CN110086261A - 一种可产业化的馈线配电终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可产业化的馈线配电终端，包括管理CPU和执行CPU，所述管理CPU和执行CPU之间通过总线连接，所述管理CPU上分别设置有键盘输入接口、液晶显示接口、通信接口和上位机通信接口，所述键盘输入接口通过数据线与键盘设备双向连接，所述液晶显示接口通过数据线与液晶显示屏双向连接，所述通信接口通过数据线与通信模块双向连接，所述上位机通信接口通过数据线与上位机通信模块双向连接。本发明通过设置管理CPU、执行CPU、键盘输入接口、液晶显示接口、通信接口、上位机通信接口和总线通信接口，解决了传统的馈线配电终端智能化不足，接口复杂、设备模块化程度低以及无法实现数据共享的问题。

Description

一种可产业化的馈线配电终端

技术领域

本发明涉及配电自动化技术领域，具体为一种可产业化的馈线配电终端。

背景技术

20世纪90年代初期，馈线自动化概念才被学者提出，我国有实力的电力自动化企业针对采集数据、数据监测以及控制功能进行了研发，最终，实现了馈线自动化远动功能，该设备具有线路数据遥测以及对设备的遥信、遥控功能，但是还不具备馈线电路的自动化功能。

到了20世纪90年代中后期，我国很多地区已经在不同层次、不同规模展开了馈线自动化的试点工作，并取得了很多宝贵的经验。馈线自动化功能也由断路器的重合闸时序配合的方式逐步发展到采用FTU馈线终端单元实现故障检测，并结合当时的通信技术手段实现了故障隔离和非故障区域供电恢复。为了提高故障诊断的准确率及响应时效，部分电力企业开始对现有的馈线自动化设备进行改良升级，并借鉴国外先进的馈线自动化研究和实际应用经验，从而实现具有集中式信息处理能力的馈线自动化设备。但由于大部分的馈线自动化试点都采用开环运行模式，出现故障以后往往需要非常长的时间才能恢复，远远不能满足用户对供电企业时效性及可靠性的要求。因此，新一代的馈线自动化系统的建设和发展，就在此种背景下发展而来。

现有的馈线终端装置品种繁多，存在接口复杂、设备标准化和模块化程度低、无法实现数据共享等问题，导致增加了馈线终端装置开发的工作量，降低了工作效率。当今的配电自动化系统已经不仅仅要求能够实现公共平台、配电SCADA、拓扑分析和故障定位等功能，更是将目标放在了功能更为强大、智能水平更高的馈线自动化、配网分析和智能化应用等功能上，所以在进行配电自动化终端设计时，就要向着功能更多更智能的方向发展。故本发明设计一种可产业化的馈线配电终端来解决上述问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种可产业化的馈线配电终端，解决了传统的馈线配电终端智能化不足，接口复杂、设备模块化程度低以及无法实现数据共享的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可产业化的馈线配电终端，包括管理CPU和执行CPU，所述管理CPU和执行CPU之间通过总线连接，所述管理CPU上分别设置有键盘输入接口、液晶显示接口、通信接口和上位机通信接口，所述键盘输入接口通过数据线与键盘设备双向连接，所述液晶显示接口通过数据线与液晶显示屏双向连接，所述通信接口通过数据线与通信模块双向连接，所述上位机通信接口通过数据线与上位机通信模块双向连接，所述执行CPU上设置有总线通信接口，所述总线通信接口通过数据线与总线通信模块双向连接。

优选的，还包括用于存储数据的存储器，所述存储器通过数据线与管理CPU双向连接。

优选的，还包括信号及数据采集模块和控制输出模块，所述信号及数据采集模块的输出端与执行CPU的输入端电性连接，所述执行CPU的输出端与控制输出模块的输入端电性连接。

优选的，所述信号及数据采集模块采集的数据包括：电压、电流、零序电压、零序电流、负序电流、负序电压、谐波等，所述控制输出模块包括对自身保护跳闸的控制和接受远程调度或配电子站的遥控信号实现的分合闸控制，所述总线通信接口在故障处理中能报告故障信息、显示开关位置和状态、对自身故障的告警以及通信信道和外部电源的监控信息。

优选的，所述管理CPU和执行CPU均通过电源进行供电。

优选的，所述馈线配电终端的操作系统设置为RTX操作系统，该RTX操作系统可实现该馈电终端的保护任务、监测任务、无线遥控任务和通信任务。

优选的，所述保护任务包括过流和速断保护，根据设定的定值，控制断路器跳闸，该任务具有最高优先级，平时等待消息队列中的消息。

优选的，所述监测任务具体为测量线路的各种电气量，包括三相电流和电压、有功、无功等，用保护算法计算各相电流值，如超过整定值，向消息队列发送消息，唤醒保护任务，监测各开入量的状态，记录出现开关变位事件。

优选的，所述控制任务具体为接收遥控命令，控制断路器的分闸、合闸。

优选的，所述通信任务具体为当该馈线终端接收到来自主站的数据帧时，调用该通信任务，该任务分析命令内容，作出相应的处理，并最终向主站发送应答帧，平时等待来自相应中断服务程序发来的消息。

(三)有益效果

本发明提供了一种可产业化的馈线配电终端，具备以下有益效果：

(1)本发明通过设置管理CPU和执行CPU，基于双CPU的新型智能配电终端的方案，管理CPU主要负责数据的存储、分析和处理，并具有人机接口和上位机通讯等功能，执行CPU配合管理CPU工作，负责数据采集、数据简单分析、控制信号输出等功能，分布式控制结构的主从MCU配合工作，增加了馈线处理大批量复杂数据的能力，同时保证了通信的实时性。

(2)本发明通过设置通信接口、上位机通信接口和总线通信接口，使得该馈线终端具有数据传输、通信管理及保证传输安全和远程维护四个核心功能。

(3)本发明结合配电网自动化的特点和现代嵌入式技术在电网中的应用，介绍了基于Cortex-M4内核的馈线终端硬件平台、软件系统及其应用程序接口的设计，馈线终端采用模块化的设计思想，通过板卡的设计形式，能够实现热插拔的功能，方便设备今后的扩展升级与维修；实时操作系统RTX4.0运行管理多种通信规约，可以根据不同应用环境对通信协议作出相应的调整，提高了馈线终端的兼容性，随着未来配电网自动化技术的发展，相信应用本发明的FTU终端在配电网中的应用会得到进一步深化。

附图说明

图1为本发明原理框图；

图2为本发明程序流程图。

图中附图标记为：1、管理CPU；2、执行CPU；3、键盘输入接口；4、液晶显示接口；5、通信接口；6、上位机通信接口；7、存储器；8、总线通信接口；9、信号及数据采集模块；10、控制输出模块；11、电源。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-2所示，本发明提供一种技术方案：一种可产业化的馈线配电终端，包括管理CPU1和执行CPU2，管理CPU1和执行CPU2之间通过总线连接，管理CPU1和执行CPU2均通过电源11进行供电，管理CPU1上分别设置有键盘输入接口3、液晶显示接口4、通信接口5和上位机通信接口6，键盘输入接口3通过数据线与键盘设备双向连接，液晶显示接口4通过数据线与液晶显示屏双向连接，通信接口5通过数据线与通信模块双向连接，上位机通信接口6通过数据线与上位机通信模块双向连接，执行CPU2上设置有总线通信接口8，总线通信接口8通过数据线与总线通信模块双向连接，还包括用于存储数据的存储器7，存储器7通过数据线与管理CPU1双向连接，还包括信号及数据采集模块9和控制输出模块10，信号及数据采集模块9的输出端与执行CPU2的输入端电性连接，执行CPU2的输出端与控制输出模块10的输入端电性连接，管理CPU1是终端的核心单元，负责管理终端的各项功能，主要包括统计和分析计量模块采集的数据，检测状态并在出现异常情况时及时报警，发送无功补偿控制命令，存储和显示数据状态信息，将实时数据、历史数据、统计量和异常信息打包并发送给控制中心，响应主站的遥信命令等，执行CPU2配合管理CPU1工作，负责数据采集、数据简单分析、控制信号输出等功能，信号及数据采集模块9采集的数据包括：电压、电流、零序电压、零序电流、负序电流、负序电压、谐波等，控制输出模块10包括对自身保护跳闸的控制和接受远程调度或配电子站的遥控信号实现的分合闸控制，总线通信接口8在故障处理中能报告故障信息、显示开关位置和状态、对自身故障的告警以及通信信道和外部电源的监控信息。

该馈线配电终端的操作系统设置为RTX操作系统，该RTX操作系统可实现该馈电终端的保护任务、监测任务、无线遥控任务和通信任务，保护任务包括过流和速断保护，根据设定的定值，控制断路器跳闸，该任务具有最高优先级，平时等待消息队列中的消息，监测任务具体为测量线路的各种电气量，包括三相电流和电压、有功、无功等，用保护算法计算各相电流值，如超过整定值，向消息队列发送消息，唤醒保护任务，监测各开入量的状态，记录出现开关变位事件，控制任务具体为接收遥控命令，控制断路器的分闸、合闸，通信任务具体为当该馈线终端接收到来自主站的数据帧时，调用该通信任务，该任务分析命令内容，作出相应的处理，并最终向主站发送应答帧，平时等待来自相应中断服务程序发来的消息。

工作原理：RTX操作系统的工作流程包括以下步骤：

步骤一：通过信号及数据采集模块9采集各种电气量，各电气量的数据经整流滤波后传给执行CPU2，再由执行CPU2传给管理CPU1；

步骤二：管理CPU1判断是否有电流突变，若无电流突变，则管理CPU1对数据进行分析和处理，计算U、I、P、Q、S等数值，并按标度转换得到最终值；

步骤三：将最终数据一方面通过液晶显示屏显示出来，另一方面通过通信接口5和上位机通信接口6连接的通信模块发送出去，同时将数据存储在存储器7内；

步骤四：若步骤二中存在电流突变，则通过管理CPU1进行电流计算，通过执行CPU2判断故障的类型、位置等，并通过执行CPU2上的控制输出模块10对分合闸进行控制，并将故障信息写入存储器7内。

综上可得，本发明通过设置管理CPU1、执行CPU2、键盘输入接口3、液晶显示接口4、通信接口5、上位机通信接口6和总线通信接口8，解决了传统的馈线配电终端智能化不足，接口复杂、设备模块化程度低以及无法实现数据共享的问题。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种可产业化的馈线配电终端，包括管理CPU(1)和执行CPU(2)，其特征在于：所述管理CPU(1)和执行CPU(2)之间通过总线连接，所述管理CPU(1)上分别设置有键盘输入接口(3)、液晶显示接口(4)、通信接口(5)和上位机通信接口(6)，所述键盘输入接口(3)通过数据线与键盘设备双向连接，所述液晶显示接口(4)通过数据线与液晶显示屏双向连接，所述通信接口(5)通过数据线与通信模块双向连接，所述上位机通信接口(6)通过数据线与上位机通信模块双向连接，所述执行CPU(2)上设置有总线通信接口(8)，所述总线通信接口(8)通过数据线与总线通信模块双向连接。

2.根据权利要求1所述的一种可产业化的馈线配电终端，其特征在于：还包括用于存储数据的存储器(7)，所述存储器(7)通过数据线与管理CPU(1)双向连接。

3.根据权利要求1所述的一种可产业化的馈线配电终端，其特征在于：还包括信号及数据采集模块(9)和控制输出模块(10)，所述信号及数据采集模块(9)的输出端与执行CPU(2)的输入端电性连接，所述执行CPU(2)的输出端与控制输出模块(10)的输入端电性连接。

4.根据权利要求3所述的一种可产业化的馈线配电终端，其特征在于：所述信号及数据采集模块(9)采集的数据包括：电压、电流、零序电压、零序电流、负序电流、负序电压、谐波等，所述控制输出模块(10)包括对自身保护跳闸的控制和接受远程调度或配电子站的遥控信号实现的分合闸控制，所述总线通信接口(8)在故障处理中能报告故障信息、显示开关位置和状态、对自身故障的告警以及通信信道和外部电源的监控信息。

5.根据权利要求1所述的一种可产业化的馈线配电终端，其特征在于：所述管理CPU(1)和执行CPU(2)均通过电源(11)进行供电。

6.一种可产业化的馈线配电终端，其特征在于：馈线配电终端的操作系统设置为RTX操作系统，该RTX操作系统可实现馈电终端的保护任务、监测任务、无线遥控任务和通信任务。

7.根据权利要求6所述的一种可产业化的馈线配电终端，其特征在于：所述保护任务包括过流和速断保护，根据设定的定值，控制断路器跳闸，该任务具有最高优先级，平时等待消息队列中的消息。

8.根据权利要求6所述的一种可产业化的馈线配电终端，其特征在于：所述监测任务具体为测量线路的各种电气量，包括三相电流和电压、有功、无功等，用保护算法计算各相电流值，如超过整定值，向消息队列发送消息，唤醒保护任务，监测各开入量的状态，记录出现开关变位事件。

9.根据权利要求6所述的一种可产业化的馈线配电终端，其特征在于：控制任务具体为接收遥控命令，控制断路器的分闸、合闸。

10.根据权利要求6所述的一种可产业化的馈线配电终端，其特征在于：所述通信任务具体为当该馈线终端接收到来自主站的数据帧时，调用该通信任务，该任务分析命令内容，作出相应的处理，并最终向主站发送应答帧，平时等待来自相应中断服务程序发来的消息。