CN202696281U - 一种可重构的馈线终端系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种可重构的馈线终端系统，其包括多个相同的馈线模块，每个馈线模块对应控制一个断路器；多个馈线模块按不同线路段分组，各组中包括一个组长馈线模块和多个成员馈线模块；各组中，任意一个馈线模块皆可作为组长馈线模块；组长馈线模块接收本组内各成员馈线模块的馈线信息；多个组的组长馈线模块之间相互通信；各馈线模块包括控制单元，以及与控制单元相连接的实时测量单元、含有保护限值存储部分的存储单元、含有负荷运算部分的逻辑运算单元和通信单元。本实用新型通过组长管理制的模式，根据实时测量参数对线路段上的断路器进行开断控制，快速隔离故障的同时实现配电网系统的自动重构，缩短了非故障段线路恢复供电的时间。

Description

一种可重构的馈线终端系统

技术领域

本实用新型涉及电力系统配电网监控管理技术领域，特别是一种具有电力网络可重构的馈线终端系统。

背景技术

馈线自动化远方终端FTU(Feeder Terminal Unit)是馈线自动化系统的核心设备，用于实现配电网监控，是馈线自动化系统与一次设备―配电开关的接口部分，其与馈线主站通信，提供配电系统运行控制及管理所需的数据，执行主站给出的对配电设备的控制调节命令，以实现馈线自动化的各项功能。

在传统FTU多终端的系统中一般采用GPRS与INTERNET结合，与工作站进行通信，工作站的后台软件对系统中的各终端进行分别在线监控。但在终端和变电站较少的偏远地区，首先各终端离调度中心较远，去现场排除故障等很不方便，操作不具有灵活性；其次一旦某条线路段上出现故障，故障段所属线路段的其它线路上的用户也将面临停电，同时供电电源即变电站不能得到最大化、最有效的利用，因停电引起的电力资源浪费和损耗大大提高了电力系统的成本。如果可以实现馈线终端系统的自动重构，将大大降低线路维护的成本，提高电网利用率和供电可靠性。

发明内容

本实用新型提供一种可重构的馈线自动化终端系统，其通过对同一系统中的多个终端模块进行分组，多组模块之间设置组长对成员模块进行控制，同时多组模块的组长之间相互通信以达到系统重构的目的，提高电网的利用率。

为实现上述目的，本实用新型采取的方案为：一种可重构的馈线自动化终端系统，包括多个相同的馈线模块，每个馈线模块对应控制一个断路器；多个馈线模块按不同线路段分组，各组中包括一个组长馈线模块和多个成员馈线模块；各组中，任意一个馈线模块皆可作为组长馈线模块；组长馈线模块接收本组内各成员馈线模块的的馈线信息；多个组的组长馈线模块之间相互通信；

各馈线模块包括控制单元，以及与控制单元相连接的实时测量单元、存储单元、逻辑运算单元和通信单元；存储单元中包括保护限值存储部分；逻辑运算单元包括负荷运算部分；

各馈线模块中，实时测量单元实时测量相应断路器的运行参数，并将运行参数传输至控制单元；控制单元将接收到的运行参数与存储单元中的保护限值作比较，将比较结果通过通信单元传输至所属线路段的组长馈线模块的控制单元中；组长馈线模块根据接收到的比较结果，判断出故障所在； 

各馈线模块中，实时测量单元实时测量相应断路器的运行参数，并将运行参数传输至控制单元；控制单元将接收到的运行参数与存储单元中保护限值存储部分的保护限值作比较，将比较结果通过通信单元传输至所属线路段的组长馈线模块的控制单元中；组长馈线模块根据接收到的比较结果，判断出故障所在，并通过通信单元向组内与故障断路器相应的成员馈线模块输出开断指令；同时向其它成员馈线模块输出断路器闭锁的指令；组内各成员馈线模块的控制单元根据接收到的指令完成相应操作。

逻辑运算单元的负荷运算部分用于故障隔离后，计算失电状态的线路段与预专供的正常线路段上的总负荷，并判断是否超负荷。

具体的，当故障断路器分断过程完毕，各线路段的组长馈线模块进行通信；处于失电状态的线路段，其组长馈线模块与其它任一个处于正常状态的线路段上的组长馈线模块进行运行参数信息交互，并通过逻辑运算单元的负荷计算部分计算失电状态的线路段与正常线路段上的总负荷，并判断总负荷会不会造成转供电后的过载情况 ；

如判断结果为转供电后不会过载，则由相应的组长馈线模块，向相应的成员馈线模块发送闭合指令，使得位于两个线路段之间的断路器闭合；此时失电线路段恢复供电，重构完成；

如判断结果为转供电后会造成过载，则处于失电状态的线路段，其组长馈线模块放弃之前选择的线路段，重新选择其它正常线路段，进行负荷计算、过载判断，直至所选择的线路段可供其转供电，最后进行转供操作，使得所有非故障线路段皆恢复供电。

本实用新型中，所述多个即为1个以上，实际应用中，因为系统中的断路器数量较多，也就需要相应数量较多的馈线模块，所以用分组的形式来对系统进行控制，分散控制的方法比后台统一控制的方法效率大大提高，最大化缩短了非故障段线路恢复供电的时间。

作为一种改进，所述各馈线模块还包括可与通信单元进行信息交互的手机用户。手机用户与控制器之间的信息交互包括：手机通过控制器对保护限值设定模块中的保护限值进行设定或读取，即发送遥信量；手机向控制器发送断路器分断或闭合的指令，即发送遥控量；控制器接收到指令后输出控制量，使相应的断路器开断或闭合。本实用新型中，可与各馈线模块的控制单元交换数据的手机用户包括1个以上，其中有1个高级用户和多个普通用户，普通用户可以查询信息以及接收信息，但不能修改和控制，用户等级信息储存在与控制模块相连的存储器中；控制单元可根据收到的高级用户手机端发出的修改用户指令对手机用户的权限进行修改变更。

作为一种改进，所述各馈线模块还包括键盘输入单元，用户可通过键盘输入单元对保护限值设定单元中的保护限值进行设定。主要是用于工作人员在现场时对馈线模块的操作。

作为一种改进，所述各馈线模块还包括显示单元，显示单元连接控制单元；显示单元显示的数据包括存储单元中的保护限值部分的数据，以及实时测量单元测量的实时运行参数。

优选的，所述各馈线模块中的控制单元、存储单元、逻辑运算单元通过一个集成芯片实现。针对FTU装置采集速度快、数据处理量大、算法复杂、实时性高、通信频繁等特点，本实用新型优选的集成芯片为现有技术中的单片机AT91RM9200处理器，它所使用的是ARM9TDMI处理器内核，其包含16位的Thumb指令集，使用该指令集可以以16位的系统开销得到32位具有体积小、低功耗、低成本、高性能,支持Thumb(16位) /ARM(32位)双指令集,大量使用寄存器，寻址方式灵活简单，指令执行速效率更快等特点。此外，集成芯片也可采用其它的单片机实现，相关逻辑运算及控制程序可根据现有成熟的编程技术完成，程序的升级也可通过现有技术中的在线可编程控制器实现。关于存储单元也可利用单片机外部扩展的存储器来实现。

优选的，所述通信单元为GPRS通讯单元，可以通过现有成熟的GPRS技术实现手机用户与各馈线模块之间，以及各馈线模块之间的信息交互。本实用新型优选的单片机AT91RM9200处理器内部集成有GPRS功能接口，通过配置现有的GPRS通信的短信模块或电路，直接与单片机的相应功能接口连接来完成数据的接收和发送。

对于遥控量的输出，本实用新型通过现有技术中的继电器模块来实现，继电器模块连接控制单元的遥控量输出端口，端口脉冲电平的高低可决定继电器的通断，从而控制断路器的闭合或开断。优选的，本实用新型采用的继电器模块具有防跳功能，即继电器模块中包括防跳继电器。

优选的，所述实时测量单元包括电压测量部分、电流测量部分，分别对相应断路器所在线路的三相电压和电流进行测量。控制单元接收到测量数据后计算出有功功率和无功功率，并保存在存储器中

本实用新型的可重构馈线系统，在点对点通信的基础上，通过组长管理制的结构实现了配电网络出现故障时，配电网络的及时重构和故障隔离，缩短了恢复供电的时间，优化了供电模式。同时利用GPRS通信模块实现了远程终端利用手机短信进行“四遥”的功能，对于少量终端，大大降低了成本，提高了效率；在馈线自动化终端较少的偏远地区，可以完全代替后台监控中心的作用，并且相当于多个监控中心，方便一线电力工作人员灵活操作，大大节约了投入的资源以及人力，提高了效率。

附图说明

图1所示为本实用新型的系统控制逻辑示意图；

图2所示为本实用新型系统控制的一种应用例；

图3所示为本实用新型中各馈线模块的实施例结构示意图。

具体实施方式

 为使本实用新型的内容更加明显易懂，现结合附图和具体实施方式做进一步说明。

结合图1，本实用新型包括多个相同的馈线模块，每个馈线模块对应控制一个断路器；多个馈线模块按不同线路段分组，各组中包括一个组长馈线模块和多个成员馈线模块；各组中，任意一个馈线模块皆可作为组长馈线模块；组长馈线模块接收本组内各成员馈线模块的的馈线信息；多个组的组长馈线模块之间相互通信；

图2所示为本实用新型的一种应用例，其中SA、SB、SC、SD分别为变电站，BK1-BK12为断路器，T1-T8为线路段，每个断路器皆对应设置一个相同的馈线模块，多个馈线模块按线路段分为8组，每组中的组长馈线模块可在工作正常的馈线模块中随机选择，其与为成员馈线模块。

当变电站SD内出线处发生永久相间短路，其内的出线断路器跳闸，与断路器BK2、BK3、BK4、BK6和BK7相对应的馈线模块检测到电压超过保护限值且为失压，则启动各自的失压计数器。经过一段时间，变电站内出线断路器会重合，重合不成功，再次跳闸。BK2、BK3、BK4、BK6和BK7相对应的馈线模块再次检测到失压，各失压计数器累计计入失压次数，当失压计数器累计次数达到设定的值“2次”，则由相应的组长馈线模块向相应的成员馈线模块发送指令，启动跳开相应断路器，则故障点被隔离。本实施例中采用的失压计数器为通过软件编程实现，具体程序可利用现有成熟的软件编程技术完成。

确定合上BK1后，BK1不会过负荷，BK1合闸，恢复T1供电。T5组长和T6组长交换信息，通过负荷计算确定BK10合上后不会有部件过负荷，然后合上BK10，恢复T5供电。

由于BK3分闸，而且未检测到过故障过流，所以T3确定故障在BK3上级，不会从SW3处寻找备用电源。T2仍处于失电状态，所以T3不会从BK4处寻找备用电源。那么，T3只有从T5处寻找备用电源。T3组长和T5组长交换信息，在确定T5具有足够的转供能力后，合上BK6，恢复T3供电。

此时，T2有多个备用电源，事先未设定优先级。由于T2组长最先跟T4组长交换信息，在确定T4具有足够转供能力后，合上BK5，恢复T2供电。在确定BK7合上后，没有部件会过负荷，合上BK7，恢复T8供电。至此，所有非故障线路段都已恢复供电。

故障排除后，合上变电站内断路器和SW3（不同电源可以闭环运行），使变电站C和变电站D短时合环运行，同时启动系统“恢复正常”逻辑。

T5组长和T6组长交换信息，同意分开BK10，BK10分闸，T3和T5恢复由正常电源供电。）BK4合闸，变电站B和变电站D短时合环运行。BK5分闸，T2和T8恢复由正常电源供电。）BK2合闸，变电站A和变电站D短时合环运行。BK1分闸，T1恢复由正常电源供电。至此，系统内所有控制器和控制模块恢复至正常运行模式，整个系统完全恢复至正常运行状态。

如图3所示为本实用新型的每个馈线模块的一种具体实施例，其中包括：控制单元、实时测量单元、存储单元、逻辑运算单元、通信单元、显示单元、键盘输入单元以及电源，其中控制单元、逻辑运算单元以及一部分存储单元，通过现有芯片单片机AT91RM9200处理器实现，存储单元还包括扩展的SDRAM和flash存储器，flash存储器用于存储内核及RAMDISK的映像文件。对于单片机中的软件代码升级更新，本实施例采用现有的可编程逻辑器件来实现。实时测量单元包括遥测量检测部分、遥信量检测部分，遥测量检测部分用于检测三相线上的电压、电流、有功功率和无功功率，具体可通过现有的测量工具完成；遥信量检测部分用于检测相应断路器的分合闸状态，也可通过现有的测量工具完成。

本实施例对于遥控量的输出通过现有的具有防跳功能的继电器模块来实现，单片机的遥控量输出端口通过光电隔离连接继电器模块，继电器模块连接断路器，单片机通过控制继电器的通断来控制断路器的合闸或分闸。

本实施例中，通信单元为GPRS通讯单元，用于各馈线模块与手机用户的通信，以及各馈线模块之间的通信。因为所选单片机内部集成有专门的GPRS接口，所以可以采用现有技术中相应功能的模块产品来完成信息的发送和接收。相关协议可根据现有的协议规则来制定，并以软件形式实现。

在应用时，通过软件设置手机用户中的一个高级用户，其余为普通用户；普通用户可以查询信息以及接收信息，而不能修改和控制；各手机用户均可查询相关权限信息，其中高级用户可对权限信息进行修改。当馈线模块的控制单元收到从手机用户经过GPRS模块发出的指令信息时，解析信息内容，如接收到的是查询指令，则将相应的数据通过GPRS模块回复至手机用户中；如接收到的是高级手机用户发出的断路器分合闸或保护投退指令，则控制单元通过继电器模块控制相应的断路器分合闸或保护投退，并将动作后的状态信息返回至手机用户中。

本实用新型的馈线模块还设有对时的功能，具体为设置可记录系统时间且时间可通过控制单元进行修改的时钟模块，通过手机可发出查询或校对修改系统时间的指令，对时修改系统时间是控制单元根据收到的指令信息自带的时间参数，对时钟模块的相关时间参数进行重新设置。时钟模块可采用现有技术中的实时时钟器件，也可应用现有技术中成熟的时钟模块电路。为了防止装置在保护动作时，能有效准确及时的发出信息，本实用新型设定在每天的某一个装置时间发送三相电流的一次值，如果接收信息的手机用户在每天的相应时刻后的较短时间内不能收到信息则向手机发送回路异常。

电源采用现有技术中的小型开关电源插件；显示单元采用现有的大屏幕液晶显示器，全汉化显示，可显示一次系统图、测量数据、保护信息、故障波形等，液晶低功耗运行方式延长了LCD使用使用寿命；键盘输入单元利用现有成熟产品与单片机相应接口连接。

本实用新型中所述具体实施案例仅为本实用新型的较佳实施案例而已，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本实用新型的技术范畴。

Claims (8)

1.一种可重构的馈线终端系统，其特征是：包括多个相同的馈线模块，每个馈线模块对应控制一个断路器；多个馈线模块按不同线路段分组，各组中包括一个组长馈线模块和多个成员馈线模块；各组中，任意一个馈线模块皆可作为组长馈线模块；组长馈线模块接收本组内各成员馈线模块的的馈线信息；多个组的组长馈线模块之间相互通信；

各馈线模块包括控制单元，以及与控制单元相连接的实时测量单元、存储单元、逻辑运算单元和通信单元；存储单元中包括保护限值存储部分；逻辑运算单元包括负荷运算部分；

各馈线模块中，实时测量单元实时测量相应断路器的运行参数，并将运行参数传输至控制单元；控制单元将接收到的运行参数与存储单元中保护限值存储部分的保护限值作比较，将比较结果通过通信单元传输至所属线路段的组长馈线模块的控制单元中；组长馈线模块根据接收到的比较结果，判断出故障所在，并通过通信单元向组内与故障断路器相应的成员馈线模块输出开断指令；同时向其它成员馈线模块输出断路器闭锁的指令；组内各成员馈线模块的控制单元根据接收到的指令完成相应操作；

逻辑运算单元的负荷运算部分用于故障隔离后，计算失电状态的线路段与预专供的正常线路段上的总负荷，并判断是否超负荷。

2.根据权利要求1所述的一种可重构的馈线终端系统，其特征是，所述各馈线模块还包括可通过通信单元与控制单元进行信息交互的手机用户。

3.根据权利要求1所述的一种可重构的馈线终端系统，其特征是，所述各馈线模块还包括键盘输入单元，用户可通过键盘输入单元对存储单元中的保护限值部分进行保护限值设定。

4.根据权利要求1所述的一种可重构的馈线终端系统，其特征是，所述各馈线模块还包括显示单元，显示单元连接控制单元；显示单元显示的数据包括存储单元中的保护限值部分的数据，以及实时测量单元测量的实时运行参数。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种可重构的馈线终端系统，其特征是，所述各馈线模块中的控制单元、存储单元、逻辑运算单元通过一个集成芯片实现。

6.根据权利要求5所述的一种可重构的馈线终端系统，其特征是，所述集成芯片为单片机AT91RM9200。

7.根据权利要求1至4任一项所述的一种可重构的馈线终端系统，其特征是，所述各馈线模块的通信单元为GPRS通信单元。

8.根据权利要求1所述的一种可重构的馈线终端系统，其特征是，所述实时测量单元包括电压测量部分、电流测量部分，分别对相应断路器所在线路的三相电压和电流进行测量。

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