CN102638094A - 一种自组自愈配电设备及其安全切换的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自组自愈配电设备,包括主供电电路、备用供电电路和监控端;所述主供电电路包括变压器、综合继电保护器以及分别与变压器、综合继电保护器相连接的开关柜;还包括与监控端相连接的无线收发模块;所述备用供电电路与主供电电路结构相同,且所述主供电电路和备用供电电路分别包括与各自综合继电保护器相连接的安全控制模块;所述安全控制模块包括控制模块和无线收发模块;所述各个安全控制模块以及与监控端相连接的无线收发模块之间通过无线网络彼此进行通信;本发明还涉及一种自组自愈配电设备安全切换的方法,实现对用电单元进行实时监控的同时,具有自保护功能,能够实现自动切换,防范变压器可能发生的各类事故。
Description
技术领域
本发明涉及一种自组自愈配电设备及其安全切换的方法。
背景技术
智能电网(smart power grids),就是电网的智能化,也被称为“电网2.0”,它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上,通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用,实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标,其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。
智能电网是当今世界电力系统发展变革的最新动向,是节能减排、可持续和谐发展的必然要求。依托信息技术彻底改造现有的能源利用体系,改变电网的发展模式,提升电网的控制管理能力,密切电网与社会的关系,对于我国来说,具有重要的战略意义。信息化是发展建设统一坚强智能电网的基础和保障。对于智能电网而言,信息不仅是电网控制和电网企业管理的手段,而且更是引领了新的电网发展方向和发展模式,而利用无线局域通信技术实现智能电网工作端与监控端之间的通讯无疑是目前最可靠、最经济,并可以得到广泛应用的一项技术。
现有配电设备中的备用供电方案备采用的是备用电源自动投入装置(BZT),基本原理是两个电源同时为同一电路供电,一路为主供电电路,另一路为备用供电电路,当主供电电路发生故障时,主供电电路断开,备用供电电路开始工作。
采用备用电源自动投入装置(BZT)的供电方案,具有如下特点:
(1)装置直观简便:外部接线少,占据空间小,通过显示屏可以查看全部输入量、保护整定值、预设值、瞬时采样数据和事故分析记录,并能实时显示相关运行数据;
(2)精度高,免校验:精度均可由软件调整,全数字化处理和接点信号系统;
(3)智能化程度高,自适应能力强:通过面板或软件可设置和修改PT、CT的变比、保护整定值、定值越限触发等参数,保护功能均设有软压板,可根据现场需要设置投退,出口继电器均为可编程输出。
但是采用备用电源自动投入装置(BZT)的供电方案,同时又存在如下问题:
(1)切换时间长:时间继电器的整定时间t要求躲过工作电源进线开关的动作时限t1,以避免工作电源进线保护动作时,备用电源投入故障母线段;同时,还应该比工作电源母线段引出线短路保护的最长动作时间大一个时限阶段t2。一般情况下,t2=0.7s~O.9 s,t2=0.5s~O.7s,BZT装置的动作时间t=tl+t2=1.2s~1.6s;
(2)冲击电流大:切换时间过长导致电源电压严重下降,当备用电源投入时,电动机自启动成功与否、自启动时间等都将受到较大的限制,同时,由于电动机的转速严重下降,自启动过程中将会给电源母线带来非常大的冲击电流;
(3)自投可靠性差:工作电源母线失电后,异步电动机将惰行。对单台电动机而言,电源切断后电动机的定子电流变为零,转子电流逐渐衰减,转子转速也将从额定值逐渐降低,转子电流磁场将在定子绕组中感应反向电势,形成反馈电压;对多台异步电动机而言,由于各电动机的容量、负载等情况不同,在惰行过程中,一部分电动机将继续保持异步电动机的特征,而另一部分将呈现异步发电机的特征,此时的母线电压即为众多异步电动机的合成反馈电压,俗称“残压”。当备用电源和母线残压之间的相位差超过20度时,在备用电源进线开关的合闸过程中将形成很大的冲击电流,可能会导致后加速保护动作,造成自投不成功。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于无线网络,并应用在自组自愈智能配电系统中的自组自愈配电设备。
与此相应,本发明所要解决的技术问题是提供一种基于无线网络,并应用在自组自愈智能配电系统中的自组自愈配电设备安全切换的方法。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案:本发明设计了一种自组自愈配电设备,包括主供电电路、备用供电电路和监控端;所述主供电电路包括变压器、综合继电保护器以及分别与变压器、综合继电保护器相连接的开关柜;还包括与监控端相连接的无线收发模块;所述备用供电电路与主供电电路结构相同,且所述主供电电路和备用供电电路分别包括与各自综合继电保护器相连接的安全控制模块;所述安全控制模块包括控制模块和无线收发模块;所述各个安全控制模块以及与监控端相连接的无线收发模块之间通过无线网络彼此进行通信。
作为本发明的一种优选技术方案:所述无线网络为ZigBee网络;所述无线收发装置为ZigBee-EM无线模块;所述安全控制模块中的控制模块为ZigBee-EB评估板,所述ZigBee—EB评估板包括USB控制器模块、电源管理模块和外设模块。
作为本发明的一种优选技术方案:所述ZigBee-EB评估板包括4路供电接口:一个直流电源接口、一个实验室用稳压电源供电接口、背面的一个电池盒和一个USB供电接口。
作为本发明的一种优选技术方案:所述电源管理模块包括瞬态电压抑制器。
作为本发明的一种优选技术方案:所述外设模块包括控制输入模块、显示输出模块和语音扩展模块,其中显示输出模块为LCD屏;语音扩展模块包括音频输入设备和音频输出设备。
与此相应,本发明设计了一种自组自愈配电设备安全切换的方法,包括如下步骤:
(1)主供电电路为用电单元进行供电,主供电电路中的安全控制模块向综合继电保护器发送模拟量查询指令;
(2)主供电电路中的综合继电保护器接收安全控制模块发送的模拟量查询指令,并返回指令给安全控制模块,安全控制模块验证返回指令,判断是否存在故障,是则进入下一步,否则将接收到的返回指令通过无线收发模块发送到监控端,并返回步骤(1);
(3)主供电电路中的安全控制模块向综合继电保护器发送事件序列列表查询指令;
(4)主供电电路中的综合继电保护器接收安全控制模块发送的事件序列列表查询指令,并返回指令给安全控制模块,安全控制模块验证返回指令,判断故障是否为变压器自身故障,是则进入下一步,否则将接收到的返回指令通过无线收发模块发送到监控端,并返回步骤(1);
(5)主供电电路中的安全控制模块通过无线收发模块将变压器故障信息发送给监控端,同时向备用供电电路中的安全控制模块发送合闸指令,备用供电电路中的安全控制模块接收合闸指令进行工作,同时主供电电路与用电单元断开,备用供电电路为用电单元进行供电。
终上,本发明所述一种自组自愈配电设备及其安全切换的方法采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果:
(1)对变压器的实时量值进行监控,并可以防范变压器可能发生的各类事故;
(2)具有自保护功能,能够对变压器自动进行切换,使得变压器的使用变得更加方便、安全。
附图说明
图1是本发明设计的自组自愈配电设备的拓扑图;
图2是本发明中综合继电保护器和开关柜的连线图;
图3是本发明中主供电电路中安全控制模块的工作流程图;
图4是本发明中备用供电电路中安全控制模块的工作流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1所示,本发明设计了一种自组自愈配电设备,包括主供电电路、备用供电电路和监控端;所述主供电电路包括变压器、综合继电保护器以及分别与变压器、综合继电保护器相连接的开关柜;还包括与监控端相连接的无线收发模块;所述备用供电电路与主供电电路结构相同,且所述主供电电路和备用供电电路分别包括与各自综合继电保护器相连接的安全控制模块;所述安全控制模块包括控制模块和无线收发模块;所述各个安全控制模块以及与监控端相连接的无线收发模块之间通过无线网络彼此进行通信。
本发明设计的一种自组自愈配电设备,其中综合继电保护器,即变压器保护测控装置,用来设置参数,监控开关柜的闭合,并能够记录事故、实时报警、显示故障原因等。综合继电保护器与开关柜、变压器之间的连线方法根据综合继电保护器的说明书连接。本设计中,我们采用了上海南自电力公司生产的SNP-1313型综合继电保护器。
作为本发明的一种优选技术方案:所述无线网络为ZigBee网络;所述无线收发模块为ZigBee-EM无线模块;所述安全控制模块中的控制模块为ZigBee-EB评估板,所述ZigBee—EB评估板包括USB控制器模块、电源管理模块和外设模块。
本发明设计的一种自组自愈配电设备,其中ZigBee-EM无线模块采用的是Chipeon公司的ZigBee SoC一站式芯片CC2430。在本发明设计中,为了使用及生产调试的方便,将射频传输模块单独设计在了ZigBee-EM无线模块之上。由于CC2430的功能十分强大,几乎包含ZigBee应用所需的全部资源,因此ZigBee-EM无线模块的设计就比较简单。只要在CC2430芯片的外围加上少许的电容、电感、晶振等就完成了一个基于ZigBee技术的无线传感器网络的终端节点的最小系统设计。在这里将ZigBee-EM无线模块上CC2430芯片的引脚全部引到了两组接口之上,以便于和ZigBee-EB评估板和ZigBee-DB开发板相连接。
ZigBee-EB评估板的USB控制器采用了Silicon Labs公司出品的USB型单片机C805IF320,它具有如下特点:高速的USB 2.0功能控制器;内部集成了时钟恢复电路,且不需要外接晶振;可支持8个USB端点:带有lK字节的USB缓存器;内部集成USB接口的数据收发器,设计中无需外部上拉电阻;具有高速增强型8051 MCU内核,该MCU内核采用流水线式指令结构,70%的指令执行时间为一个或两个系统时钟周期,处理速度可达到25MIPS(时钟频率为25MHz时);C8051F320还有许多其它特性,如支持在系统编程(ISP),带有可编程的数字I/O和数字交叉开关,可提供全速、非侵入式的在系统片内调试电路等。C8051F320 USB单片机除了可以控制所有的外设,还由于其独有的USB 2.0功能控制器的特点,使用户可以通过USB接口方便地对CC2430进行调试。由于ZigBee-EM 线模块上的CC2430;芯片是一款soc一站式芯片,因此ZigBee-EB C805IF320无需实现无线传输的功能,它的功能主要是将USB信号转换为调制信号。
作为本发明的一种优选技术方案:所述ZigBee-EB评估板包括4路供电接口:一个直流电源接口、一个实验室用稳压电源供电接口、背面的一个电池盒和一个USB供电接口。
本发明设计的一种自组自愈配电设备,其中ZigBee-EB评估板的电源管理模块为整个系统提供3.3V和1.8V两路电。其中3.3V是系统的主要电源,为系统中的各个芯片和器件供电,1.8V则是在射频电路工作时为CC2430提供的又一路供电。这里选择了LP2983-3.3V和XC62048182这两款LDO(Low Drop Out,低压降输出)芯片作为两路供电的主芯片。
电源管理模块的设计关键要考虑电源的抗干扰,一般而言,嵌入式系统中最重要并且危害最严重的干扰来源于电源。电源系统的干扰主要原因是受到瞬时电压冲击,包括雷击造成的过电压冲击、电网电压的浪涌和尖峰电压,某些用电设备所产生的尖峰干扰脉冲、工业火花以及静电放电电压等。瞬时电压冲击侵入会对电子设备产生损坏和干扰,通常采用一些瞬态抑制装置进行防护。作为本发明的一种优选技术方案:所述电源管理模块包括瞬态电压抑制器(TVS)。TVS是一种二极管形式的高效能保护器件,当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时,它能以极高的速度将其两极问的高阻抗变为低阻抗,吸收高达数千瓦的浪涌功率,使两极闻的电压位于一个预定值,从而有效地保护电子线路中的精密元器件,使其免受各种脉冲的损坏。瞬态电压抑制器TVS集成在综合继电保护器内,由综合继电保护器设置瞬态电压值,监视用电单元,当电压(电流)值超出时,采取保护操作,如速断(断开开关)等,防止电路柜超载。
本发明设计的一种自组自愈配电设备,其中ZigBee-EB评估板的UART接口是一种常用的用于与PC或其它设备通信的串行通信接口,使用该接口可以很方便地在设备之间进行数据交互。ZigBee-EB评估板上采用了一片SP3243芯片把TTL信号转换为双极性的适用于UART接口的RS-232信号电平。UART借口同时连接着ZigBee-EM无线模块上的CC2430芯片的UART0口与C8051F320的UART0口。
作为本发明的一种优选技术方案:所述外设模块包括控制输入模块、显示输出模块和语音扩展模块,其中显示输出模块为LCD屏;语音扩展模块包括音频输入设备和音频输出设备。
本发明设计的一种自组自愈配电设备,其中ZigBee-EB评估板上的控制输入模块所采用的输入设备包括一款5向摇杆、3个按键和一个电位器。其中的5向摇杆如同手机里所用的摇杆一样,有上、下、左、右和按下5种控制方式。使用该摇杆既美观又可以有效控PCB板的面积。上、下、左、右四个方向键使用ADC采样输入,通过一个放大器AD8544,芯片连接至ZigBee-EM无线模块上的CC2430芯片的P0.6脚。表示确认的按下键则是直接连接至ZigBee-EM无线模块上的CC2430芯片的P0.5脚读取电平。ZigBee-EB评估板上又设置了3个按键,分别是Sl、S2、S300。其中Sl控制外部触发,连接着ZigBee-EM无线模块上的CC2430芯片的P0.1脚。S2控制ZigBee-EM无线模块上的CC2430芯片的复位,S300目IU控制着C8051F320的复位。另外,ZigBee-EB评估板上还设计了一个电位器RT1。RT1用于控制EADC测试时产生可调的模拟电压输出,右旋增大输出电压,左旋减小输出电压,该电位器产生的最大输出电压3.3V左右。RT1电位器的控制引脚连接至ZigBee-EM无线模块CC2430芯片的P0.7脚。
ZigBee-EB评估扳上的显示输出模块中,输出设备包括LCD和LED。其中LCD是一块2×16的字符型的12C接口的LCD,用于显示输出各种数据及调试信息。同时板上还提供TEED,用于表明当前的工作状态或供测试使用。由于CC243053芯片的IO引脚有限,所以这里放弃使用常见的需要占用许多IO口的并口LCD,而改用仅仅只需要2脚便可通信的12C接口的LCD。该LCD内部嵌入PHILIPS公司的12C液晶驱动器。通信的2脚当中SDA是数据线,SCL是时钟线,分别连接至ZigBee-EM无线模块1-CC2430芯片的P2.3脚和P2.4脚。ZigBee-EB评估板上还提供74个LED,其中一个LED I直接连接到了ZigBee-EM无线模块上CC2430芯片的一个IO脚P1.0,另外的三个LED为了保证驱动力通过三态门后分别连接到了ZigBee-EM无线模块上CC2430芯片的IO脚P1.2,P1.3和P2.0。
语音扩展模块是ZigBee-EB评估板上的选配电路,在ZigBee-EB评估板上设计了一个麦克风输入接口和一个耳机输出接口。音频输出部分由音量控制、四阶低通滤波器、音频功放组成。音量电位器RT2控制输出音最,右旋增大输出音量,左旋减小输出音最。四阶低通滤波器用于滤波6kHz以上的高频信号,将PWM转换成模拟信号,再送入音频功放驱动芯片TPA441l来驱动耳机。麦克风输入包含一个低通放大器AD8544,将输入的微弱音频信号放大到合适的信号电平,滤出高频成分,提高信噪比并利于ADC采样。
扩展IO接口包括以下的四组,分别是用于与ZigBee-EM无线模块相连接的P1和P2接口,与ZigBee-EM无线模块上的CC2430的10口相连接的设计用于扩展使用或便于示波器测试信号P10和P11接口,用于方便测试而设计的P1001和P1002与P1023和P1024这两组接口。
本发明设计的一种自组自愈配电设备,采用IAR Embedded Workbench作为软件编程集成开发平台,TI提供的免费的Z-Stack作为ZigBee协议栈。
在Z-Stack中将硬件的驱动放在了硬件抽象层(HAL)中,这样便可将软件编程从具体的硬件细节中分离开来。这里只要对HAL中原先的驱动函数进行适当的裁剪以适应硬件设计的开发系统的外设。
修改之后,HAL提供了以下设备的接口:ADC、LCD、LED、KEY、SLEEP、TIMER和UART。HAL ADC应用接口:8通道8、10、12和14位模数转换器。这里使用函数HalAdclnit()来初始化ADC,使用HalAdcRead()读取特定通道特定位数的ADC的值。HAL LCD应用接口:硬件设计中提到ZigBee-EB评估板上有一个12C接口的2x16字符型的LCD。这里使用函数HalLcdlnit()来初始化LCD,使用函数HalLcdWriteString()来写一字符串到LCD,HalLcdWriteValue()来写一个32位的值到LCD。HAL LED应用接口:ZigBee-EB评估扳上提供了4个LED,ZigBee-DB开发板上提供了2个LED。这里使用函数HalLedlnit()来初始化LEDs,使用函数HalLedSet()来设定指定的LED的状态,使用函数HalLedBlink()来使LED按照所给的参数闪烁,使用函数HalLedGetState()返回LED的当前状态,使用函数HalLexlEnterSleep()保存LED的当前工作状态并关闭LED,使用函数HalLedExitSleep()来重新保存LED休眠以前的状态。HAL KEY应用接口:包括按键、开关和摇杆。使用函数HalKeylnit()来初始化按键,使用函数HalKeyConfig()来设置轮询或中断服务,使用函数HalKeyRead()来读取轮洵或中断服务下的当前状态,使用函数HalKeyEnterSleep()来停止按键的中断处理,使用函数HalKeyExitSleepO来重新使能按键的中断处理。HAL TIMER应用接口:支持所有的4个定时器,其中2个是8位的,2个是16位的。这里使用函数HalTimerlnit()来初始化指定参数的定时器,使用函数HalTimerConfig()在不同的模式下配置信道,使用函数HalTimerStart()来启动指定的定时器,使用函数HalTimerStop()来停止指定的定时器,使用函数HalTimerTick()用于定时器轮询,使用函数HalTimerInterruptEnable()来开指定的定时器的中断。HAL UART应用接口:ZigBee-EB评估板上和ZigBee-DB开发板上都提供了一个UART口。这里使用函数HalUARTInig()来初始化UART,使用函数HalUARTOpen()来打开一个指定配置的端口,使用函数HalUARTCIose()来关闭UART,使用函数HalUARTRead()从UART读取缓存的值,使用函数HalUARTWrite() 向UART写缓存的值,使用函数HalUARTloctl()执行指定的操作,使用函数HalUARTPoll()来轮询UART,使用函数HaI_UART_RxBuffLen()来返回Tx的缓存中的字节数目,使用函数HaI_UART_TxBuffLen()来返回TX的缓存中的字节数开,使用函数HaI_UART_FlowControlSet()来开关UART的流控制。
ZigBee协议栈Z-Stack运行在一个OSAL(操作系统抽象层)操作系统上。该操作系统基于任务调度机制,通过对任务的事件触发来实现任务调度。每个任务都包含若干个事件,每个事件都对应一个事件号。当一个事件产生时,对应任务的事件就被设置为相应的事件弓。这样,事件调度就会调用相应的任务处理程序。OSAL中的任务可以通过任务API将其添加到系统中,这样就可以实现多任务机制。执行功能的一串代码是在一个任务(Task)里定义的。事件(Event)定义为通过一个任务(Task)而要完成的动作。在OSAL中使用函数osal_set_event(taskld,evemFlags)来创建直接事件触发指定的任务(Task),使用函数osal_set_event()来为任务设置事件标识,使用函数osal —_init_system()在任务列衷中添加定义的任务,使用函数osal_start_system()来开始OSAL的主循环,使用函数osal_self()来返回当前任务的ID。
这其中综合继电保护器与发送模块之间的通信协议是实现系统智能配电的关键所在,协议的设定可以参照综合继电保护器出产厂家的定义,也可以自行设定。在本设计中,相关的通信协议设定如下:
1、SOE(事件序列列表)查询指令:
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
机箱编号 | Ox03 | Ox00 | Ox00 | Ox00 | Ox0B | 效验码高位 | 校验码地位 |
其中,机箱编号表示综合继电保护器的编号,可以在仪器中设定;校验码采用CRC—16编码方式,生成多项式,下同。
SOE返回指令为:
1 | 2 | 3 | 4-13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 |
机箱编号 | 0x03 | 25 | 数据 | 0 | 1 | 空 | 校验码高位 | 校验码低位 |
其中,4-9字节分别表示事件发生的年月日时分秒,10、11字节是毫秒的高、地位,均已单字节十六进制数表示。
第12字节表示事件的性质,若该字节小于等于24,即为开关变位信号,例如:该数字为4,即为开关位4变位。若该字节小于等于24,即为开关变位信号,例如:该数字为4,即为开关位4变位。若该字节大于等于25小于等于40,保护动作信号(保护动作记录+25),例如:该数字为7,即对应定值清单事故记录表格中第7位对应的事故记录。
若该字节大于40,即为自检出错信号。
第13字节表示的是开关的变化量,若该字节为0,表示闭—>开,若该字节为1,表示开—>闭。
2、模拟量查询指令:
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
机箱编号 | 0x04 | 0x00 | 0x00 | 0x00 | 0x15 | 校验码高位 | 校验码低位 |
模拟量返回指令:
1 | 2 | 3 | 4-9 | 10—45 | 46-56 | 57 | 58 |
机箱编号 | 0x04 | 53 | 标志信息 | 模拟量 | 开关量 | 校验码高位 | 校验码低位 |
其中,数据的第4-45字节说明如下:
第5字节:为有无SOE标志 0x55有SOE ;0表示上位机已接受SOE信号;
第7字节:存放m,为单元箱正常工作标志;单元箱正常工作时,m时刻变化,变化范围为:0—255;
第9字节:为模入量个数;
第10—45字节:存放上传的模拟信号,分别为:
,其余字节为零,高字节在前,低字节在后。
第4、6、8字节:补0。
第46—56字节信息说明如下:
第46-47字节 :开入信息(高位至低位)。对应开入板端子,按bit 数据格式读取;
第48—49字节 :保护动作信号(高位至低位)。按bit 数据格式读取,每一位对应定值清单事故记录位;
第50—51字节:存放自检信号(高位至低位,高位为0)。D7――D0对应于8种自检错误信号;
第52—55字节:保护投退控制字,分别为:pro1 ,pro2 ,pro3, pro4;
第56字节:通讯状态标志。该字节的最高位0和1不断变化,剩余的7位暂无含义。
3、遥控指令:
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8—11 | 12 | 13 |
机箱编号 | 0x10 | 0x00 | 0x0c | 0x00 | 0x01 | 4 | 开关量 | 校验码高位 | 校验码低位 |
其中,8—11字节为00 01 00 01(单字节十六进制数)时,表示命令合闸,若为00 08 00 08,则命令系统跳闸。
遥控返回指令:
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
机箱编号 | 0x10 | 0x00 | 0x0c | 0x00 | 0x01 | 校验码高位 | 校验码低位 |
所述监控端能够同时显示多个用电单元的模拟量值以及出现事故时的提示信息。要实现这一功能,可以分为以下两个步骤完成。
1.串口接收程序
通常的串口调试程序同时具有接收信息和发送信息两种功能,而在本系统中,监控端只负责接收从用电单元发送过来的指令,以体现供电设备的自组自愈性,所以在代码编写时可以省略发送模块这部分的内容。
本程序是在VC++6.0平台下开发的MFC应用程序。首先在项目中插入CMSComm控件,之后就可以在ClassView视窗中就可以看到CMSComm类了,并且在控件工具栏Controls中出现了电话图标,再将此图标拖到对话框中,程序运行后,这个图标是看不到的。需要注意的是CMSComm类在ClassWizard中看不到,重构clw文件也一样。
接着利用ClassWizard定义CMSComm类控制对象,在ClassWizard的成员变量中选择CSCommTestDlg类,为IDC_MSCOMM1添加控制变量:m_ctrlComm,这时可以发现,在对话框头文件中自动加入了:
//{{AFX_INCLUDES()
#include "mscomm.h"
//}}AFX_INCLUDES
同时在CSCommTestDlg类中添加一个CString型的全局变量m_strRXData,用来存放接收到的字符数据。
然后在程序中添加串口事件消息处理函数OnComm(),该函数是用来处理串口消息事件的,如每当串口接收到数据,就会产生一个串口接收数据缓冲区中有字符的消息事件,刚才添加的函数就会执行。通过调用OnComm()函数,可以将缓冲区内读到的字符存放到CString变量中,供解析数据时使用。
最后还需要为串口程序设置参数,由于接收模块是由RS232转USB接口与PC机相连接的,所以在端口上选择Com3,再根据SNP—1313的参数,通过调用m_ctrlComm.SetSettings()方法,设定波特率为9600,无校验位,8个数据位,1个停止位等。
2.根据通信协议解析指令
对于存放在CString变量中的接收指令,我们还需要对其进行解析后才能显示到界面上。
根据通信协议,接收指令的第一位为机箱编号,表示当前指令是第几号机发送过来的,共有三个数据,0x01,0x02,0x03;第二位为指令类型,只有0x03和0x04两种数据,前者表示当前指令为“事件查询返回指令”,后者则为“模拟量返回指令”。通过这两位便可将接收到的指令分门别类显示到监控界面的具体区域内了。
“模拟量返回指令”的第10字节至第25字节上存放着模拟信号值,两位表示一个数据,高字节在前,低字节在后,在此我们只选用其中的8个物理量,分别是电压值、电流值:Uab,Ubc,Uca,Ua,Ub,Uc,Ia,Ic。“事件查询返回指令”的第4位至第11位和在一起表示事故发生的详细时间,具体到年月日时分秒以及毫秒。第12位表示事件的性质,若该字节小于等于24,即为开关变位信号,此时第13位以0,1分别表明此开关由合到分或由分到和;若该字节大于等于25小于等于40,即为保护动作信号,此时第13位无效;若该字节大于40,即为自检出错信号,无意义。
针对特定事故,如变压器发生速断,我们可以做出如下判断,接收指令的第一位为Ox01,且第二位为Ox03,且第12位为Ox19,则变压器发生速断,此时开关柜自动跳闸,停止工作,于是程序清空原用电单元的模拟值,并在左下角区域提示:原变压器发生速断,停止工作,备用变压器开启。
如图3所示,与此相应,本发明设计了一种自组自愈配电设备安全切换的方法,包括如下步骤:
(1)主供电电路为用电单元进行供电,主供电电路中的安全控制模块向综合继电保护器发送模拟量查询指令;
(2)主供电电路中的综合继电保护器接收安全控制模块发送的模拟量查询指令,并返回指令给安全控制模块,安全控制模块验证返回指令,判断是否存在故障,是则进入下一步,否则将接收到的返回指令通过无线收发模块发送到监控端,并返回步骤(1);
(3)主供电电路中的安全控制模块向综合继电保护器发送事件序列列表查询指令;
(4)主供电电路中的综合继电保护器接收安全控制模块发送的事件序列列表查询指令,并返回指令给安全控制模块,安全控制模块验证返回指令,判断故障是否为变压器自身故障,是则进入下一步,否则将接收到的返回指令通过无线收发模块发送到监控端,并返回步骤(1);
(5)主供电电路中的安全控制模块通过无线收发模块将变压器故障信息发送给监控端,同时向备用供电电路中的安全控制模块发送合闸指令,备用供电电路中的安全控制模块接收合闸指令进行工作,同时主供电电路与用电单元断开,备用供电电路为用电单元进行供电。
本发明设计的一种自组自愈配电设备在具体实施方式中,包括如下步骤:
(1)准备工作
(a)工作前按照说明书的要求连接综合继电保护器和开关柜,如图2所示;
(b)正确地连接主供电电路、备用供电电路中各自的综合继电保护器与各自的安全控制模块,安全控制模块接入综合继电保护器的RS485接口中;与监控端相连接的无线收发模块通过RS232接口与监控端相连接;
(c)按照图1所示搭建工作环境,如图1所示,此时主供电电路为用电单元提供电源,而备用供电电路处于备用状态,当主供电电路中的变压器出现故障而不能为所在用电单元供电时,备用供电电路中的开关柜闭合,采用备用供电电路及时供电。
(2)正常工作
(a)如图3主供电电路中安全控制模块的工作流程所示,主供电电路中的安全控制模块首先向主供电电路中的综合继电保护器发出模拟量查询指令:01 04 00 00 00 15 31 C5,此时,综合继电保护器返回一条指令给安全控制模块,安全控制模块检验该返回指令的第5个字节是否为0,若为0,则表示无事故发生,安全控制模块再将该返回指令中的实时电压值、电流值传递给与监控端相连接的无线收发模块,进而在监控端进行显示。在设计时,我们设定安全控制模块每5秒查询一次,故电压值、电流值数据也会五秒刷新一次,但事故记录包括开关变位信息和变压器故障却会保留,直至新的事故出现;
(b)主供电电路中,若安全控制模块接收到的返回指令的第5个字节不为0,而是Ox55,则表示出现了事件,如遇到开关闭合事故或变压器事故,这时,主供电电路中的安全控制模块向主供电电路中的综合继电保护器发出事件序列列表查询指令:01 03 00 00 00 0B 04 0D,安全控制模块通过综合继电保护器的返回指令进一步确定事件类型及发生时间,之后再将事故信息发送给与监控端相连接的无线收发模块,进而在监控端上显示;
(c)如果事件类型仅仅是开关变位,而非变压器事故,即不影响主供电电路中变压器的正常运转,主供电电路中的安全控制模块会继续向综合继电保护器发出模拟量查询指令,直至主供电电路中的变压器正常运转为止;
(d)如果事件类型是变压器事故,主供电电路中的安全控制模块通过与监控端相连接的无线收发模块将主供电电路中的变压器故障信息发送给监控端,同时向备用供电电路中的安全控制模块发送命令,进而使得备用供电电路工作。
(2)出现变压器事故
(a)当主供电电路中的变压器发生事故而不能继续为用电单元供电时,假设变压器出现PT断线故障,即任意拔掉或断开变压器电源的一根或两根电压线,延时10s无变化后,主供电电路中,综合继电保护器的告警灯亮起,同时在安全控制模块查询事故时,综合继电保护器会将此事故告知安全控制模块,安全控制模块根据通信协议判知此为变压器故障而非开关变位信息后,立即将此信息发送给监控端,同时传递合闸指令给备用供电电路中的安全控制模块。这时,主供电电路中的安全控制模块不再向主供电电路中的综合继电保护器发送模拟量查询指令,相应的监控端上也不再显示用电单元的数据值;
(b)如图4备用供电电路中的安全控制模块的工作流程图所示,初始时,备用供电电路中的安全控制模块处于等待状态,当收到主供电电路中的安全控制模块发送来的指令时,备用供电电路中的安全控制模块传递合闸命令:02 10 00 0C 00 01 04 00 01 00 01 6C 8D,给备用供电电路中的综合继电保护器,以控制备用供电电路中开关柜的闭合,同时接通备用供电电路与原用电单元的连接,接替主供电电路继续工作。此时,监控端会继续显示该用电单元的电压值、电流值。
(3)检验
(a)为验证本发明设计的一种自组自愈配电设备确实不受监控端的控制,可以将监控程序关闭,同时断开无线收发模块的电源,然后重复步骤(3)的内容;当需要重复进行操作时,只需要重启安全控制模块的电源即可。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (6)
1.一种自组自愈配电设备,包括主供电电路、备用供电电路和监控端;所述主供电电路包括变压器、综合继电保护器以及分别与变压器、综合继电保护器相连接的开关柜,其特征在于:还包括与监控端相连接的无线收发模块;所述备用供电电路与主供电电路结构相同,且所述主供电电路和备用供电电路分别包括与各自综合继电保护器相连接的安全控制模块;所述安全控制模块包括控制模块和无线收发模块;所述各个安全控制模块以及与监控端相连接的无线收发模块之间通过无线网络彼此进行通信。
2.根据权利要求1所述一种自组自愈配电设备,其特征在于:所述无线网络为ZigBee网络;所述无线收发模块为ZigBee-EM无线模块;所述安全控制模块中的控制模块为ZigBee-EB评估板,所述ZigBee—EB评估板包括USB控制器模块、电源管理模块和外设模块。
3.根据权利要求2所述一种自组自愈配电设备,其特征在于:所述ZigBee-EB评估板包括4路供电接口:一个直流电源接口、一个实验室用稳压电源供电接口、背面的一个电池盒和一个USB供电接口。
4.根据权利要求2所述一种自组自愈配电设备,其特征在于:所述电源管理模块包括瞬态电压抑制器。
5.根据权利要求2所述一种自组自愈配电设备,其特征在于:所述外设模块包括控制输入模块、显示输出模块和语音扩展模块,其中显示输出模块为LCD屏;语音扩展模块包括音频输入设备和音频输出设备。
6.一种使用权利要求1所述一种自组自愈配电设备进行安全切换的方法,其特征在于:包括如下步骤:
(1)主供电电路为用电单元进行供电,主供电电路中的安全控制模块向综合继电保护器发送模拟量查询指令;
(2)主供电电路中的综合继电保护器接收安全控制模块发送的模拟量查询指令,并返回指令给安全控制模块,安全控制模块验证返回指令,判断是否存在故障,是则进入下一步,否则将接收到的返回指令通过无线收发模块发送到监控端,并返回步骤(1);
(3)主供电电路中的安全控制模块向综合继电保护器发送事件序列列表查询指令;
(4)主供电电路中的综合继电保护器接收安全控制模块发送的事件序列列表查询指令,并返回指令给安全控制模块,安全控制模块验证返回指令,判断故障是否为变压器自身故障,是则进入下一步,否则将接收到的返回指令通过无线收发模块发送到监控端,并返回步骤(1);
(5)主供电电路中的安全控制模块通过无线收发模块将变压器故障信息发送给监控端,同时向备用供电电路中的安全控制模块发送合闸指令,备用供电电路中的安全控制模块接收合闸指令进行工作,同时主供电电路与用电单元断开,备用供电电路为用电单元进行供电。
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