智能配網(wǎng)終端通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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(xué)電氣工程學(xué)院　河南　鄭州　450000）

智能配網(wǎng)終端通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)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(xué)電氣工程學(xué)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(yuǎn)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(jìn)行分析，從硬件和軟件兩個(gè)方面，對智能配網(wǎng)終端通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行探究，總結(jié)出具體的實(shí)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(jì)；實(shí)現(xiàn)

近年來，我國的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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(fù)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(shí)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(jì)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(jì)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(jìn)行靈活的匹配，避免在對配網(wǎng)進(jìn)行改造時(shí)，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(shí)，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(biāo)準(zhǔn)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(dòng)化系統(tǒng)。此外，遠(yuǎn)程控制和維護(hù)功能能夠在很大程度上節(jié)約通信系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用，降低成本。

2　智能配網(wǎng)終端的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1適應(yīng)浮點(diǎn)計(jì)算的中斷技術(shù)

配網(wǎng)的故障判斷算法經(jīng)常采用浮點(diǎn)計(jì)算，能夠提高計(jì)算效率。配網(wǎng)終端的操作系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性，在任務(wù)較多時(shí)，操作系統(tǒng)對于浮點(diǎn)計(jì)算相關(guān)的中斷現(xiàn)場的保護(hù)不到位。本次設(shè)計(jì)開設(shè)了終端浮點(diǎn)棧空間，主要目的是幫助中斷之后的恢復(fù)工作，此設(shè)計(jì)能夠在中斷時(shí)記錄和存儲相關(guān)信息，并在不同的中斷點(diǎn)上建立浮點(diǎn)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(diǎn)函數(shù)，有效保護(hù)了中斷現(xiàn)場的數(shù)據(jù)。若部分系統(tǒng)不需要浮點(diǎn)計(jì)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(jìn)行通信，能夠在光口中直接接受MAC層的報(bào)文。在此設(shè)計(jì)中，開辟報(bào)文的緩沖區(qū)是設(shè)計(jì)的首要工作，光口將接受的報(bào)文數(shù)據(jù)存儲在該段內(nèi)存中，整個(gè)過程都不會(huì)對CPU的資源進(jìn)行占用。這種方式不僅能夠提高報(bào)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(shí)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(jì)中，一共設(shè)計(jì)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(jìn)行高速的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，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(qiáng)，傳輸產(chǎn)生的噪音較低，對低電壓的兼容性較強(qiáng)。此外，相關(guān)的板件能夠隨時(shí)被在增減和擴(kuò)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(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)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(gè)間隔上的數(shù)據(jù)，將以太網(wǎng)上的信息及時(shí)地傳遞出去并進(jìn)行快速有效的處理。選擇PCC平臺內(nèi)核處理器時(shí)，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?，用于子站的信息采集和處理過程中。

2.5設(shè)計(jì)電源系統(tǒng)

電源是智能配網(wǎng)終端的重要部分，進(jìn)行電源設(shè)計(jì)時(shí)，要將其作為一個(gè)獨(dú)立的模塊來進(jìn)行，要明確電源的主要功能，主要包含蓄電池活化維護(hù)、自動(dòng)切換、自動(dòng)檢測以及蓄電池狀態(tài)檢測等，要以實(shí)現(xiàn)電源的自動(dòng)充電和預(yù)測剩余使用時(shí)間、自動(dòng)警報(bào)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(shí)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(gè)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(jì)軟件的主要方法為面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)法，進(jìn)行分層配置和分布，對軟禁進(jìn)行模塊化封裝，具有高移植性的特點(diǎn)；IEC61970、IEC61850等信息系統(tǒng)具有很強(qiáng)的智能化性能，能夠有效地介入信息并進(jìn)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(hù)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(yùn)行管理、運(yùn)行參數(shù)設(shè)置、裝置設(shè)置、母線故障檢測、SOE和遙控運(yùn)行等輔助記錄模塊、本地實(shí)驗(yàn)和調(diào)試、饋線故障檢測、人機(jī)接口、無功補(bǔ)償?shù)饶K。采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，對本地DTU信息進(jìn)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(yuǎn)程維護(hù)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(jī)電源切換等功能，與部分相關(guān)，模塊進(jìn)行結(jié)合處理，從而達(dá)到提高軟件運(yùn)行效率的目標(biāo)，為調(diào)試和維護(hù)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(jī)通信管理模塊；對通信模塊的接受控制、主從機(jī)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(yùn)行的穩(wěn)定率和效率[3]。

3.3實(shí)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(yùn)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(yùn)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(cuò)誤并進(jìn)行自動(dòng)修復(fù)能夠保證配電系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)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(gè)通信端口，在出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤時(shí)，將從主通道自動(dòng)切換到備用通道，當(dāng)數(shù)據(jù)正常時(shí)，便切換成主通道。

3.3.2輔助調(diào)試功能

系統(tǒng)在正常運(yùn)行之前要經(jīng)過多次調(diào)試，在此過程中會(huì)遇到故障點(diǎn)，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(hù)、自檢信號表能夠顯示出不同的子站信號，這時(shí)，工作人員會(huì)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)錯(cuò)誤的配置并對故障點(diǎn)進(jìn)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(bǔ)償功能

智能配網(wǎng)控制終端能夠?qū)﹄娙萜鬟M(jìn)行循環(huán)投切，以實(shí)測的武功需求量為標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)揮過壓欠壓閉鎖的作用；提供多種操作方式進(jìn)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(shí)現(xiàn)最好的補(bǔ)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的核心，配網(wǎng)的設(shè)計(jì)不僅要考慮不同地區(qū)不同的特點(diǎn)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(jìn)行完善設(shè)計(jì)才能夠提高電力系統(tǒng)運(yùn)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(xué)，2010.

[2]路慶東.智能配電網(wǎng)區(qū)域縱聯(lián)保護(hù)原理及實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究[D].山東大學(xué)，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(xué)，2012，28（10）：14～18.

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2015-10-13