CN103023142B - 一种通道可配置的配电自动化站所终端及配置方法 - Google Patents

Abstract

一种通道可配置的配电自动化站所终端及配置方法，涉及电网中配电设备的数据采集及控制设备，特别是与开闭所、配电室、环网柜、箱式变电站等配电设备配套的站所终端。终端设置连接母板，连接母板上插接功能模块，每种功能模块有多个可单独配置的通道，连接母板上的功能模块数量按需配置，通过软件设置来启动各模块的相应功能。采用本发明，设备一次设计研制后，可以满足大部分应用场所，提高效率，降低成本。

Description

一种通道可配置的配电自动化站所终端及配置方法

技术领域

本发明涉及电网中配电设备的数据采集及控制设备，特别是与开闭所、配电室、环网柜、箱式变电站等配电设备配套的站所终端。

背景技术

配电自动化站所终端广泛应用在开闭所、配电室、环网柜、箱式变电站等场所，完成开关设备的就地检测、控制及故障电流检测等功能。该终端与配电自动化主站或子站系统配合，可实现多条线路的采集、控制、故障检测、故障定位、故障区域隔离，减少停电面积，为供电企业减少损失，提高生产效益。

随着经济的发展，用电负荷的增加，部分经济发达的地区，已经大量使用开闭所、配电室、环网柜、箱式变电站等配电设备。对于开闭所、配电室、环网柜、箱式变电站等应用场所，配电自动化站所终端的应用方式、功能要求也不同，甚至不同区域对该设备的功能要求也各异。现有的站所终端设备普遍存在以下问题：1、设备按照统一固定的应用模式开发，应用上不够灵活，导致站所终端上的部分资源浪费；2、产品供应商需要针对区域、应用位置、使用方式的不同为的客户提供不同版本、不同类型的产品，甚至特殊定制开发产品，这种现状影响了站所终端设备的设计、研制、生产、调试以及施工的效率。针对图8和图9所示的两种应用场合就需要分别对设备进行设计研制，调试及施工也存在很大差异。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以配置的站所终端设备以及设备配置的方法，设备一次设计研制后，可以满足大部分应用场所，提高效率，降低成本。

 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种通道可配置的配电自动化站所终端，关键是终端设备中设置连接母板，连接母板上设置和上位机的通信接口，功能模块插在连接母板上，功能模块包括核心模块、模拟量采集模块、开关量输入采集模块、开关量输出控制模块、通讯规约处理模块、人机交互模块、电源管理模块；

核心模块中设置有CPU及配套电路、维护接口、铁电存储器和主存储器，在主存储器中存储配置信息解析规则，设置参数数据库，核心模块中还包括硬件初始化模块、软件系统初始化模块、配置信息解析模块、硬件检测处理模块、配电故障检测处理模块。

核心模块完成所有信息的采集和设备的控制、保护。配置信息解析模块按照配置信息解析规则，把参数进行分类，转化，按照程序应用和使用的方式，转化为各个功能应用的数据格式并写入参数数据库。

模拟量采集模块根据需要对各通道进行配置，完成交流电压采集、交流电流采集、直流电压采集、直流电流采集以及相应采集的标定、转化，对没有配置的通道，软件不进行采集处理，为系统节省时间，降低CPU使用率。

开关量输入采集模块根据需要对各通道进行配置，完成单位置开关量、双位置开关量、以及其他特殊开关量输入采集、滤波处理，对没有配置的通道同样不进行采集处理。

所有的开关量输出均具备遥控启动、执行功能，但是只有配置了配电故障的开关量输出才具备配电故障的启动、执行功能。

电源管理模块包含电池组，完成电池的充放电管理电池的各种状态监视。交流电源正常时，由电源管理模块输出为核心模块等提供工作电源，而在交流失电时，采用无缝转换为电池为终端或其他模块提供工作电源。

上述终端的配置方法：使用配置计算机及配置维护软件，包括以下步骤：

A、根据现场需要采集的模拟量、开关量的通道数及需要控制的开关量输出数，确定模拟量采集模块、开关量输入采集模块和开关量输出控制模块的数量以及各模块的通道配置，并把相应数量的模块插入连接母板中，同时在连接母板上插入核心模块、通讯规约处理模块、人机交互模块、电源管理模块，

B、运行配置维护软件，配置模拟量通道信息、开关量输入通道信息、开关量输出通道信息、故障处理信息以及异常处理方案，把上述配置信息进行打包、校验，通过维护接口下载到终端，终端接收数据并校验正确后，存储到铁电存贮器中，

C、终端上电启动，硬件初始化，从铁电存储器中读出配置信息，由配置信息解析模块按照配置信息解析规则对配置信息进行解析、分类、转化，将结果存放在参数数据库，

D、按照参数数据库中的信息对模拟量采集模块、开关量输入采集模块、开关量输出控制模块进行配置，启动相应的处理功能， 

E、按照参数数据库中的信息对硬件检测处理模块、配电故障检测处理模块进行配置，启动相关的故障检测处理功能，

F、系统各模块运行，

G、人机交互模块运行，处理按键输入的扫描过程，根据按键输入先后顺序，切换人机交互界面，完成人与设备间的数据交换，

H、通讯规约处理模块通过通信接口与上位机连接，完成终端与上位机的数据交换，并执行下达的各种命令。

所有采集、控制功能按模块进行设计、划分，功能模块通过连接母板连接，其中模拟量采集模块、开关量输入采集模块、开关量输出控制模块可以完成多通道的采集、控制输出，并且每个通道都可通过软件进行配置，连接母板上可以连接多个上述模块，这样可以根据现场情况，组装成不同处理规模的终端设备。再通过软件设置，配置各模块和各通道的功能，满足现场要求。

采用本发明，可以简化设计、提高研发、生产效率，降低成本，提高设备可靠性。

附图说明

图1是终端中各模块的逻辑连接图，

图2是核心模块的硬件组成示意图，

图3是模拟量采集模块的工艺线路图，

图4是开关量输入采集模块的工艺线路图，

图5是开关量输出控制模块的工艺线路图，

图6是配置信息的流程图，

图7是终端设置的流程图，

图8是该发明应用的一个场合，单母线不分段运行方式，

图9是该发明应用的另一个场合，单母线分段并列运行方式。

在图8和图9中，方框表示开关，填充“黑色”，表示开关在合位，未填充的表示开关在分位。

具体实施方式

一种通道可配置的配电自动化站所终端，终端设备中设置连接母板，连接母板上设置和上位机的通信接口，功能模块插在连接母板上，功能模块包括核心模块、模拟量采集模块、开关量输入采集模块、开关量输出控制模块、通讯规约处理模块、人机交互模块、电源管理模块。

核心模块中设置有CPU及配套电路、维护接口、铁电存储器和主存储器，在主存储器中存储配置信息解析规则，设置参数数据库，核心模块中还包括硬件初始化模块、软件系统初始化模块、配置信息解析模块、硬件检测处理模块、配电故障检测处理模块。

每个模拟量采集模块设置1-36路采集通道，开关量输入采集模块设置1-72路采集通道，开关量输出控制模块设置1-48路开关量的输出控制通道，并且相邻通道可配置为双位置开关量采集通道，上述各模块中的通道都可以按需要进行软件配置，这三种模块在连接母板上每种至少连接一个。

核心模块中的维护接口是串行接口或网络接口。

一种配置上述终端的方法，使用配置计算机及配置维护软件，包括以下步骤：

A、根据现场需要采集的模拟量、开关量的通道数及需要控制的开关量输出数，确定模拟量采集模块、开关量输入采集模块和开关量输出控制模块的数量以及各模块的通道配置，并把相应数量的模块插入连接母板中，同时在连接母板上插入核心模块、通讯规约处理模块、人机交互模块、电源管理模块，

B、运行配置维护软件，配置模拟量通道信息、开关量输入通道信息、开关量输出通道信息、故障处理信息以及异常处理方案，把上述配置信息进行打包、校验，通过维护接口下载到终端，终端接收数据并校验正确后，存储到铁电存贮器中，

C、终端上电启动，硬件初始化，从铁电存储器中读出配置信息，由配置信息解析模块按照配置信息解析规则对配置信息进行解析、分类、转化，将结果存放在参数数据库，

D、按照参数数据库中的信息对模拟量采集模块、开关量输入采集模块、开关量输出控制模块进行配置，启动相应的处理功能， 

E、按照参数数据库中的信息对硬件检测处理模块、配电故障检测处理模块进行配置，启动相关的故障检测处理功能，

F、系统各模块运行，

G、人机交互模块运行，处理按键输入的扫描过程，根据按键输入先后顺序，切换人机交互界面，完成人与设备间的数据交换，

H、通讯规约处理模块通过通信接口与上位机连接，完成终端与上位机的数据交换，并执行下达的各种命令。

下面结合附图对本发明进行详细说明。   

参看图1，上位机通过通信接口与终端连接，上位机是主站或子站系统，接口方式可以是无线网络或有线网络；配置计算机通过维护接口与核心模块连接，本例中维护接口是串行口，连接母板上连接有核心模块、通讯规约处理模块、人机交互模块、电源管理模块以及模拟量采集模块、开关量输入采集模块和开关量输出控制模块。

参看图2，铁电存储器中存储配置信息，由于该存储器的性质，设备掉电后信息不会丢失。在主存储器中存储配置信息解析规则用于配置信息的解释、转化，参数数据库存储转化后的配置参数，核心模块中还包括以下软件处理模块。

硬件初始化模块完成终端上电后CPU硬件以及外设的初始化过程。

配置信息解析模块把配置信息数据包按照解析规则，转化为不同功能模块参数数据库，方便使用。

软件系统初始化模块完成所有功能模块的参数化，只有软件初始化处理完毕后，终端的各种功能才可以使用。

硬件检测处理模块检测各模块的运行状态。

配电故障检测处理模块根据采集的信息与配置的功能，完成配置的间隔过流保护、零序电流保护、涌流闭锁、重合闸等配电功能，一旦检测到配电线路故障，按照预定的方案启动合、分闸控制逻辑，动作于相应的配电开关。

如图3所示，模拟量采集模块由多个模拟通道组成，每个模拟通道完成一路模拟量信号的输入、转化、滤波后进入AD采集电路，模拟通道通过互感器进行隔离。本例中，每个模块中有18路模拟通道。

如图4所示，开关量输入采集模块由多个开关量输入通道组成，开关量输入信号经过保护电路、滤波电路、光电隔离后，由CPU采集处理。本例中，每个模块中有24路开关量输入通道。

如图5所示，开关量输出控制模块由多个开关量输出通道组成，由CPU发出控制信号，通过光电隔离器件驱动继电器。本例中，每个模块中有12路开关量输出通道。

参看图8，该应用场合为单母线不分段运行方式，根据图8分析，进线1、进线2各需要采集3个电压量和2个电流量，每条出线需要采集3个电流量，本例中共需要19路模拟量；各间隔需要控制2路开关量输出和采集4个开关量输入，共需要10路开关量输出和20开关量输入；所以该站所终端需要配置2个模拟量采集模块（18通道/模块）、1个开关量输入采集模块（24通道/模块）、1个开关量输出控制模块（12通道/模块）。

把上述选择的模块插入连接母板，连同核心模块等，就组成了适合该场合的站所终端硬件。

参看图6，运行配置维护软件，配置两个模拟量采集模块，其中一个模块的18个通道都是工作状态，另一个模块只有1个通道是工作状态；配置一个关量输入采集模块，其中20个通道为工作状态；配置一个开关量输出控制模块，其中10个通道为工作状态。

各个供电局对异常的处理有所不同，并且与应用场合密切相关。本例中，参看图8，进线1为一个间隔，进线2为一个间隔，出线1为一个间隔，出线2为一个间隔，出线3为一个间隔。

根据以上间隔，故障处理信息以及异常处理方案如下：

1) 进线无压情况下实现备自投：正常运行时由一条进线为母线供电，当检测到进线故障时，自动切换到另一条进线，实现电源备自投功能。

2) 母线故障时隔离母线故障：当母线上发生永久性故障时，站所终端检测并判断为母线故障，跳开进线1开关，从而隔离母线故障。

    3) 分支故障时隔离分支故障：当任一出线分支或几个出线分支发生故障时，站所终端检测并判断为出线分支故障时，确保在变电站出口断路器重合闸完成前隔离故障分支，从而确保变电站出口重合闸成功，恢复非故障出线分支供电。

把上述配置的信息进行打包、校验，通过维护接口下载到终端，终端接收数据后校验正确后，存储到铁电存贮器中。

至此，已经完成了站所终端的硬件及软件配置。

终端工作过程，参看图7，终端上电后首先完成硬件的初始化，然后读取铁电存储器中的配置信息进行校验，校验错误，告警并停止过程，校验正确则将配置信息解析转化，并将参数写入参数数据库，然后根据参数数据库中的信息启动各模块的相应功能，各模块运行。

Claims (3)

1.一种通道可配置的配电自动化站所终端的配置方法，使用配置计算机及配置维护软件对通道可配置的配电自动化站所终端进行配置，终端设备中设置连接母板，连接母板上设置和上位机的通信接口，功能模块插在连接母板上，功能模块包括核心模块、模拟量采集模块、开关量输入采集模块、开关量输出控制模块、通讯规约处理模块、人机交互模块、电源管理模块；

核心模块中设置有CPU及配套电路、维护接口、铁电存储器和主存储器，在主存储器中存储配置信息解析规则，设置参数数据库，核心模块中还包括硬件初始化模块、软件系统初始化模块、配置信息解析模块、硬件检测处理模块、配电故障检测处理模块，其特征在于包括以下步骤：

A、根据现场需要采集的模拟量、开关量的通道数及需要控制的开关量输出数，确定模拟量采集模块、开关量输入采集模块和开关量输出控制模块的数量以及各模块的通道配置，并把相应数量的模块插入连接母板中，同时在连接母板上插入核心模块、通讯规约处理模块、人机交互模块、电源管理模块，

B、运行配置维护软件，配置模拟量通道信息、开关量输入通道信息、开关量输出通道信息、故障处理信息以及异常处理方案，把上述配置信息进行打包、校验，通过维护接口下载到终端，终端接收数据并校验正确后，存储到铁电存贮器中，

C、终端上电启动，硬件初始化，从铁电存储器中读出配置信息，由配置信息解析模块按照配置信息解析规则对配置信息进行解析、分类、转化，将结果存放在参数数据库，

D、按照参数数据库中的信息对模拟量采集模块、开关量输入采集模块、开关量输出控制模块进行配置，启动相应的处理功能， 

E、按照参数数据库中的信息对硬件检测处理模块、配电故障检测处理模块进行配置，启动相关的故障检测处理功能，

F、系统各模块运行，

G、人机交互模块运行，处理按键输入的扫描过程，根据按键输入先后顺序，切换人机交互界面，完成人与设备间的数据交换，

H、通讯规约处理模块通过通信接口与上位机连接，完成终端与上位机的数据交换，并执行下达的各种命令。

2.根据权利要求1所述的一种通道可配置的配电自动化站所终端的配置方法，其特征在于：在步骤B中，故障处理信息按间隔设计，参与配电故障处理的电参数按需配置。

3.根据权利要求1所述的一种通道可配置的配电自动化站所终端的配置方法，其特征在于：在步骤C中，从铁电存储器中读出配置信息后，首先要对配置信息进行校验，校验错误则发出告警，停止过程。