CN202503362U

CN202503362U - 用于智能配电网的测控保护一体化站所终端

Info

Publication number: CN202503362U
Application number: CN2011205245238U
Authority: CN
Inventors: 张文; 黄殿勋; 郭萍; 王轩
Original assignee: Hennan Electric Power Survey and Design Institute
Current assignee: Hennan Electric Power Survey and Design Institute
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2021-12-15

Abstract

一种用于智能配电网的测控保护一体化站所终端，它将电源插件、CPU主控插件、线路保护插件、模拟量测量插件、开关量输入插件和开关量输出插件，上述的所有插件均插接在总线插件上。采用上述技术方案的本实用新型，配置了线路保护插件，采用了成熟的线路故障保护逻辑，实现了线路保护功能模块与主处理器模块相对独立；采用插槽式的设计，保证了模拟量和数字量测量插件的灵活配置，同时采用串行与网络两种通信模式，适应智能配电网的各种不同环境。

Description

用于智能配电网的测控保护一体化站所终端

技术领域

本实用新型涉及到一种智能配电网设备，即应用于智能配电网开关站和配电所的测控保护一体化站所终端。

背景技术

智能配电网配电终端是安装于中压配电网现场的各种远方监测、控制单元的总称，其中，安装于开关站和公用用户配电所的监控终端被称为站所终端（distribution terminal unit，DTU）。随着智能配电网的建设，对于站所终端DTU的可靠性、安全性以及功能集成度的要求越来越高。目前的站所终端产品不易扩展为多路测量和控制，通信方式单一，而且不具备线路保护功能或线路保护功能由软件来实现。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种模块化的测控保护一体化站所终端DTU。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型将电源插件、CPU主控插件、线路保护插件、模拟量测量插件、开关量输入插件和开关量输出插件，上述的所有插件均插接在总线插件上。

在所述的总线插件上还连接有保护插件。

采用上述技术方案的本实用新型，配置了线路保护插件，采用了成熟的线路故障保护逻辑，实现了线路保护功能模块与主处理器模块相对独立；采用插槽式的设计，保证了模拟量和数字量测量插件的灵活配置，同时采用串行与网络两种通信模式，适应智能配电网的各种不同环境。

附图说明

图1为站所终端DTU的总体框架。

图2为站所终端DTU的硬件结构。

图3为CPU插件总体流程。

图4为线路综合保护逻辑原理图。

图5为模拟量测量插件的软件流程。

图6为网络通信流程。

图7为调试软件功能结构图。

具体实施方式

本实用新型中，用于智能配电网的测控保护一体化站所终端DTU，它将电源插件、CPU主控插件、线路保护插件、模拟量测量插件、开关量输入插件和开关量输出插件，上述的所有插件均插接在总线插件上，在总线插件上还连接有保护插件。

具体地说，DTU以TMS320F2812(简称DSP2812)作为主控制器。采用插槽式结构，采用复杂可编程逻辑器(CPLD)实现CPU对各种不同插件的选通及控制。硬件部分主要由主体机箱、CPU插件、模拟量测量插件、开关量输入／输出插件、线路保护插件、电源插件、底板以及LCD液晶显示器等部分组成。

系统插件较多，故采用CPLD芯片XC9536处理CPU插件与模拟量插件、开关量插件之间的数据传递关系。其具体过程如下：当CPU需要得到某个模拟量或开关量输入插件上的数据或者要控制某个开关量输出插件时，先通知CPLD选中此插件的锁存器，此时该插件的数据总线才能连接到CPU的数据总线上。而其他插件的数据总线则不能得到CPU发出的数据；操作完毕后，再用CPLD控制锁存器将此插件的数据总线与CPU的数据总线相隔离。这样就使得CPU在控制某个插件丁作时不会影响其他插件，从而很好地完成整个系统的信号调度工作。

保护插件采用1块DSP2407芯片，实现10kV线路（以及变压器）的综合保护功能。保护插件从模拟量测量插件和开关量输入插件获取信息量，经过保护功能的逻辑运算，将保护动作信号输出到开关量输出插件中，输出信号首先被寄存到开关量输出控制缓存器中，经光电隔离后，再用达林顿管ULN2003对信号进行放大，最后输出到继电器中，动作于跳闸。

为了及时处理采样数据,迅速响应主站发出的命令,系统把数据采集、计算和数据通信分开处理,以满足系统对实时性的要求。在模拟量测量插件中,采用的是TMS320LF2407(简称DSP2407)芯片和ADS8365芯片。系统每个模拟量测量插件采集8路交流电压或电流信号，采样频率为3200 Hz(即每个周期采集64点)。ADS8365是一种16位高速并行接口的A／D转换芯片，待测模拟信号经过电压或电流互感器(TV、TA)后，再进行信号调理以满足A／D采样的要求，然后进入ADS8365进行A／D转换。ADS8365将得到的采样数据送入芯片SN74LVCl6245进行电平转换，再传给DSP2407，DSP及时进行计算，得到电压／电流的有效值、频率、有功功率、无功功率、功率因数等参数。

双CPU间的数据共享采用16位的高速双口RAM芯片IDT7133实现。双口RAM中主要存放2种数据：一种为模拟量经过测量计算后得到的数据，另一种为CPU主控插件下传的控制参数。2种数据被固定存放在双口RAM不同的区域中。其中，CPU下传控制参数的同时会以中断方式通知模拟量测量插件，让其及时地去读取数据。而模拟量测量插件总是根据系统的设定更新测量数据，以保证系统的实时性。

开关量插件由开关量输入插件和开关量输出插件2部分组成，每块插件均有16路输入或输出通道。在控制系统中，DTU通过开关量的输入、输出来与外部开关进行联系。因此，开关量的输入、输出必须确保可靠。系统在开关量输入和开关量输出部分均加入了光电耦合隔离器，以提高系统的抗干扰能力。在开关量输出部分，输出信号首先被寄存到开关量输出控制缓存器中，经光电隔离后，再用达林顿管ULN2003对信号进行放大，最后输出到继电器中。

站所终端DTU的一个非常重要的功能就是将采集到的各种信息传送至控制中心，并且能根据控制中心下发的命令进行相应操作，这些任务是通过通信模块完成的。为配合不同现场环境的需要，系统设计了串口和网络2种通信方式。

系统基于DSP2812的SCI模块实现了CPU与外设进行RS-232或RS-485方式的串行数字通信。并且提供有1个RS-232接口，1个RS-232/RS-485共用接口。网络通信则采用基于以太网的标准TCP／IP协议，可以选择无线WiMAX技术或有线局域网、城域网的通信方式，构成智能配电网的通信网络。

同时，为方便现场调试，设计了基于RS-232接口的串口液晶显示屏，能够在调试现场方便地看到环网柜线路当前的运行状态、开关合闭闸情况、模拟量测量值、计算值、保护定值、保护动作信号及电气量波形图等。

本系统主机箱内底板共有20个插槽位，其中左起第1个为电源插件槽位，第2个为CPU插件槽位，第3个为保护插件，其余15个槽位可根据需要插入模拟量测量插件、开关量输入插件或开关量输出插件。为适应出线回路较多的开关站和公用用户配电所，可较多地使用模拟量测量插件，也可搭配开关量插件灵活使用。

系统软件编程主要包括CPU插件主程序、模拟量测量插件A／D数据采样程序、线路综合保护程序、通信程序等设计。站所终端DTU的主要任务是：对电网的电压、电流、频率、功率、开关信号等进行实时采样、分析、检测、记录，执行线路保护逻辑并动作于跳闸，隔离故障线路，上报故障数据，及时执行控制中心下发的数据召唤和开关量输出等工作命令。

CPU插件软件总体流程：系统初始化后，先进行硬件自检，然后打开中断，进行故障检测，再根据所选择的不同插件进行相应的数据读取或开关控制的操作，并且对事件和数据进行记录，处理显示程序，再将数据等上传到控制中心。

线路保护插件最重要的功能是通过采集到的电压电流信号，执行保护逻辑，发出保护动作信号。线路保护的保护逻辑分为过流保护逻辑、低电压闭锁逻辑、三相一次重合闸逻辑以及零序电流保护逻辑。主程序流程如下：DSP2407先初始化，再通过定时器中断控制A／D芯片进行采样，之后运行过流保护逻辑判断，过流保护动作后进行三相一次重合闸，若过流保护未动作，则进行零序保护逻辑和低电压闭锁逻辑判断，并进行故障信息处理与远传。

模拟量测量插件最主要的功能是对交流电压或电流信号进行采样和计算，它的主程序流程如下：DSP2407先初始化，再通过定时器中断控制A／D芯片进行采样，之后进行基本参数计算，并将结果写入双口RAM供CPU插件读取使用，如CPU插件有控制命令以中断方式发出，DSP2407也要做出相应处理。

系统的网络通信采用TCP／IP协议，具体流程如下：第l步判断是否有新的数据包，当有新的数据包时，判断是否是arp数据包。若是arp数据包，采用arp应答。若不是arp数据包，判断是否是ip数据包，若是ip数据包，判断是ping请求还是udp请求，并做出相应的应答。

频率计算：利用DSP2407芯片自带的电压捕获功能对频率进行测量，将跟踪频率的方波信号作为捕获引脚的输入信号，令连续2次捕获信号时定时器上的读数之差为N，DSP定时器的频率为fs，。则交流信号的频率f=fs/N。同时系统采用了测量多个周期取平均值的方法，以减小测量的误差。

基本参数的计算：系统采用高精度的16位A／D芯片进行交流采样，能够准确测量计算出线路电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等参数。系统对被测信号在1个周期内进行64次采样，设还原后的离散值为U(n)、I（n）(其中n=1，2，…，64)，则计算公式如下(U、I为电压、电流有效值)：

[0032] 为增强环站所终端DTU的功能，更好地分析测量精度，便于设置线路保护定值，系统配有专门的调试软件。该软件能够很好地通过网络或串口与DTU相连接，软件主要实现了用户管理、文件操作、运行监视、保护定值设置、通信设置和辅助功能等5个方面的功能。

在实施时，将测控保护一体化站所终端布置在开关站或用户配电所，将10kV开关柜的母线电压、测量CT线圈电流、保护CT线圈电流、断路器与刀闸位置接点、断路器储能接点及断路器分合控制接点接入站所终端DTU的端子排。进行通信数据与智能配电网调度部门的对调，进行保护定值的设置和保护逻辑的测试，然后进行装置的验收与现场试运行。

Claims

1.一种用于智能配电网的测控保护一体化站所终端，其特征在于：它将电源插件、CPU主控插件、线路保护插件、模拟量测量插件、开关量输入插件和开关量输出插件，上述的所有插件均插接在总线插件上。

2.根据权利要求1所述的用于智能配电网的测控保护一体化站所终端，其特征在于：在所述的总线插件上还连接有保护插件。