CN211405603U - 一种基于can总线的分布式结构站所终端 - Google Patents

一种基于can总线的分布式结构站所终端 Download PDF

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高立克
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Abstract

本实用新型涉及电力配电自动化系统技术领域，具体涉及一种基于CAN总线的分布式结构站所终端，包括电源单元、多个保护单元、综合通信单元；综合通信单元分别与电源单元、多个保护单元通过CAN总线连接。本实用新型以综合通信单元为基础，通过CAN总线为通信通道实现电压、电流、遥信数据的汇集，具有很强的可扩展性、信息传送的高可靠性及低延时性。

Description

一种基于CAN总线的分布式结构站所终端
技术领域
本实用新型涉及电力配电自动化系统技术领域，具体涉及一种基于CAN总线的分布式结构站所终端。
背景技术
配电自动化系统是包括变电站、配电网和用户在内的运行、监控、维修及用户管理的自动化功能的综合系统。传统的站所终端为集中式安装，存在不便于扩展、设备故障率高、运行维护复杂等缺点。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种基于CAN总线的分布式结构站所终端，具体技术方案如下：
一种基于CAN总线的分布式结构站所终端，包括电源单元、多个保护单元、综合通信单元；所述综合通信单元分别与电源单元、多个保护单元通过CAN总线连接；
所述电源单元与输电线路连接，用于将输电线路的交流电转换为直流电并为综合通信单元、多个保护单元提供工作电源，采集输出的直流电的电压电流信号并通过CAN总线上传至综合通信单元；所述保护单元安装于相应开关上，并与开关连接，用于采集相应开关的电压、电流和开关信号并通过CAN总线上传至综合通信单元，以及接收综合通信单元的控制指令，控制开关分合闸；所述综合通信单元与配电自动化主站连接，用于接收电源单元、各个保护单元通过CAN总线上传的信号并将接收到的信号上传至配电自动化主站，以及接收配电自动化主站的遥控指令并下发至相应的保护单元。
优选地，所述电源单元包括全桥整流电路、单端反激降压电路、后备电源管理电路、控制保护电路、电源输出采集电路和CAN通信模块；
所述全桥整流电路、单端反激降压电路、后备电源管理电路依次连接；
所述控制保护电路分别与全桥整流电路、单端反激降压电路、后备电源管理电路、电源输出采集电路、CAN通信模块连接；
所述全桥整流电路的输入端与输电线路连接；所述电源输出采集电路与后备电源管理电路的输出端连接；
所述全桥整流电路用于将输电线路的交流电变换成高压直流电后接入到单端反激降压电路；所述单端反激降压电路将高压直流电降压后接入到后备电源管理电路；
所述后备电源管理电路控制储电池或超级电容的充放电并输出直流电给综合通信单元、保护单元提供工作电源；
所述电源输出采集电路用于采集后备电源管理电路输出的直流电的电压电流并将采集的电压电流信号输出至控制保护电路；
所述控制保护电路用于读取电源输出采集电路的电压电流信号，控制和保护电源单元的输出，并将读取的电压电流信号通过CAN通信模块上传至综合通信单元。
优选地，所述保护单元包括电压采集模块、电流采集模块、遥信模块、数据采集处理模块、CAN总线通信模块、遥控模块；
所述电压采集模块、电流采集模块、遥信模块、CAN总线通信模块、遥控模块分别与数据采集处理模块连接；
所述电压采集模块用于采集开关的三相电压信号并将采集的三相电压信号传输至数据采集处理模块；
所述电流采集模块用于采集开关的三相电流信号并将采集的三相电流信号传输至数据采集处理模块；
所述遥信模块用于采集开关位置信号并将采集的开关位置信号传输至数据采集处理模块；所述数据采集处理模块用于采集电压采集模块、电流采集模块、遥信模块传输来的信号，并将采集的信号通过CAN总线通信模块传输至综合通信单元，以及接收综合通信单元下发的遥控指令并将遥控指令传输至遥控模块；
所述CAN总线通信模块用于上传数据采集处理模块采集的信号至综合通信单元并将综合通信单元下发的遥控指令传输至数据采集处理模块；
所述遥控模块用于根据数据采集处理模块传输来的将遥控指令控制相应的开关分合闸。
优选地，所述数据采集处理模块包括DSP数字信号处理器。
优选地，所述综合通信单元包括处理模块、CAN通信总线、以太网通信模块、无线通信模块；所述CAN通信总线、以太网通信模块、无线通信模块分别与处理模块连接；所述处理模块通过CAN通信总线分别与电源单元、多个保护单元连接；所述处理模块通过以太网通信模块或无线通信模块与配电自动化主站连接。
优选地，所述处理模块包括ARM9处理器。
本实用新型的有益效果为：本实用新型以综合通信单元为基础，通过CAN总线为通信通道实现电压、电流、遥信数据的汇集，具有很强的可扩展性、信息传送的高可靠性及低延时性。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型的电源单元的原理图；
图3是全桥整流电路的原理图；
图4是单端反激降压电路及控制保护电路的原理图；
图5是后备电源管理电路的原理图；
图6是电源输出采集电路的原理图；
图7是本实用新型的保护单元的原理图；
图8是保护单元的遥控模块的原理图；
图9是保护单元的模数转换电路原理图；
图10是本实用新型的综合通信单元的原理图。
具体实施方式
为了更好的理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明：
如图1所示，一种基于CAN总线的分布式结构站所终端，包括电源单元、多个保护单元、综合通信单元；综合通信单元分别与电源单元、多个保护单元通过CAN总线连接；
电源单元与输电线路连接，用于将输电线路的交流电转换为直流电并为综合通信单元、多个保护单元提供工作电源，采集输出的直流电的电压电流信号并通过CAN总线上传至综合通信单元。保护单元安装于相应间隔开关上，并与间隔开关连接，用于采集相应间隔开关的电压、电流和开关信号并通过CAN总线上传至综合通信单元，以及接收综合通信单元的控制指令，控制开关分合闸。CAN通信报文采用扩展格式标识符CAN总线报文，并规定第1位至第3位为规定帧优先级别位，第4位至第18位为三遥点表号，其他位未采用。
综合通信单元与配电自动化主站连接，用于接收电源单元、各个保护单元通过CAN总线上传的信号并将接收到的信号上传至配电自动化主站，以及接收配电自动化主站的遥控指令并下发至相应的保护单元。
如图2所示，电源单元的工作电源取自10kV输电线路，包括全桥整流电路、单端反激降压电路、后备电源管理电路、控制保护电路、电源输出采集电路和CAN通信模块；全桥整流电路、单端反激降压电路、后备电源管理电路依次连接；控制保护电路分别与全桥整流电路、单端反激降压电路、后备电源管理电路、电源输出采集电路、CAN通信模块连接；全桥整流电路的输入端与输电线路连接；电源输出采集电路与后备电源管理电路的输出端连接。
如图3-6所示，全桥整流电路用于将输电线路的交流电变换成高压直流电后接入到单端反激降压电路；单端反激降压电路将高压直流电降压至直流24V或直流48V后接入到后备电源管理电路；后备电源管理电路控制储电池或超级电容的充放电并输出直流电给综合通信单元、保护单元提供工作电源；电源输出采集电路用于采集后备电源管理电路输出的直流电的电压电流并将采集的电压电流信号输出至控制保护电路；控制保护电路用于读取电源输出采集电路的电压电流信号，控制和保护电源单元的输出，并将读取的电压电流信号通过CAN通信模块上传至综合通信单元。
图3中，整流二极管D1-D4的型号为1N4007，额定电流1A，反向击穿电压1000V。图4中U1和U2为74LS04与非门芯片，用于锁存输出故障信号，U为LM358运算放大器，用于放大信号，D为20A10二极管，额定电流20A，反向击穿电压1000V，用于续流，T为变压器，原副边匝数比为23：7。图5中D1和D2为20A10二极管，额定电流20A，反向击穿电压1000V，用于单向续流，充电电路为现有技术，在此不再赘述。图6中U1为U2为LM358运算放大器，用于放大信号，U3为HCNR201线性光耦，用于线性隔离。
如图7所示，保护单元独立安装各间隔开关柜内，完成间隔就地测控等终端功能，包括电压采集模块、电流采集模块、遥信模块、数据采集处理模块、CAN总线通信模块、遥控模块；电压采集模块、电流采集模块、遥信模块、CAN总线通信模块、遥控模块分别与数据采集处理模块连接。
电压采集模块用于采集开关的三相电压信号并将采集的三相电压信号传输至数据采集处理模块；电流采集模块用于采集开关的三相电流信号并将采集的三相电流信号传输至数据采集处理模块；遥信模块用于采集开关位置信号并将采集的开关位置信号传输至数据采集处理模块；数据采集处理模块用于采集电压采集模块、电流采集模块、遥信模块传输来的信号，并计算得有功功率、无功功率、功率因数、频率等遥测信息，将计算得到的信息通过CAN总线通信模块传输至综合通信单元，以及接收综合通信单元下发的遥控指令并将遥控指令传输至遥控模块；CAN总线通信模块用于上传数据采集处理模块采集的信号至综合通信单元并将综合通信单元下发的遥控指令传输至数据采集处理模块；遥控模块用于根据数据采集处理模块传输来的将遥控指令控制相应的开关分合闸，如图8所示，遥控模块包括光耦、继电器，通过继电器控制相应的开关分合闸。其中光耦芯片型号为TLP521，用于隔离信号，继电器为MY2N继电器，用于控制信号功率放大。
其中，数据采集处理模块包括DSP数字信号处理器，DSP数字信号处理器与电源单元连接。电压采集模块包括两路三相电压采集通道，采用电压互感器采集三相电压信号，电流采集模块包括一路三相电流采集通道，采用电流互感器采集三相电流信号，保护单元还包括模数转换电路，电压采集模块、电流采集模块采集的电压信号、电流信号通过模数转换电路进行模数转换后输入至数据采集处理模块。遥信模块包括16个遥信接口，遥信接口采集间隔开关的遥信信息，并传输至数据采集处理模块。其中模数转换电路如图9所示，模数转换芯片U2可选择常用的芯片型号，具体可选择AD7606模数转换芯片，具有8路模拟量输入，U1为LM358运算放大器。
保护单元还包括实时时钟，实时时钟用于记录开关动作时刻。实时时钟与DSP数字信号处理器连接，采用SD2500，走时精度3分钟/年。
如图10所示，综合通信单元包括处理模块、CAN通信总线、以太网通信模块、无线通信模块；CAN通信总线、以太网通信模块、无线通信模块分别与处理模块连接；处理模块通过CAN通信总线分别与电源单元、多个保护单元连接；处理模块通过以太网通信模块和/或无线通信模块与配电自动化主站连接。处理模块包括ARM9处理器，具备无线通信接口、以太网接口和CAN总线接口，ARM9处理器与电源单元连接。综合通信单元接收电源单元和保护单元的CAN通信上送的遥信、遥测信息，转换成101平衡规约或104规约报文并上送配电自动化主站，并接收配电自动化主站的遥控指令，下发至相应的保护单元。其中无线通信模块采用InDTU332L，支持4G、3G、2G通信模式。
综合通信单元还包括实时时钟，实时时钟用于与配电自动化主站时钟同步，同时下发标准时间至保护单元。实时时钟与ARM9处理器连接，采用SD2500，走时精度3分钟/年。
本实用新型以综合单元为基础，通过CAN通信为通信通道实现保护单元和电源单元的数据汇集，并通过无线通信或以太网通信上送配电自动化主站。本实用新型具有很强的可扩展性、信息传送的高可靠性及低延时性。
本实用新型不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本实用新型的较佳实施案例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于CAN总线的分布式结构站所终端，其特征在于：包括电源单元、多个保护单元、综合通信单元；所述综合通信单元分别与电源单元、多个保护单元通过CAN总线连接；
所述电源单元与输电线路连接，用于将输电线路的交流电转换为直流电并为综合通信单元、多个保护单元提供工作电源，采集输出的直流电的电压电流信号并通过CAN总线上传至综合通信单元；所述保护单元安装于相应开关上，并与开关连接，用于采集相应开关的电压、电流和开关信号并通过CAN总线上传至综合通信单元，以及接收综合通信单元的控制指令，控制开关分合闸；所述综合通信单元与配电自动化主站连接，用于接收电源单元、各个保护单元通过CAN总线上传的信号并将接收到的信号上传至配电自动化主站，以及接收配电自动化主站的遥控指令并下发至相应的保护单元。
2.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的分布式结构站所终端，其特征在于：所述电源单元包括全桥整流电路、单端反激降压电路、后备电源管理电路、控制保护电路、电源输出采集电路和CAN通信模块；
所述全桥整流电路、单端反激降压电路、后备电源管理电路依次连接；
所述控制保护电路分别与全桥整流电路、单端反激降压电路、后备电源管理电路、电源输出采集电路、CAN通信模块连接；
所述全桥整流电路的输入端与输电线路连接；所述电源输出采集电路与后备电源管理电路的输出端连接；
所述全桥整流电路用于将输电线路的交流电变换成高压直流电后接入到单端反激降压电路；所述单端反激降压电路将高压直流电降压后接入到后备电源管理电路；
所述后备电源管理电路控制储电池或超级电容的充放电并输出直流电给综合通信单元、保护单元提供工作电源；
所述电源输出采集电路用于采集后备电源管理电路输出的直流电的电压电流并将采集的电压电流信号输出至控制保护电路；
所述控制保护电路用于读取电源输出采集电路的电压电流信号，控制和保护电源单元的输出，并将读取的电压电流信号通过CAN通信模块上传至综合通信单元。
3.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的分布式结构站所终端，其特征在于：所述保护单元包括电压采集模块、电流采集模块、遥信模块、数据采集处理模块、CAN总线通信模块、遥控模块；
所述电压采集模块、电流采集模块、遥信模块、CAN总线通信模块、遥控模块分别与数据采集处理模块连接；
所述电压采集模块用于采集开关的三相电压信号并将采集的三相电压信号传输至数据采集处理模块；
所述电流采集模块用于采集开关的三相电流信号并将采集的三相电流信号传输至数据采集处理模块；
所述遥信模块用于采集开关位置信号并将采集的开关位置信号传输至数据采集处理模块；所述数据采集处理模块用于采集电压采集模块、电流采集模块、遥信模块传输来的信号，并将采集的信号通过CAN总线通信模块传输至综合通信单元，以及接收综合通信单元下发的遥控指令并将遥控指令传输至遥控模块；
所述CAN总线通信模块用于上传数据采集处理模块采集的信号至综合通信单元并将综合通信单元下发的遥控指令传输至数据采集处理模块；
所述遥控模块用于根据数据采集处理模块传输来的将遥控指令控制相应的开关分合闸。
4.根据权利要求3所述的一种基于CAN总线的分布式结构站所终端，其特征在于：所述数据采集处理模块包括DSP数字信号处理器。
5.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的分布式结构站所终端，其特征在于：所述综合通信单元包括处理模块、CAN通信总线、以太网通信模块、无线通信模块；所述CAN通信总线、以太网通信模块、无线通信模块分别与处理模块连接；所述处理模块通过CAN通信总线分别与电源单元、多个保护单元连接；所述处理模块通过以太网通信模块或无线通信模块与配电自动化主站连接。
6.根据权利要求5所述的一种基于CAN总线的分布式结构站所终端，其特征在于：所述处理模块包括ARM9处理器。
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