國的經(jīng)濟和社會的發(fā)展速度不斷加快，人們對于生活水平的要求不斷提高，電是生活中的重要組成部分，用電負荷的不斷增加導(dǎo)致了配電網(wǎng)的壓力越來越大，只有不斷完善電力網(wǎng)的配置，提高電能質(zhì)量才能夠滿足人們生產(chǎn)和生活的需要。實踐證明，智能配網(wǎng)終端通信系統(tǒng)是發(fā)展的配網(wǎng)通信發(fā)展的大趨勢，因此，對智能化配網(wǎng)通信系統(tǒng)展開設(shè)計和研究具有重要意義。

1　智能配網(wǎng)終端的組網(wǎng)架構(gòu)

設(shè)計要求為：①通信接口多樣化。智能DTU需要配備多種通信接口，包含光纖以太網(wǎng)、多路電以太網(wǎng)和232接口，目的是與主站的通信模式進行靈活的匹配，避免在對配網(wǎng)進行改造時，帶來的麻煩；②簡化配網(wǎng)的層級。在應(yīng)用智能化配網(wǎng)終端時，可以省去子站裝置，此措施能夠簡化通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層級，在內(nèi)部完成子站與DTU的通信，能夠在很大程度上提高通信過程的可靠性和速度；③IEC61850、IEC61968、IEC61970等都在數(shù)字化標準的基礎(chǔ)之上，采用智能化的信息交換系統(tǒng)能夠提高系統(tǒng)的可操作性，能夠有效接入自動化系統(tǒng)。此外，遠程控制和維護功能能夠在很大程度上節(jié)約通信系統(tǒng)的維護費用，降低成本。

2　智能配網(wǎng)終端的硬件系統(tǒng)設(shè)計

2.1適應(yīng)浮點計算的中斷技術(shù)

配網(wǎng)的故障判斷算法經(jīng)常采用浮點計算，能夠提高計算效率。配網(wǎng)終端的操作系統(tǒng)具有實時性，在任務(wù)較多時，操作系統(tǒng)對于浮點計算相關(guān)的中斷現(xiàn)場的保護不到位。本次設(shè)計開設(shè)了終端浮點?？臻g，主要目的是幫助中斷之后的恢復(fù)工作，此設(shè)計能夠在中斷時記錄和存儲相關(guān)信息，并在不同的中斷點上建立浮點棧，在相關(guān)的系統(tǒng)中編寫相關(guān)的程序應(yīng)用，就能夠隨意調(diào)用浮點函數(shù)，有效保護了中斷現(xiàn)場的數(shù)據(jù)。若部分系統(tǒng)不需要浮點計算，我們可以省略此過程。

2.2高速以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸

作為電力配網(wǎng)中的主要通信協(xié)議，TCP協(xié)議被廣泛應(yīng)用。在本文的研究中，直接采用的是直接數(shù)據(jù)訪問的方式進行通信，能夠在光口中直接接受MAC層的報文。在此設(shè)計中，開辟報文的緩沖區(qū)是設(shè)計的首要工作，光口將接受的報文數(shù)據(jù)存儲在該段內(nèi)存中，整個過程都不會對CPU的資源進行占用。這種方式不僅能夠提高報文的傳輸接受速率，還能夠與數(shù)字化系統(tǒng)的處理向吻合，從而實現(xiàn)高速傳輸?shù)哪康摹?/p>

2.3應(yīng)用平臺總線技術(shù)

在本文的設(shè)計中，一共設(shè)計到三種總線，包括高速的數(shù)據(jù)總線、完備的管理總線以及低壓差分信號總線。在進行高速的數(shù)據(jù)傳輸時，低壓差分總線能夠保持很低的能耗，并且能夠保障傳輸?shù)男盘栞^強，傳輸產(chǎn)生的噪音較低，對低電壓的兼容性較強。此外，相關(guān)的板件能夠隨時被在增減和擴展，對于智能配網(wǎng)技術(shù)十分適用。百兆的以太網(wǎng)被應(yīng)用于管理總線中，界面系統(tǒng)管理控制切換以及軟件調(diào)試等操作都能夠順利進行，實現(xiàn)了各個子系統(tǒng)之間的信息交流[1]。

2.4PCC架構(gòu)的平臺

采樣板和通信板上的PCC平臺的主要任務(wù)分別是快速采集各個間隔上的數(shù)據(jù)，將以太網(wǎng)上的信息及時地傳遞出去并進行快速有效的處理。選擇PCC平臺內(nèi)核處理器時，應(yīng)該注重其性能的重要性，一般情況下，可以采用MPC86XX的芯片，利用其快速傳輸?shù)墓δ埽糜谧诱镜男畔⒉杉吞幚磉^程中。

2.5設(shè)計電源系統(tǒng)

電源是智能配網(wǎng)終端的重要部分，進行電源設(shè)計時，要將其作為一個獨立的模塊來進行，要明確電源的主要功能，主要包含蓄電池活化維護、自動切換、自動檢測以及蓄電池狀態(tài)檢測等，要以實現(xiàn)電源的自動充電和預(yù)測剩余使用時間、自動警報等功能，從而來提高電源系統(tǒng)的安全和可靠性。

3　智能配網(wǎng)終端的軟件實現(xiàn)

3.1系統(tǒng)架構(gòu)

智能配網(wǎng)終端的軟件構(gòu)架包含三個部分，分別為子站模塊、本地DTU模塊以及通信數(shù)據(jù)控制模塊。設(shè)計軟件的主要方法為面向?qū)ο笤O(shè)計法，進行分層配置和分布，對軟禁進行模塊化封裝，具有高移植性的特點；IEC61970、IEC61850等信息系統(tǒng)具有很強的智能化性能，能夠有效地介入信息并進行信息交換。不但支持廠家的設(shè)備接入，還能夠接入繼電保護信息等系統(tǒng)，能夠有效支撐智能化配網(wǎng)應(yīng)用。

3.2主要功能模塊

3.2.1本地DTU模塊

此模塊主要包含遙測、遙調(diào)以及要信模式、電源運行管理、運行參數(shù)設(shè)置、裝置設(shè)置、母線故障檢測、SOE和遙控運行等輔助記錄模塊、本地實驗和調(diào)試、饋線故障檢測、人機接口、無功補償?shù)饶K。采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，進行模塊化設(shè)計，對本地DTU信息進行采集，檢測器故障，控制子站執(zhí)行命令等[2]。

3.2.2配網(wǎng)子站軟件

能夠完成控制配網(wǎng)子站的相關(guān)功能，相應(yīng)的軟件模塊包含遙控閉鎖檢查模塊、打印模塊、信號合成與轉(zhuǎn)換模塊、規(guī)約數(shù)據(jù)庫管理模塊、故障檢測模塊、隔離模塊、遠程維護模塊、故障定位模塊等。此外，子站還要應(yīng)用相關(guān)的調(diào)試規(guī)約的功能、事件記錄能力和雙機電源切換等功能，與部分相關(guān)，模塊進行結(jié)合處理，從而達到提高軟件運行效率的目標，為調(diào)試和維護工作提供便利。

3.2.3通信數(shù)據(jù)收發(fā)和控制軟件

通信數(shù)據(jù)收發(fā)和控制軟件的主要模塊包含雙主機通信管理模塊；對通信模塊的接受控制、主從機通信管理模塊等。包含了子站裝置內(nèi)部與內(nèi)部DTU通信、子站的外部和外部DTU通信、本地的子站和主站之間的通信。部分通信軟件的應(yīng)用層可配置，能夠提高配網(wǎng)終端運行的穩(wěn)定率和效率[3]。

3.3實現(xiàn)軟件終端的關(guān)鍵技術(shù)

3.3.1通信網(wǎng)自愈傳輸功能

通信線路故障對于配電系統(tǒng)的運行具有重要影響，導(dǎo)致部分區(qū)域內(nèi)的配電設(shè)備癱瘓，無法對其控制和監(jiān)視，因此，提高通信線路的可靠性對于配電網(wǎng)絡(luò)的正常運行具有重要作用。通信系統(tǒng)的自愈功能是一種有效的提高線路可靠性的方法，在人工不參與的情況下，網(wǎng)絡(luò)線路能夠發(fā)現(xiàn)自身的傳輸錯誤并進行自動修復(fù)能夠保證配電系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。通信網(wǎng)的自愈功能包含主通道和主通道和備用通道兩個通信端口，在出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸錯誤時，將從主通道自動切換到備用通道，當數(shù)據(jù)正常時，便切換成主通道。

3.3.2輔助調(diào)試功能

系統(tǒng)在正常運行之前要經(jīng)過多次調(diào)試，在此過程中會遇到故障點，增加輔助調(diào)試功能能夠有效解決這一問題，裝備設(shè)備、保護、自檢信號表能夠顯示出不同的子站信號，這時，工作人員會發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)錯誤的配置并對故障點進行處理，提高調(diào)試的效率，保障設(shè)備的安全可靠性。

3.3.3無功補償功能

智能配網(wǎng)控制終端能夠?qū)﹄娙萜鬟M行循環(huán)投切，以實測的武功需求量為標準，發(fā)揮過壓欠壓閉鎖的作用；提供多種操作方式進行操作；采用預(yù)測的方法調(diào)節(jié)電壓越線，保證以最小的成本實現(xiàn)最好的補償效果。

4　結(jié)束語

總之，智能化配網(wǎng)終端通信系統(tǒng)是電力網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分，是電網(wǎng)實現(xiàn)自動化的核心，配網(wǎng)的設(shè)計不僅要考慮不同地區(qū)不同的特點還要考慮與其他通信系統(tǒng)的有效兼容，只有對該系統(tǒng)中的硬件和軟件系統(tǒng)進行完善設(shè)計才能夠提高電力系統(tǒng)運行的可靠性。

[1]陰俊生.智能配網(wǎng)終端通信系統(tǒng)的研究[D].山東大學，2010.

[2]路慶東.智能配電網(wǎng)區(qū)域縱聯(lián)保護原理及實現(xiàn)技術(shù)研究[D].山東大學，2013.

[3]劉銳，沈晶歆，劉向輝，等.智能終端短距離融合通信系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)研究[J].電信科學，2012，28（10）：14～18.

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2015-10-13