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摘要:本文介绍了集控型智能配网终端的设计与实现，该终端能够实现区域子站组网、能很好地适应各种通信接口的要求。本次研究中应用了浮点计算的中断技术及三层的总线架构、并应用面向对象的智能化协议的软件设计技术来实现相关的信息交换，能够有效的满足智能化配网系统的各项需求。
关键词:集控型智能配网终端;设计分析
随着我国市场经济的快速增长，社会各界的电力需求在不断的增大，为了实现配电网络的运行可靠性，智能电网的建设在不断地深入，智能配网终端作为智能化配电网络中的重要组成部分，对智能配网终端进行设计、研究也是一项非常重要的工作，本文就对集控型智能配网终端的设计与实现进行简单的分析。
一、集控型智能配网终端及组网架构
1、设计要求
(1)简化配网层级。集控型智能配网终端的应用，省去子站层装置，简化了系统的通信网络层级，终端与子站通信功能在终端内部完成，可以提高通信的可靠性。
(2)通信接口多样化。集控型智能终端需配备多路电以太网、光纤以太网及RS232等多种通信接口，可灵活地与主站通信模式匹配，降低配网升级改造工程的复杂度。
(3)基于数字化标准IEC 61850,IEC 61970和IEC 61968的信息交换系统。采用智能化的信息交换系统，具有良好的互操作性，可无缝接入智能化配网自动化系统。同时还具有远程监控和维护的功能，可以节约维护费用。
2、集控型智能配网终端的硬件系统设计
（1）适应浮点计算的中断技术
浮点计算经常会应用于配网系统的故障判断算法中，该算法能够有效的提高中断的效率，但是在配网终端的实时的、多任务的操作系统中不会提供有关浮点计算的中断现场的保护，为了解决中断之后的计算恢复问题，在本次设计中开辟了专门的中断浮点栈空间，主要用于中断现场的信息的存储，并且会为不同的中断点建立各种不同的浮点栈，在系统应用中只需要编写相关的程序就能实现浮点函数的调用，能够有效的对中断现场进行手工的保护，但是在不需要进行浮点计算的系统中，可以省略掉相关的浮点计算保护过程。
（2）高速以太网的数据传输技术
电力配网中的通信，大部分都是采用TCP‘IP协议，本次研究中，主要采用的是直接数据访问方式在光口中对MAC层的报文进行直接接受的数据通信方式，在设计的过程中，首要的工作是要在内存中根据需要开辟报文的缓冲区，光口在接受数据的过程中，会将接受到的报文数据存储于该段的内存中，并且实现整个过程是不会占用CPLI的资源的，这种通信方式会有效的提高报文传送过程中的接收速率，该种传输技术与数字化系统的数据处理相徐能够完成相关数据的高速传输。
（3）平台总线技术的应用
本文研究中，设计了三类的总线，即可以进行扩展的低压差分信号总线、完备的管理总线、高速的数据总线，其中的低压差分总线能够在进行高速率的数据传输的过程中，保持较低的输出功耗，并且该总线传输方式具有信号传输可靠性强、噪声低、低电压电源兼容性好的优点。采用这种总线技术进行配网终端的通信，可以随时的进行相关板件的增减，并且能够方便的进行扩展，非常的适用于智能配网技术中。管理总线中主要采用的是百兆的以太网，能够实现界面管理系统的任务切换控制、软件调试、系统通信等操作。数据总线通常采用的是千兆以上的以太网，能够有效的实现各个子站中的庞大数量的信息的实时交换与传输。
（4） PPC架构的硬件平台
本次设计中，集控型智能配网终端的硬件系统的平台采用的是即C平台，通信板之上的PPC的主要任务是负责以太网上的信息的传输与有效的处理，而采样板上的PPC平台的主要任务是负责各个间隔上的数据的高速采集，为了满足系统的功能，在PPC平台内核的处理器的选择过程中，应该注重其性能，一般建议采用性能较高的MPC86YY系列芯片，该芯片中的内核具有高速的传输功能，用于集控型配网终端的子站通信及数据采集处理中，应用性能很强。
（5）电源系统的设计
电源的设计是集控型智能配网终端设计中必不可少的部分，尤其是其备用电源的设计，一般会将其作为一个独立的应用系统来进行设计，其主要的功能模块有蓄电池活化维护模块、蓄电池状态监测模块、自动切换模块、自动在线监测模块等，能够实现自动充电选择、蓄电池剩余使用时间预测、蓄电池报警等多种功能，保证整个电源系统安全、可靠的运行。
二、集控型智能配网终端的软件实现
1、集控型智能配电终端软件实现
集控型配电终端软件设计中兼顾了子站和DTU功能，简化了数据传输通道，使得系统工作效率大为提高。软件架构包括通信数据收发及控制模块、本地DTU模块、子站模块三部分。软件采用而向对象设计方法，分层分布配置，模块化封装，移植性能好;采用基于IEC61850 ,IEC61970等的信息交换系统，具有强大的智能化接入能力.除可以接入其他厂家相关设备外. 还支持各级调度系统、GPS对时系统、MIS/SIS系统以及继电保护信息系统的接入，对智能化配网应用具有很好的支撑能力。系统架构及各部分实现的主要功能如图2所示。
2、主要功能模块
（1）本地DTU软件模块
本地DTU软件模块主要包括:遥测、遥信、遥调模块，电源运行管理模块，装置配置、运行等参数设置模块，SOE、遥控、运行、自检、负荷曲线等辅助记录模块，本地实验与调试模块，母线故障检测功能模块，馈线故障检测功能模块，无功补偿模块以及人机接口模块等。而向对象的设计思想，采用模块化设计方法，可以实现本地DTU的信息采集、故障检测、执行子站控制命令等各种功能。
（2）配网子站软件模块
终端可完成主控型配网子站的功能，相应软件模块有:规约数据库管理模块，遥控闭锁检查模块，信号合成与转换模块，打印模块，远程维护模块及故障监测和隔离模块，故障定位和恢复供电模块。另外，子站应用相关的系统及规约调试功能、人机接口功能、事件记录功能、双机电源切换功能等模块，已与DTU部分相关软件模块合并处理，既提高了终端软件的运行效率，也方便运行、调试人员的操作和维护工作。
（3）通信数据收发及控制软件模块
主要软件模块包括:主从机通信管理模块，双主机通信管理模块，61850对下通信模块及数据接收、同步、控制模块。这里包含了本地DTU与子站的装置内部通信、外部DTU与子站的外部通信以及本地子站对主站的调度通信。通信部分软件底层公用，应用层可配置，提高了配网终端的代码使用效率和装置运行的稳定性。3、终端软件实现的关键技术
（1）通信网自愈传输功能
配电系统运行过程中，通信线路一旦出现故障，会导致一片区域的配电设备失去监视和控制，因此提高子站以上的通信线路可靠性非常重要。自愈传输网是一种有效的方法，即在无人工参与的情况下，网络能及时地发现传输错误，并能在极短的时间内自动恢复承载的业务，对用户而言根本感觉不到网络的故障和切换。集控型终端软件支持自愈网功能，其主通道和备用通道采用两个通信口连接不同的通信通道。正常情况下，当终端有数据要收发时，处理器同时经2个口收发数据，并进行实时误码率侦测，如果发现主通道误码率高，而备通道误码率低，就将主通道切换成备用通道，当主通道误码率恢复正常时再切换回来。如果侦测到主通道通信故障，就立即切换至备用通道，同时发出告警信号，通知维护人员现场查看。
（2）辅助调试功能
终端系统在运行前需进行全而调试，过程中经常会遇到相关条件不具备或需定位故障点的情况，为此增加了辅助调试功能，装置中准备了设备信号表、保护信号表、自检信号表、监控转发表和四遥信号表，当与子站信号状态不一致时，根据终端所提供的各种信号类别，调试人员能够判断究竟是哪一层配置出现差错，从而快速定位故障点并处理问题，这一功能可以提高调试的效率。
（3）无功自动补偿控制功能
集控终端可按照配电网络中配变实测的无功需求量，对当地1~16组电容器进行循环投切，并有过压欠压闭锁、相序错、谐波越限闭锁等功能;可提供有触点、无触点、复合投切式等多种方式的操作选择;在控制策略上采取预测方法，避免调节震荡和调节过程电压越限，保证以最少的动作次数取得最佳的补偿效果。
（4）基于零序电流频率的故障定位功能
配网系统的故障定位方法按利用信号不同，有主动法和被动法2种。主动法需要用设备注入信号，投资较大;被动法用采集到的电信号进行分析判断来确定故障点，然后对其进行隔离和相关处理。传统的被动故障定位法存在数据传输量大、需要较多零序互感器投入等缺点，为解决这一问题，集控终端采用了零模电流和频率差异特征计算故障定位的方法。该方法只需要监测电流，计算零模电流，其传输数据为零模电流的频率值，通信数据量小，且不需要各FTU实现精确对时，定位的精度和速度也有很大提高，在应用中了取得很好的效果。
三、结束语
集控型智能配网终端是智能配网中的重要组成部分，集控型智能配网终端的研制是终端平台技术进步在配网领域的具体体现，随着该类应用的逐步成熟与完善，将会使配电网自动化系统的架构日趋简化，运行更加稳定，对于集控型智能配网终端的设计实现具有很好的参考作用。
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论文作者:陈霞
论文发表刊物:《电力设备》2015年第11期供稿
论文发表时间:2016/4/26
标签：终端论文; 模块论文; 通信论文; 智能论文; 系统论文; 功能论文; 浮点论文; 《电力设备》2015年第11期供稿论文;