CN108565968B - 分布式智能配网主从控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种分布式智能配网主从控制系统，包括：主站和与主站相连的多个配网终端从站，多个配网终端从站之间相互并联，其中，主站接收来自配网终端从站发送的保护器件的相关数据，并与自身采集到的整个区域供配电数据进行对比运算，生成相应的开关动作信号；配网终端从站采集变电站的保护器件的相关数据生成故障报警信息，并驱动保护器件动作，并将保护器件的相关数据传输至主站，并根据来自主站的开关动作信号，调整断路器动作，以实现整个配电网的自动化。本发明能够实现配电网智能化的统一负荷调度，并能够大幅地缩短设计调试周期，具有运算速度快、抗干扰性强、扩展性强、环境适应能力强、可靠性较高且便于维护的优点。

Description

分布式智能配网主从控制系统
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，特别涉及一种分布式智能配网主从控制系统。
背景技术
随着电力系统技术不断的深入研究，越来越多的分布式能源接入，使得电力系统电流整定保护越来越复杂。智能配网自动化系统是对配电网上的设备进行远方实时监视、协调及控制的一个集成自动化系统。实践表明，智能配电自动化可以大大提高分布式配电网运行的可靠性和效率，提高电能的供应质量，充分利用现有设备的能力，从而对用户和电力公司均能带来可观的收益。
目前国内配网自动化绝大多数都是采用低端处理器，处理能力差、实时性不好、受限于平台限制不利于扩展功能等缺点。国内配网自动化设备开发商不全面了解供电企业需求，使得配网系统在个别地区适应性差，不能够满足当地要求。
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种分布式智能配网主从控制系统，该系统能够实现配电网智能化的统一负荷调度，并能够大幅地缩短设计调试周期，具有运算速度快、抗干扰性强、扩展性强、环境适应能力强、可靠性较高且便于维护的优点。
为了实现上述目的，本发明的实施例提出了一种分布式智能配网主从控制系统，包括：主站和与所述主站相连的多个配网终端从站，所述多个配网终端从站之间相互并联，其中，所述主站接收来自所述配网终端从站发送的保护器件的相关数据，并与自身采集到的整个区域供配电数据进行对比运算，生成相应的开关动作信号；所述配网终端从站采集变电站的保护器件的相关数据生成故障报警信息，并驱动所述保护器件动作，并将所述保护器件的相关数据传输至所述主站，并根据来自所述主站的所述开关动作信号，调整断路器动作，以实现整个配电网的自动化。
另外，根据本发明上述实施例的分布式智能配网主从控制系统还可以具有如下附加的技术特征：
在一些示例中，所述保护器件的相关数据为变电站的保护器件两侧交流模拟量数据。
在一些示例中，每个所述配网终端从站包括：处理器单元，所述处理器单元用于通过电压、电流互感器采集所述变电站的保护器件两侧交流模拟量数据，并进行数模转换后，传输至从控制器；所述从控制器，用于根据所述处理器单元进行数模转换后得到的数据生成故障报警信息，并驱动所述保护器件动作。
在一些示例中，所述主站包括：通信模块，与所述多个配网终端从站进行通讯；主控制器，用于将所述器件的相关数据与自身采集到的整个区域供配电数据进行对比运算，生成相应的开关动作信号。
在一些示例中，所述通信模块通过无线通讯子模块、光纤通讯子模块、RS485通讯子模块，以及用于开关量输入、无功投切输入和控制量输出的IO接口组成。
在一些示例中，还包括：交互界面，与所述主站相连；所述主站还用于通过转换模块对来自所述配网终端从站的电力数据进行转换，并将转换后的数据上传至所述交互界面，以实现人机交互。
在一些示例中，所述转换模块为ARM芯片。
在一些示例中，所述从控制器为CPLD控制器。
在一些示例中，所述主控制器为FPGA控制器。
在一些示例中，所述主站还包括：数据库，所述数据库用于存储所述整个区域供配电数据。
根据本发明实施例的分布式智能配网主从控制系统，采用一主多从的主从控制方式，大门阵列FPGA作为主控部分实现区域电网负荷预测、负荷调度，小门阵列CPLD在配电网保护中实现包括故障警报、故障快速切除等功能，提高了控制精度和控制灵活性，降低了分立器件的数量，进一步提高可靠性；采用了一主多从单元交错并联的结构，从站控制单元的软件编写，器件采购，调试等工作可以复制，大幅地缩短了设计调试周期；另外，该系统还具有运算速度快、抗干扰性强、扩展性强、环境适应能力强、可靠性较高且便于维护的优点。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的分布式智能配网主从控制系统的结构原理图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图描述根据本发明实施例的分布式智能配网主从控制系统。
图1是根据本发明一个实施例的分布式智能配网主从控制系统的结构原理图。如图1所示，该分布式智能配网主从控制系统：主站110和与主站110相连的多个配网终端从站120，其中，多个配网终端从站120之间相互并联。
具体地，主站110例如安装在地调室，自配网终端从站120安装在配电室。主站110接收来自配网终端从站120发送的保护器件的相关数据，并与自身采集到的整个区域供配电数据进行对比运算，生成相应的开关动作信号；配网终端从站120采集变电站的保护器件的相关数据生成故障报警信息，并驱动保护器件动作，并将保护器件的相关数据传输至主站110，并根据来自主站110的开关动作信号，调整断路器动作，以实现整个配电网的自动化。
具体地，在本发明的一个实施例中，保护器件的相关数据为变电站的保护器件两侧交流模拟量数据。
在本发明的一个实施例中，每个配网终端从站120例如包括处理单元和从控制器。
具体地，处理器单元用于通过电压、电流互感器采集变电站的保护器件两侧交流模拟量数据，并进行数模转换后，传输至从控制器；从控制器用于根据处理器单元进行数模转换后得到的数据生成故障报警信息，并驱动保护器件动作。其中，结合图1所示，从控制器例如为CPLD控制器。
在本发明的一个实施例中，主站例如包括通信模块和主控制器。
具体地，通信模块与多个配网终端从站进行通讯；主控制器用于将器件的相关数据与自身采集到的整个区域供配电数据进行对比运算，生成相应的开关动作信号。其中，结合图1所示，主控制器例如为FPGA控制器。
其中，结合图1所示，通信模块由无线通讯子模块、光纤通讯子模块、RS485通讯子模块，以及用于开关量输入、无功投切输入和控制量输出的IO接口组成。
进一步地，在本发明的一个实施例中，该主站110还包括数据库，数据库用于存储整个区域供配电数据。
在本发明的一个实施例中，该系统100还包括交互界面。交互界面与主站110相连。基于此，主站110还用于通过转换模块对来自配网终端从站的电力数据进行转换，并将转换后的数据上传至交互界面，以实现人机交互。其中，结合图1所示，转换模块例如为ARM芯片。
综上，结合图1所示，本发明上述实施例分布式智能配网主从控制系统的主要结构及控制原理可概述如下：该系统包括主站和1个以上配网终端从站。配网终端从站的处理器单元通过电压、电流互感器采集变电站各个断路器等保护器件两侧交流模拟量数据，经过模数转换后，传输到从站CPLD控制器，生成故障警报，驱动保护器件动作。同时，从站CPLD控制器将整理后的数据，经光纤传输到主站FPGA主控制器，FPGA主控制器接收从站传来的数据，与自身采集到整个区域供配电数据进行对比运算，生成相应开关动作信号；同时，将终端电力数据通过ARM芯片转换至上位机显示界面实现人机交互。多个并联的配网终端从站接受到主站的动作信号，再次调节断路器动作，实现整个配电网自动化的过程。本发明实施例中主站的FPGA主控制器例如由大容量的RAM及FLASH提供存储庞大的数据，即包括数据库，用于存储整个区域供配电数据，满足智能配网需求；通信模块由无线通讯模块、光纤通讯方式、RS485通讯方式，以及用于开关量输入、无功投切输入和控制量输出的IO接口组成。
在具体实施例中，该系统采用基于大规模门阵列的集中控制与中小规模门阵列的分散控制相结合的全数字化控制技术，实现一主多从的主从控制。主控制芯片具有运算速度快、抗干扰性强等特点。主控芯片例如采用ALTERA公司CYCLONEⅢ系列FPGA-EP3C10，最高运行频率可达200MHz，可以高速的完成大量复杂的控制逻辑。大门阵列作为主控部分采集区域电网数据、实现微电网负荷预测、负荷调度，同时作为主要控制芯片，在控制芯片中还完成了包括调节从站故障信号生成、与ARM进行通讯等功能。
在从站中，由于每个从站单元独立控制，运算量小，例如采用ALTERA公司小规模门阵列CPLD-EPM1270，用于实时采集变电站中各个保护设备的电流量、电压量，经过运算生成故障报警，第一时间将故障段切除，配合主站完成电网负荷调度等。这种主从控制方式提高了控制精度和控制灵活性，降低了分立器件的数量，进一步提高系统可靠性。
综上，该分布式智能配网主从控制系统设计了通用平台，不仅满足了智能配电自动化的需要，同时可持续开放，提供满足调度自动化、用电管理系统等不同应用的需要。采用基于大规模门阵列的集中控制与中小规模门阵列的分散控制相结合的全数字化配电网自动化技术。另外，模块化的设计方案便于未来更多的分布式能源接入保护。
根据本发明实施例的分布式智能配网主从控制系统，采用一主多从的主从控制方式，大门阵列FPGA作为主控部分实现区域电网负荷预测、负荷调度，小门阵列CPLD在配电网保护中实现包括故障警报、故障快速切除等功能，提高了控制精度和控制灵活性，降低了分立器件的数量，进一步提高可靠性；采用了一主多从单元交错并联的结构，从站控制单元的软件编写，器件采购，调试等工作可以复制，大幅地缩短了设计调试周期；另外，该系统还具有运算速度快、抗干扰性强、扩展性强、环境适应能力强、可靠性较高且便于维护的优点。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (7)

1.一种分布式智能配网主从控制系统，其特征在于，包括：主站和与所述主站相连的多个配网终端从站，所述多个配网终端从站之间相互并联，其中，
所述主站接收来自所述配网终端从站发送的保护器件的相关数据，并与自身采集到的整个区域供配电数据进行对比运算，生成相应的开关动作信号，其中，所述保护器件的相关数据为变电站的保护器件两侧交流模拟量数据；
所述配网终端从站采集变电站的保护器件的相关数据生成故障报警信息，并驱动所述保护器件动作，并将所述保护器件的相关数据传输至所述主站，并根据来自所述主站的所述开关动作信号，调整断路器动作，以实现整个配电网的自动化，其中，
所述主站还包括主控制器，所述配网终端从站还包括从控制器，所述从控制器为CPLD控制器，所述主控制器为FPGA控制器。
2.根据权利要求1所述的分布式智能配网主从控制系统，其特征在于，
每个所述配网终端从站包括：
处理器单元，所述处理器单元用于通过电压、电流互感器采集所述变电站的保护器件两侧交流模拟量数据，并进行数模转换后，传输至从控制器；
所述从控制器，用于根据所述处理器单元进行数模转换后得到的数据生成故障报警信息，并驱动所述保护器件动作。
3.根据权利要求1所述的分布式智能配网主从控制系统，其特征在于，所述主站包括：
通信模块，与所述多个配网终端从站进行通讯；
主控制器，用于将所述器件的相关数据与自身采集到的整个区域供配电数据进行对比运算，生成相应的开关动作信号。
4.根据权利要求3所述的分布式智能配网主从控制系统，其特征在于，所述通信模块由无线通讯子模块、光纤通讯子模块、RS485通讯子模块，以及用于开关量输入、无功投切输入和控制量输出的IO接口组成。
5.根据权利要求1-4任一项所述的分布式智能配网主从控制系统，其特征在于，还包括：
交互界面，与所述主站相连；
所述主站还用于通过转换模块对来自所述配网终端从站的电力数据进行转换，并将转换后的数据上传至所述交互界面，以实现人机交互。
6.根据权利要求5所述的分布式智能配网主从控制系统，其特征在于，所述转换模块为ARM芯片。
7.根据权利要求1所述的分布式智能配网主从控制系统，其特征在于，所述主站还包括：
数据库，所述数据库用于存储所述整个区域供配电数据。
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