CN113131488B - 一种基于电力无线专网的精准切负荷系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于电力无线专网的精准切负荷系统及其控制方法，包括控制主站层、控制子站层、终端接入层，控制主站层包括控制主站装置和光纤/E1转换设备；控制子站层包括控制子站装置、光纤/E1转换设备以及无线接入设备；终端接入层主要包括无线核心网、无线基站、CPE以及负控终端；所述控制主站层、控制子站层、终端接入层依次连接。本发明解决了传统的基于专用光纤的精准切负荷系统的投资成本高、覆盖难、后期维护困难等问题，节省了投资和维护成本，适合海量负荷的灵活接入。

Description

一种基于电力无线专网的精准切负荷系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种基于电力无线专网的精准切负荷系统及其控制方法，属于电力自动化技术领域。
背景技术
在电力系统受到大扰动时，紧急切负荷仍然是电网故障情况下确保电网安全的必要手段。精准切负荷系统作为特高压交直流电网系统保护的重要组成部分，改变了传统稳控装置以110kV线路为对象的集中控制方式，以35kV、10kV生产企业为最小节点，以企业内部短时间可中断的380V负荷分支回路为具体控制对象，在电网故障情况下，快速的进行负荷批量控制，确保大电网的稳定，避免大停电的发生，将经济损失和社会影响降至最低，提升了大电网故障防御能力。
负控终端作为精准切负荷系统最终的执行单元，配置在电力用户的配电房。一般通过专用光纤接入用户就近变电站的大用户接入装置。然而，电力用户可中断负荷具有负荷量小，地理位置分散，用户多等特点，在用户点多面广、路径及环境复杂、城市廊道资源匮乏等场景中，此方法需要新铺设大量的专用光纤，引发投资成本高、覆盖难、后期维护困难等问题。
因此，迫切需要对基于电力无线专网的精准切负荷系统进行研究，实现负控终端的灵活泛在接入。然而，要实现负控终端的无线专网方式接入，需要解决一系列实际问题。首先，基于电力无线专网的精准切负荷系统整体架构如何设计，需要部署哪些设备，这些设备需要具备哪些功能，设备之间如何连接。其次，根据无线专网的特点，结合精准切负荷系统的实际业务需求，提出控制子站设备与负控终端通信方法。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于电力无线专网的精准切负荷系统及其控制方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种基于电力无线专网的精准切负荷系统，包括控制主站层、控制子站层、终端接入层。控制主站层包括控制主站装置和光纤/E1转换设备。控制子站层包括控制子站装置、光纤/E1转换设备以及无线接入设备。终端接入层主要包括无线核心网、无线基站、CPE(通信终端设备)以及负控终端。所述控制主站层、控制子站层、终端接入层依次连接。
作为优选方案，控制主站装置接收控制子站装置上送的负荷容量信息以及上级稳控系统切负荷控制指令，进行负荷分配，下达控制任务。控制主站层的光纤/E1转换设备对上通过光纤私有协议与控制主站装置通信，对下通过基于站间SDH的2M通道与控制子站层的光纤/E1转换设备通信。
作为优选方案，控制子站装置汇集本地区可切负荷量，上传至控制主站装置，接收控制主站装置的切负荷指令，并向指定的负控终端发送切负荷指令。控制子站层的光纤/E1转换设备对上通过基于站间SDH的2M通信与控制主站层的光纤/E1转换设备通信，对下通过光纤私有协议与控制子站装置通信。无线接入设备对上通过光纤私有协议与控制子站装置通信，对下通过基于IP的以太网报文经无线核心网、无线基站、CPE与负控终端通信。
作为优选方案，无线核心网部署于地市供电公司，无线核心网和控制子站层的无线接入设备通过控制子站层与地市供电公司之间的SDH专用通道连接。无线基站部署于大用户就近的变电站，无线基站与无线核心网之间通过专用光纤相连。CPE(通信终端设备)位于负控终端旁边，用于实现有线和无线信号的互转，对上通过无线方式与无线基站相连，对下通过网线与负控终端相连。负控终端位于大用户的变电所、配电房，采集各分支线路的负荷，将层级测量信息实时上送给控制子站装置；接收控制子站装置下发的层级切负荷命令，快速切除可中断负荷。
作为优选方案，所述无线接入设备采用单套或双套配置。
作为优选方案，所述单套无线接入设备数据处理逻辑如下：1)收到任一套控制子站装置发来的切负荷命令，即转发给相应的负控终端切除可中断负荷；2)若两套控制子站装置发来的切负荷命令不同，以收到的A套装置的命令为准；3)无线接入设备将所有负控终端的测量信息同时上送给控制子站层的A、B套控制子站装置。
作为优选方案，所述负控终端具备以太网接口，负控终端要能及时接收并处理无线接入设备发来的以太网报文，从以太网报文到达负控终端至负控终端动作出口的时间不大于5毫秒。
一种基于电力无线专网的精准切负荷系统控制方法，包括如下步骤：
控制子站装置采用光纤通信发送报文给无线接入设备；
控制子站装置采用光纤通信接收无线接入设备发送的报文。作为优选方案，所述报文每隔一定间隔交互一包，每包一共16帧，每帧12个字，每个字包含2个字节。
作为优选方案，所述一定间隔采用1.667毫秒。
作为优选方案，控制子站装置发送给无线接入设备的帧结构如下表：
Figure GDA0003786887670000031
作为优选方案，无线接入设备发送给控制子站装置的帧结构如下表：
Figure GDA0003786887670000041
一种基于电力无线专网的精准切负荷系统控制方法，包括如下步骤：
负控终端采用电力无线专网通信发送报文给无线接入设备；
负控终端采用电力无线专网通信接收无线接入设备发送的报文；
作为优选方案，报文包括6字节的目的MAC地址、6字节的源MAC地址、2字节的以太网类型、20字节的IP报文头数据、8字节的UDP报文头和26字节的应用数据。
作为优选方案，无线接入设备发送给任一负控终端的13字应用数据帧结构如下表：
Figure GDA0003786887670000051
作为优选方案，负控终端发送给无线接入设备的13字应用数据帧结构如下表：
Figure GDA0003786887670000061
作为优选方案，负控终端采用第一弹性报文机制接收无线接入设备发送的报文，所述第一弹性报文机制包括如下步骤：
每隔T0时间发送一次心跳报文。
当检测到需要往某个负控终端发送命令时，以突发形式立即发送命令报文，然后间隔T1发送第二帧和第三帧，间隔T2发送第四帧，间隔T3发送第五帧。T2值是T1值的两倍，T3值是T2值的两倍。
依此类推，后续报文的发送时间间隔逐渐增加，直到最后报文间隔恢复心跳时间。
作为优选方案，负控终端采用第二弹性报文机制发送报文给无线接入设备，所述第二弹性报文机制包括如下步骤：
负控终端每隔T时间上传测量报文给无线接入设备。
有益效果：本发明提出的基于电力无线专网的精准切负荷系统架构，克服了传统的基于专用光纤的精准切负荷系统需要新铺设大量的专用光纤，引发投资成本高、覆盖难、后期维护困难等问题，可节省投资和维护成本，适合海量微负荷的灵活接入。
提出的无线接入设备与控制子站装置通信接口技术，实现了控制子站装置对负控终端接入方式的无差异化处理。
提出的无线接入设备和负控终端之间的通信协议和弹性通信机制，减小了无线通信受环境干扰的影响，满足精准切负荷系统可靠性、速动性的要求。
附图说明
图1是基于电力无线专网的精准切负荷系统架图。
图2是无线接入设备的硬件架构图。
图3是无线接入设备与负控终端之间报文格式图。
图4是负控终端报文发送机制示意图。
图5是无线接入设备报文发送机制示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，一种基于电力无线专网的精准切负荷系统，包括控制主站层、控制子站层、终端接入层。控制主站层包括控制主站装置和光纤/E1转换设备。控制子站层包括控制子站装置、光纤/E1转换设备以及无线接入设备。终端接入层主要包括无线核心网、无线基站、CPE(通信终端设备)以及负控终端。
控制主站装置接收控制子站装置上送的负荷容量信息以及上级稳控系统切负荷控制指令，进行负荷分配，下达控制任务。控制主站层的光纤/E1转换设备对上通过光纤私有协议与控制主站装置通信，对下通过基于站间SDH的2M通道与控制子站层的光纤/E1转换设备通信。
控制子站装置汇集本地区可切负荷量，上传至控制主站装置，接收控制主站装置的切负荷指令，并向指定的负控终端发送切负荷指令。控制子站层的光纤/E1转换设备对上通过基于站间SDH的2M通信与控制主站层的光纤/E1转换设备通信，对下通过光纤私有协议与控制子站装置通信。无线接入设备对上通过光纤私有协议与控制子站装置通信，对下通过基于IP的以太网报文经无线核心网、无线基站、CPE与负控终端通信。
无线核心网部署于地市供电公司，无线核心网和控制子站层的无线接入设备通过控制子站层与地市供电公司之间的SDH专用通道连接。无线基站建设在大用户就近变电站，无线基站与无线核心网之间通过专用光纤相连。CPE(通信终端设备)位于负控终端旁边，用于实现有线和无线信号的互转，对上通过无线方式与无线基站相连，对下通过网线与负控终端相连。负控终端位于大用户的变电所、配电房，采集各分支线路的负荷，将层级测量信息实时上送给控制子站装置；接收控制子站装置下发的层级切负荷命令，快速切除可中断负荷。测量信息包括：可切负荷量、运行信息、异常状态等。
无线接入设备对上通过光纤与控制子站装置相连，对下经无线核心网、无线基站、CPE与负控终端通信。目前精准切负荷系统中的稳控装置均采用双套配置，例如控制主站层和控制子站层均是A、B套的双重化配置，增加了系统的可靠性。而无线核心网、无线基站、CPE和负控终端都是单套配置。根据工程实际需求，无线接入设备应既可单套配置也可双套配置。双套无线接入设备配置的情况下，每套无线接入设备对上仅需一对光纤，独立与控制子站层的A套控制子站装置或者B套控制子站装置通信。单套无线接入设备配置的情况下，无线接入设备对上需有两对光纤，分别与控制子站层的A控制子站装置、B套控制子站装置通信。
无线接入设备对下通过电力无线专网与负控终端通信，所述电力无线专网包括：无线核心网、无线基站、CPE，因此无线接入设备对下应具备至少一个以太网接口，实现与负控终端基于IP的以太网通信。考虑通用性和可扩展性，采用POWERPC+FPGA的架构研发了无线接入设备，其硬件架构如图2所示。选择飞思卡尔(Freescale)半导体公司的PowerPC架构的T1014处理器作为主CPU，实现与负控终端的以太网通信；FPGA负责与控制子站装置的光纤通信以及LED指示灯的控制。CPU与FPGA模块分工协作，它们之间使用PCIe总线高速通信。由于无线接入设备要支持TCP/IP协议栈，选择使用了嵌入式Linux操作系统。对Linux内核进行裁剪和配置，使其完全支持内核抢占，满足精准切负荷系统的实时性要求。
单套无线接入设备配置的情况下，无线接入设备通过两对光纤分别接收控制子站层A、B套控制子站装置的命令和数据。数据处理逻辑如下：1)收到任一套控制子站装置发来的切负荷命令，即转发给相应的负控终端切除可中断负荷；2)若两套控制子站装置发来的切负荷命令不同，以收到的A套装置的命令为准；3)无线接入设备将所有负控终端的测量信息同时上送给控制子站层的A、B套控制子站装置。
基于电力无线专网的负控终端应具备以太网接口，同时要能尽快地接收并处理无线接入设备发过来的以太网报文，从以太网报文到达负控终端至负控终端动作出口的时间一般不大于5毫秒。为了处理以太网报文，负控终端一般需要使用操作系统，其操作系统应满足强实时性要求，软件处理的时候将与无线接入设备通信的任务优先级设置为最高，保证接收命令的实时性，不被其它任务打断。当收到无线接入设备发来的切负荷命令后，经过3帧确认后立即出口，快速切除可中断负荷，满足精准切负荷系统的实时性要求。对于不能满足上述软硬件条件的负控终端，可外接一个光纤/以太网转换设备。光纤/以太网转换设备实现与无线接入设备的以太网快速通信，将收到的切负荷命令通过光纤快速转发给负控终端。
一种基于电力无线专网的精准切负荷系统控制方法，提出无线接入设备与控制子站的通信方法。无线接入设备与控制子站装置采用光纤通信，发送和接收都采用定时间间隔的方式，通信频率为每秒600包。控制子站装置与无线接入设备间以帧为最小单位进行数据传输，每帧12个字，每个字包含2个字节，每包16帧，每帧应用层的通信协议如表1所示。
表1控制子站装置与无线接入设备的通信协议
Figure GDA0003786887670000101
控制子站装置发送给无线接入设备的帧结构，说明如下：
1)第0字定义为帧头特征码，正常帧的帧头特征码为0x5500+控制子站装置的地址码，命令报文帧的帧头特征码为0x9900+控制子站装置的地址码；控制子站装置的地址码取值范围为1-255；无效数据帧的帧头特征码为0x5500。
2)第1字定义为负控终端1的切负荷类型命令码，其中低八位为正码、高八位为反码，即正码按位取反。对于正码，bit0为切除第一类负荷；bit1为切除第二类负荷；bit2为切除第三类负荷；bit3为切除第四类负荷；bit4为切除第五类负荷；bit5为切除第六类负荷；bit6为备用；bit7为预置切负荷。如需要同时切除多类负荷，则需将相应bit位分别置1，下表举例了切除某负控终端的切负荷命令码。
负控终端切负荷类型命令 切负荷命令码
切除第1类负荷命令 0xFE01(1111111000000001)
切除第2类负荷命令 0xFD02(1111110100000010)
切除第3类负荷命令 0xFB04(1111101100000100)
切除第4类负荷命令 0xF708(1111011100001000)
切除第5类负荷命令 0xEF10(1110111100010000)
切除第6类负荷命令 0xDF20(1101111100100000)
预置切负荷命令 0x7F80(0111111110000000)
不切除负荷命令 0xFF00(1111111100000000)
3)第2～8字分别定义负控终端2～8的切负荷类型命令，定义同第1字。
4)第9字定义为恢复负荷提醒命令，其中低八位为正码、高八位为反码，即正码按位取反。恢复负荷提醒命令正码当中，bit0为负控终端1的恢复负荷提醒命令；bit1为负控终端2的恢复负荷提醒命令；bit2为负控终端3的恢复负荷提醒命令；bit3为负控终端4的恢复负荷提醒命令；bit4为负控终端5的恢复负荷提醒命令；bit5为负控终端6的恢复负荷提醒命令；bit6为负控终端7的恢复负荷提醒命令；bit7为负控终端8的恢复负荷提醒命令。下表列举了恢复负荷提醒命令码，如子站需同时恢复多个负控终端的负荷，则需将相应bit位分别置1。
恢复负荷提醒命令 恢复负荷提醒命令码
负控终端1的恢复负荷提醒命令 0xFE01(1111111000000001)
负控终端2的恢复负荷提醒命令 0xFD02(1111110100000010)
负控终端3的恢复负荷提醒命令 0xFB04(1111101100000100)
负控终端4的恢复负荷提醒命令 0xF708(1111011100001000)
负控终端5的恢复负荷提醒命令 0xEF10(1110111100010000)
负控终端6的恢复负荷提醒命令 0xDF20(1101111100100000)
负控终端7的恢复负荷提醒命令 0xBE40(1011111001000000)
负控终端8的恢复负荷提醒命令 0x7F80(0111111110000000)
不恢复负荷命令 0XFF00(1111111100000000)
5)第10字定义为状态字，bit0为控制子站装置的同步启动标志，bit1～bit8分别为控制子站装置至负控终端1～负控终端8的通道压板状态；bit9为控制子站装置接收无线接入设备通道异常；bit10为控制子站装置测试状态；bit12为控制子站装置的另柜检修压板；其它位为备用。
6)第11字定义为应用层数据0～10字的校验和，按字求和取反。
控制子站装置发送给无线接入设备的典型的一帧正常数据帧如下表所示。
字序号 控制子站装置->无线接入设备
0 0x5565
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
8 0
9 0
10 0x0404
11 0xa696
从上表可以看出，帧头0x5565表明是一帧正常数据帧，且控制子站装置地址为0x65；第10字状态字为0x0404，相应位解析如下，控制子站装置处于测试状态，切控制子站装置往负控终端2的通道压板为投入状态；第11字校验和为0xa696。
控制子站装置往无线接入设备会发送正常数据帧和命令帧，任何一个时刻只会发送一种帧，要么是正常数据帧要么是命令帧，通过帧头进行区分。无线接入设备往控制子站装置仅上送正常数据帧，通过时分复用的方式上送负控终端的信息。
无线接入设备发送给控制子站装置的帧结构，说明如下：
1)第0字定义为帧头特征码，帧头特征码为0x5500+负控终端的地址码，负控终端地址码取值范围为1-255；无效数据帧的帧头特征码为0x5500。
2)第1字定义为帧号，帧号为2(k-1)的帧传输负控终端k统计的可切负荷量，帧号为2(k-1)+1的帧传输负控终端k统计的实切负荷量，k表示一帧里面的第几个负控终端，取值范围为1-8。
3)第2字定义为负控终端k的第1类负荷的可切量或者实切量，单位为10kW。帧号为2(k-1)时传输负控终端k的第1类负荷可切量，帧号为2(k-1)+1时传输负控终端k的第1类负荷实切量。
4)第3字定义为负控终端k的第2类负荷的可切量或者实切量，单位为10kW。帧号为2(k-1)时传输负控终端k的第2类负荷可切量，帧号为2(k-1)+1时传输负控终端k的第2类负荷实切量。
5)第4字定义为负控终端k的第3类负荷的可切量或者实切量，单位为10kW。帧号为2(k-1)时传输负控终端k的第3类负荷可切量，帧号为2(k-1)+1时传输负控终端k的第3类负荷实切量。
6)第5字定义为负控终端k的第4类负荷的可切量或者实切量，单位为10kW。帧号为2(k-1)时传输负控终端k的第4类负荷可切量，帧号为2(k-1)+1时传输负控终端k的第4类负荷实切量。
7)第6字定义为负控终端k的第5类负荷的可切量或者实切量，单位为10kW。帧号为2(k-1)时传输负控终端k的第5类负荷可切量，帧号为2(k-1)+1时传输负控终端k的第5类负荷实切量。
8)第7字定义为负控终端k的第6类负荷的可切量或者实切量，单位为10kW。帧号为2(k-1)时传输负控终端k的第6类负荷可切量，帧号为2(k-1)+1时传输负控终端k的第6类负荷实切量。
9)第8字定义为负控终端k的出口压板状态，bit0～bit5分别对应第1类负荷～第6类负荷，其它的位作为备用。
10)第9字定义为负控终端k的程序校验码。
11)第10字定义为状态字，bit0为负控终端k异常，bit1为负控终端k的通道压板状态；bit2为备用；bit3为负控终端k接收无线接入设备异常；bit4为负控终端k的预置切负荷反馈状态；bit5为负控终端k故障；bit6～bit8为备用；bit9为负控终端k试验状态；bit10～bit13为备用；bit14为无线接入设备接收负控终端k异常；bit15为无线接入设备收控制子站装置异常。
12)第11字定义为应用层数据0～10字的校验和，按字求和取反。
无线接入设备发送给控制子站装置的典型的一帧正常数据帧如下表所示。
字序号 无线接入设备->控制子站装置
0 0x550a
1 0x0002
2 0x038f
3 0x02d2
4 0
5 0
6 0
7 0
8 0x00d9
9 0xb2c4
10 0x0202
11 0xeef3
从上表可以看出，帧头0x550a表明是一帧正常数据帧，且负控终端k的地址为0x0a；第1字帧号为2，表明正在传输第2个负控终端可切负荷量，k的取值此时为2；第2字为0x038f，表明负控终端k的第1类可切负荷量为0x038f，单位为10kW；第3字为0x02d2，表明负控终端k的第2类可切负荷量为0x02d2，单位为10kW；第4～7字为0表明负控终端k的第2类～第6类可切负荷量为0；第8字为0x00d9，表明负控终端k的第1、4、5、7、8路出口压板为投入状态；第9字0xb2c4为负控终端k的版本校验码；第10字状态字为0x0202，相应位解析如下，负控终端k的通道压板为投入状态，负控终端k处于试验状态；第11字校验和为0xeef3。
根据协议，下行数据中每8个负控终端占用一帧，经过计算可知无线接入设备可同时接收控制子站装置发送给128个负控终端的数据；上行数据信息量比较大，采用时分复用的方式，在每一帧里面循环上送8个负控终端的信息，同时每个负控终端的信息又分两次上送。通过帧号2(k-1)以及2(k-1)+1进行区分，k为负控终端编号，取值为1～8。例如当k为1的时候，帧号为0和1，此时上送的为负控终端1的信息。经过计算可知无线接入将最大128个负控终端的测量信息通过时分复用的方式上送给控制子站装置。
采用上述方法设计实现的无线接入设备，其与控制子站装置的通信协议与“在负控终端有线方式接入下的控制子站层的有线接入设备与控制子站装置的通信协议”一致，可被控制子站装置认为是一个“有线接入设备”，实现了控制子站装置对负控终端接入方式的无差异化处理，最大程度的减少了控制子站装置的工作量，使其不用考虑负控终端的接入方式，特别适用于专用光纤和无线专网混接的情况。
提出无线接入设备与负控终端的通信协议与通信机制。无线接入设备与负控终端之间通信采用UDP协议，应用层报文长度为13个字，每个字包含2个字节，以字为最小信息单位，包括帧头、帧数据、校验等，为保证通信传输过程中数据的准确性，采用CRC(循环冗余校验)校验，具体协议如表2所示。
表2无线接入设备与负控终端的通信协议
Figure GDA0003786887670000171
无线接入设备发送给任一负控终端的13字应用数据帧结构，说明如下：
1)第0字定义为帧头特征码，正常数据帧特征码为0x5500+控制子站装置的地址码，命令报文帧的帧头特征码为0x9900+控制子站装置的地址码，控制子站装置的地址码取值范围为1-255；无效数据帧的帧头特征码为0x5500。
2)第1字定义为负控终端切负荷类型命令，其中低八位bit为正码、高八位bit为反码，即正码按位取反。对于正码，对于正码，bit0为切除第一类负荷；bit1为切除第二类负荷；bit2为切除第三类负荷；bit3为切除第四类负荷；bit4为切除第五类负荷；bit5为切除第六类负荷；bit6为备用；bit7为预置切负荷。如需要同时切除多类负荷，则需将相应bit位分别置1，下表举例了切除某负控终端的切负荷命令码。
负控终端切负荷类型命令 切负荷命令码
切除第1类负荷命令 0xFE01(1111111000000001)
切除第2类负荷命令 0xFD02(1111110100000010)
切除第3类负荷命令 0xFB04(1111101100000100)
切除第4类负荷命令 0xF708(1111011100001000)
切除第5类负荷命令 0xEF10(1110111100010000)
切除第6类负荷命令 0xDF20(1101111100100000)
预置切负荷命令 0x7F80(0111111110000000)
不切除负荷命令 0xFF00(1111111100000000)
3)第2～3字为备用。
4)第4字定义为状态字：bit0为控制子站装置的同步启动标志，bit1为控制子站装置至负控终端的通道压板，bit2无线接入设备收负控终端异常，bit3为控制子站装置的测试位，bit4为控制子站装置的另柜检修压板，bit8为无线接入设备与子站装置光纤通信异常，其它位作为备用。
5)第5～9字为备用。
6)第10字为同步序号，无线接入设备每往负控终端发送一帧数据，该值就会加1，其取值范围为0～65535。控制终端用来判断接收到的是否是重复帧。
7)第11字定义为应用层数据0～10字的校验和，按字求和取反。
8)第12字定义为应用层数据0～11字的循环冗余校验(CRC)。
无线接入设备发送给负控终端的典型的一帧正常数据帧如下表所示。
字序号 无线接入设备->负控终端
0 0x5565
1 0
2 0
3 0
4 0x020a
5 0
6 0
7 0
8 0
9 0
10 0x0084
11 0xa80c
12 0xb3d0
从上表可以看出，帧头0x5565表明是一帧正常数据帧，且控制子站装置地址为0x65；第4字状态字为0x020a，相应位解析如下，控制子站装置至负控终端的通道压板为投入状态，控制子站装置处于测试状态；第10字同步序号为0x0084；第11字校验和为0xa80c；第12字CRC校验为0xb3d0。
负控终端发送给无线接入设备的13字应用数据帧结构，说明如下：
1)第0字定义为帧头特征码，帧头特征码为0x5500+负控终端的地址码，负控终端地址码取值范围为1～255；无效数据帧的帧头特征码为0x5500。
2)第1字定义为帧号，帧号为0的帧传输负控终端统计的负荷可切量，帧号为1的帧传输负控终端n统计的负荷实切量。
3)第2字定义为负控终端的第1类负荷的可切量或者实切量，单位为10kW。帧号为0时传输负控终端的第1类负荷可切量，帧号为1时传输负控终端的第1类负荷实切量，单位为10kW。
4)第3字定义为负控终端的第2类负荷的可切量或者实切量，单位为10kW。帧号为0时传输负控终端的第2类负荷可切量，帧号为1时传输负控终端的第2类负荷实切量，单位为10kW。
5)第4字定义为负控终端的第3类负荷的可切量或者实切量，单位为10kW。帧号为0时传输负控终端的第3类负荷可切量，帧号为1时传输负控终端的第3类负荷实切量，单位为10kW。
6)第5字定义为负控终端的第4类负荷的可切量或者实切量，单位为10kW。帧号为0时传输负控终端的第4类负荷可切量，帧号为1时传输负控终端的第4类负荷实切量，单位为10kW。
7)第6字定义为负控终端的第5类负荷的可切量或者实切量，单位为10kW。帧号为0时传输负控终端的第5类负荷可切量，帧号为1时传输负控终端的第5类负荷实切量，单位为10kW。
8)第7字定义为负控终端的第6类负荷的可切量或者实切量，单位为10kW。帧号为0时传输负控终端的第6类负荷可切量，帧号为1时传输负控终端的第6类负荷实切量，单位为10kW。
9)第8字定义为负控终端的出口压板状态，bit0～bit7对应切负荷线路1～切负荷线路8，其它位为备用。
10)第9字定义为负控终端程序校验码。
11)第10字定义为状态字，bit0为负控终端异常，bit1为负控终端通道压板状态；bit2为备用；bit3为负控终端接收无线接入设备异常；bit4为负控终端预置切负荷反馈情况；bit5为负控终端故障；bit6～bit8均为备用；bit9为负控终端试验状态；bit10～bit15均为备用。
12)第11字定义为应用层数据0～10字的校验和，按字求和并取反。
13)第12字定义为应用层数据0～11字的循环冗余校验(CRC)。
负控终端发送给无线接入设备的典型的一帧正常数据帧如下表所示。
字序号 负控终端->无线接入设备
0 0x550a
1 0
2 0x038f
3 0x02d2
4 0
5 0
6 0
7 0
8 0x0019
9 0xb2c4
10 0x0202
11 0xefb5
12 0xfe6b
从上表可以看出，帧头0x550a表明是一帧正常数据帧，且负控终端的地址为0x0a；第1字帧号为0，表明正在传输负控终端的可切负荷量；第2字为0x038f，表明负控终端的第1类可切负荷量为0x038f，单位为10kW；第3字为0x02d2，表明负控终端的第2类可切负荷量为0x02d2，单位为10kW；第4～7字为0表明负控终端的第2类～第6类可切负荷量为0；第8字为0x0019，表明负控终端的第1、4、5路出口压板为投入状态；第9字0xb2c4为负控终端的版本校验码；第10字状态字为0x0202，相应位解析如下，负控终端的通道压板为投入状态，负控终端处于试验状态；第11字校验和为0xefb5；第12字CRC校验为0xfe6b。
无线接入设备发给负控终端的下行数据，分为命令帧和正常帧，通过帧头进行区分，命令帧包含了切负荷层级命令及提醒负荷恢复命令。负控终端发送给无线接入设备的上行数据仅为正常数据帧，通过分帧的形式，上送负荷层级可切容量、实切容量、异常信息、出口压板、版本号等内容。帧号为0的时候，上送可切容量，帧号为1的时候，上送实切容量，两者交替上送。另外，UDP应用层报文含6字节的目的MAC地址、6字节的源MAC地址、2字节的以太网类型、20字节的IP报文头数据、8字节的UDP报文头和26字节的应用数据，如图3所示，由此计算出一帧应用层报文共计68字节。
如果无线接入设备与负控终端之间的通信采用稳控装置间传统的每隔1.667毫秒交互一次数据的方式，由于每帧数据68字节，计算得到通信流量为326.4Kbps。无线专网CPE的通信带宽在无线网络条件好的情况下实测仅500Kbps，而且无线通信受环境影响较大，物理障碍物、天气、云层、磁场等干扰都会对通信带宽和通信速率产生严重影响。如果下发命令报文的时候出现干扰，难以保证负控终端动作的实时性，甚至负控终端会拒动。为减小环境干扰对无线通信的影响，提出无线接入设备与负控终端的报文弹性交互机制。
负控终端每隔T时间上传测量报文给无线接入设备，如图4所示。由于上行报文为负控终端的测量信息，正常情况下可切容量小而且波动不大，控制子站将收到的测量信息进行可切容量的计算。控制子站往往会接入数百个负控终端，单个负控终端测量信息的变化对控制子站策略分配的影响很小。当电网发生故障，需切除可中断负荷时，控制子站的策略分配原则一般是将事故前200毫秒的可切容量作为事故前功率进行处理，因此将T设置为100毫秒，可以满足精准切负荷系统的要求。
无线接入设备往负控终端发送报文的方法为弹性报文发送机制，如图5所示。每隔T0时间发送一次心跳报文。当检测到需要往某个负控终端发送命令时，以突发形式立即发送命令报文，然后间隔T1发送第二帧和第三帧，间隔T2发送第四帧，间隔T3发送第五帧，后续报文的发送时间间隔逐渐增加，直到最后报文间隔恢复心跳时间。下行报文分为命令报文和数据报文，下行报文中的数据报文为心跳报文，主要是控制子站的压板、异常状态，负控终端收到后往往不做特殊处理，仅用于判断通信是否中断。下行报文中的命令报文，要求负控终端尽可能及时响应。基于上述分析，T0设置为1秒，T1设置为2毫秒，T2为4毫秒，T3为8毫秒，由此类推，每次命令报文的重传时间为上次重传时间的两倍，经过八次重传后报文间隔恢复为心跳时间。
无线接入设备和负控终端在通信过程中不断自检。如果无线接入设备在超过2T时间范围内没有收到负控终端发来的报文，即判断为通信中断。如果负控终端在超过2T0时间范围内没有收到无线接入设备发来的报文，即判断为通信中断。
基于上述的通信机制，上下行的通信流量正常情况下很小，经过计算，上行通信带宽为固定的5.44Kbps；下行通信带宽一般情况下为0.544Kbps，当动作命令发送的情况下，下行峰值带宽为272Kbps，且该峰值带宽仅持续2毫秒的时间，然后通信所占带宽越来越低，命令结束后下行通信带宽恢复到动作前的0.544Kbps。该通信机制改变了稳控装置站间通信报文传统的固定时间间隔的传输方式，降低了CPE的通信负载，减少了环境干扰对基于电力无线专网的精准切负荷系统的影响，满足可靠性、速动性要求。另外，无线接入设备和负控终端在通信过程中不断自检，实现了通信回路的智能化监测。
实施例：
本发明包括基于电力无线专网的精准切负荷系统架构、无线接入设备软硬件实现方式，负控终端的通信接口方式，无线接入设备与控制子站装置的通信方式和通信协议，以及无线接入设备与负控终端通信协议与通信机制。克服了传统的基于专用光纤的精准切负荷系统需要新铺设大量的专用光纤，引发投资成本高、覆盖难、后期维护困难等问题，可节省投资和维护成本，适合海量微负荷的灵活接入。实现了控制子站装置对负控终端接入方式的无差异化处理。减小了无线通信受环境干扰的影响，满足精准切负荷系统可靠性、速动性的要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于电力无线专网的精准切负荷系统控制方法，其特征在于：
所述切负荷系统包括：控制主站层、控制子站层、终端接入层，控制主站层包括控制主站装置和光纤/E1转换设备；控制子站层包括控制子站装置、光纤/E1转换设备以及无线接入设备；终端接入层主要包括无线核心网、无线基站、CPE以及负控终端；所述控制主站层、控制子站层、终端接入层依次连接；
控制主站装置接收控制子站装置上送的负荷容量信息以及上级稳控系统切负荷控制指令，进行负荷分配，下达控制任务；控制主站层的光纤/E1转换设备对上通过光纤私有协议与控制主站装置通信，对下通过基于站间SDH的2M通道与控制子站层的光纤/E1转换设备通信；
控制子站装置汇集本地区可切负荷量，上传至控制主站装置，接收控制主站装置的切负荷指令，并向指定的负控终端发送切负荷指令；控制子站层的光纤/E1转换设备对上通过基于站间SDH的2M通信与控制主站层的光纤/E1转换设备通信，对下通过光纤私有协议与控制子站装置通信；无线接入设备对上通过光纤私有协议与控制子站装置通信，对下通过基于IP的以太网报文经无线核心网、无线基站、CPE与负控终端通信；
无线核心网和控制子站层的无线接入设备通过控制子站层与地市供电公司之间的SDH专用通道连接；无线基站与无线核心网之间通过专用光纤相连；CPE用于实现有线和无线信号的互转，对上通过无线方式与无线基站相连，对下通过网线与负控终端相连；负控终端采集各分支线路的负荷，将层级测量信息实时上送给控制子站装置；接收控制子站装置下发的层级切负荷命令，快速切除可中断负荷；
所述控制方法包括如下步骤：
控制子站装置采用光纤通信发送报文给无线接入设备；
控制子站装置采用光纤通信接收无线接入设备发送的报文；
负控终端采用电力无线专网通信发送报文给无线接入设备；
负控终端采用电力无线专网通信接收无线接入设备发送的报文；
控制子站装置与无线接入设备通讯的报文每隔一定间隔交互一包，每包一共16帧，每帧12个字，每个字包含2个字节；
控制子站装置发送给无线接入设备的帧结构如下表：
Figure FDA0003786887660000021
控制子站装置接收无线接入设备发送的帧结构如下表：
Figure FDA0003786887660000031
无线接入设备与负控终端通讯的报文每隔一定间隔交互一次，报文包括6字节的目的MAC地址、6字节的源MAC地址、2字节的以太网类型、20字节的IP报文头数据、8字节的UDP报文头和26字节的应用数据；
无线接入设备发送给负控终端的13字应用数据帧结构如下表：
Figure FDA0003786887660000041
负控终端发送给无线接入设备的13字应用数据帧结构如下表：
Figure FDA0003786887660000051
负控终端采用第一弹性报文机制接收无线接入设备发送的报文，所述第一弹性报文机制包括如下步骤：
每隔T0时间发送一次心跳报文；
当检测到需要往某个负控终端发送命令时，以突发形式立即发送命令报文，然后间隔T1发送第二帧和第三帧，间隔T2发送第四帧，间隔T3发送第五帧；
后续报文的发送时间间隔逐渐增加，直到最后报文间隔恢复心跳时间；
负控终端采用第二弹性报文机制发送报文给无线接入设备，所述第二弹性报文机制包括如下步骤：
负控终端每隔T时间上传测量报文给无线接入设备。
2.根据权利要求1所述的基于电力无线专网的精准切负荷系统控制方法，其特征在于：所述无线接入设备采用单套或双套配置。
3.根据权利要求2所述的基于电力无线专网的精准切负荷系统控制方法，其特征在于：单套无线接入设备数据处理逻辑如下：1)收到任一套控制子站装置发来的切负荷命令，即转发给相应的负控终端切除可中断负荷；2)若两套控制子站装置发来的切负荷命令不同，以收到的A套装置的命令为准；3)无线接入设备将所有负控终端的测量信息同时上送给控制子站层的A、B套控制子站装置。
4.根据权利要求1所述的基于电力无线专网的精准切负荷系统控制方法，其特征在于：所述负控终端具备以太网接口，负控终端接收并处理无线接入设备发来的以太网报文，从以太网报文到达负控终端至负控终端动作出口的时间不大于5毫秒。
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