分布式饋線(xiàn)終端的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

李昕

摘 要：隨著智能配電網(wǎng)的快速發(fā)展對(duì)于終端設(shè)備集成化、智能化和綜合化的要求不斷提高，本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的分布式饋線(xiàn)終端提出了一種分布式軟件結(jié)構(gòu)與分置式硬件安裝結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)功能的高度集成，使設(shè)備組態(tài)更加靈活。該分布式饋線(xiàn)終端對(duì)于減少電力工程成本投入、節(jié)約現(xiàn)場(chǎng)空間資源、減少維護(hù)成本都有著顯著的效果，對(duì)于提高配電網(wǎng)自動(dòng)化程度，提升供電可靠性及供電質(zhì)量有著重要作用。

關(guān)鍵詞：分布式饋線(xiàn)終端；組合式饋線(xiàn)遙控；分置式設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.223

1 項(xiàng)目背景

智能配電網(wǎng)是智能電網(wǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，是整個(gè)電力系統(tǒng)與分散的用戶(hù)直接相連的部分。智能配電網(wǎng)系統(tǒng)是利用現(xiàn)代電子、通訊、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將配電網(wǎng)在線(xiàn)數(shù)據(jù)和離線(xiàn)數(shù)據(jù)、配電網(wǎng)數(shù)據(jù)和用戶(hù)數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和地理圖形進(jìn)行信息集成，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)正常運(yùn)行及事故情況下的監(jiān)測(cè)、保護(hù)、控制、用電和配電管理的智能化。

智能配電網(wǎng)由主站系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、自動(dòng)化終端設(shè)備三大部分構(gòu)成，形成一個(gè)完整的信息傳輸與處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行的遠(yuǎn)程管理。FTU（饋線(xiàn)終端）作為智能配電網(wǎng)自動(dòng)化終端設(shè)備的核心設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，為配電自動(dòng)化主站提供配電系統(tǒng)運(yùn)行情況和各種參數(shù)。

目前，F(xiàn)TU（饋線(xiàn)終端）在配電網(wǎng)自動(dòng)化中的應(yīng)用存在以下問(wèn)題：一、當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)升級(jí)改造時(shí)，需要更換整臺(tái)的終端設(shè)備，造成了電網(wǎng)建設(shè)的重復(fù)投資與資源浪費(fèi)；二、CT線(xiàn)與控制線(xiàn)經(jīng)常出現(xiàn)被盜的情況，直接影響了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行；三、隨著配電網(wǎng)自動(dòng)化程度的不斷提高，現(xiàn)場(chǎng)終端設(shè)備越來(lái)越多（如微機(jī)保護(hù)、光纖測(cè)溫、電能表計(jì)等），終端設(shè)備的增加意味著要需要增加相應(yīng)通信管理設(shè)備（如通信管理機(jī)、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)），造成了現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試與維護(hù)的工作量不斷增加。

針對(duì)上述問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)一款滿(mǎn)足10kV 配電線(xiàn)路自動(dòng)化饋線(xiàn)終端技術(shù)規(guī)范要求的饋線(xiàn)終端并將其應(yīng)用于配電自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于提高現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)改造與故障處理的效率、實(shí)現(xiàn)多種配電終端接入、減少電網(wǎng)建設(shè)投入、節(jié)省站房設(shè)備空間資源、保證配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要意義。

2 研究?jī)?nèi)容及目標(biāo)

（1）基于配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)遠(yuǎn)方終端技術(shù)規(guī)范要求，實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備的三遙、故障判斷及事項(xiàng)記錄等功能。

（2）軟件的分布式設(shè)計(jì)研究，實(shí)現(xiàn)軟件的分布式安裝與管理。

（3）硬件的分置式設(shè)計(jì)研究，實(shí)現(xiàn)硬件的分置式安裝。

（4）電力通信規(guī)約IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、ModBus研究，實(shí)現(xiàn)與終端設(shè)備、主站的通信功能。

（5）工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)通信技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)功能。

3 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)及主要關(guān)鍵技術(shù)研究

該終端系統(tǒng)架構(gòu)由軟件和硬件組成，軟件上采用以數(shù)據(jù)總線(xiàn)為通信核心的分布式系統(tǒng)架構(gòu)，硬件上采用分置式安裝架構(gòu)。通過(guò)采用該系統(tǒng)架構(gòu)，使用本項(xiàng)目研發(fā)的分布式饋線(xiàn)終端具有靈活的可擴(kuò)展性和適用性。

（1）分布式軟件系統(tǒng)架構(gòu)。軟件系統(tǒng)架構(gòu)采用快速SOA（面向服務(wù)架構(gòu)）思想，將各種應(yīng)用功能服務(wù)化，內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)總線(xiàn)接口，各功能模塊可集中安裝于一臺(tái)分布式饋線(xiàn)終端也可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)分布式饋線(xiàn)終端共享一套軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)資源共享、負(fù)載均衡。該設(shè)計(jì)架構(gòu)可獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)的硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)和編程語(yǔ)言，保證了系統(tǒng)部署和功能擴(kuò)展，做到模塊的即插即用，無(wú)縫集成。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)模塊（提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理）、數(shù)據(jù)輸出服務(wù)模塊（與主站通信）、人機(jī)交互模塊（與人機(jī)接口軟件進(jìn)行通信）、數(shù)據(jù)輸入服務(wù)模塊（與終端設(shè)備如測(cè)控模塊、微機(jī)保護(hù)、直流屏等進(jìn)行通信）之間的數(shù)據(jù)通信均通過(guò)總線(xiàn)完成。數(shù)據(jù)總線(xiàn)提供三種角色：服務(wù)使用者、服務(wù)提供者和業(yè)務(wù)注冊(cè)中心，遵循服務(wù)注冊(cè)->服務(wù)查找->服務(wù)使用的流程。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)模塊（提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理）、數(shù)據(jù)輸出服務(wù)模塊（與主站通信）、人機(jī)交互模塊（與人機(jī)接口軟件進(jìn)行通信）、數(shù)據(jù)輸入服務(wù)模塊（與終端設(shè)備如測(cè)控模塊、微機(jī)保護(hù)、直流屏進(jìn)行通信）安裝于同一臺(tái)分布式饋線(xiàn)終端。

（2）分置式硬件系統(tǒng)架構(gòu)。分置式硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由通信模塊、測(cè)控模塊及電源模塊三部分組成，各模塊可安裝于同箱體內(nèi)，也可將測(cè)控模塊集成于高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)。

通信模塊：實(shí)現(xiàn)了具備18個(gè)串口擴(kuò)展能力和7個(gè)以太網(wǎng)口，采用內(nèi)嵌式通信管理機(jī)與光纖通信一體化設(shè)計(jì)，負(fù)責(zé)與測(cè)控模塊、現(xiàn)場(chǎng)終端設(shè)備及主站通信。

測(cè)控模塊：用于采集饋線(xiàn)電流、電壓、開(kāi)關(guān)狀態(tài)；檢測(cè)相間故障、接地故障；執(zhí)行控制命令。

電源模塊：支持雙回路AC220V輸入、DC48V（DC24V）電池輸入，DC48V（DC24V）、DC12V 輸出，用于管理電池充放電，具有輸出短路、過(guò)熱、過(guò)壓、防止電池過(guò)放電等保護(hù)功能。

4 主要技術(shù)特點(diǎn)

本項(xiàng)研發(fā)的分布式饋線(xiàn)終端從軟件、硬件、結(jié)構(gòu)及性能上具有以下特點(diǎn)：

4.1 軟件特點(diǎn)

（1）以數(shù)據(jù)總線(xiàn)為通信核心，采用面向服務(wù)的架構(gòu)思想，支持軟件功能服務(wù)的分布式安裝與管理，實(shí)現(xiàn)服務(wù)模塊間的資源共享與負(fù)載均衡，使用系統(tǒng)部署和功能擴(kuò)展更加靈活。

（2）采用一種基于設(shè)備模型的設(shè)計(jì)方式，將終端接入設(shè)備（如微機(jī)保護(hù)、測(cè)控裝置、光纖測(cè)溫、計(jì)量表等終端）模型化，相同類(lèi)型的模型可實(shí)現(xiàn)繼承、接口重定義等，實(shí)現(xiàn)設(shè)備模型的復(fù)用，提高配置的靈活性，減少了二次開(kāi)發(fā)成本與代碼冗余。

（3）提供跨平臺(tái)的管理軟件，管理軟件采用QT平臺(tái)開(kāi)發(fā)，支持Windows、Linux平臺(tái)。

4.2 硬件特點(diǎn)

（1）測(cè)控模塊采用ARM32位M4處理器STM32F407IGT6為中央處理器，頻率高達(dá)168MHZ。采用兩片8通道16位同步采樣A/D芯片AD7606進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，該芯片為真正可支持雙極性模擬量采樣，具有模擬輸入鉗位保護(hù)功能，同時(shí)具有過(guò)采樣保護(hù)及數(shù)字濾波功能，保證采樣的可靠性及精確性。

（2）采用的電解電容、熱敏電阻、壓敏電阻、貼片電容、貼片電阻、晶振、網(wǎng)絡(luò)芯片、存儲(chǔ)芯片、光耦、繼電器、DC/DC隔離電源等關(guān)鍵器件均為高可靠性的工業(yè)級(jí)產(chǎn)品。

（3）具備靈活的系統(tǒng)部署和擴(kuò)展性能，可擴(kuò)展18 個(gè)串口，支持RS232、RS485 接口，配備7 個(gè)10/100Base-TX 以太網(wǎng)接口。

4.3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）測(cè)控模塊采用分置式設(shè)計(jì)，即可集中安裝于專(zhuān)用箱體內(nèi)（機(jī)箱或立柜），也可集成于高壓開(kāi)關(guān)柜上。

（2）CT回路自動(dòng)短路設(shè)計(jì)，CT接頭未與測(cè)控模塊完全接觸時(shí)CT接頭自動(dòng)短路。當(dāng)測(cè)量板出現(xiàn)故障或更換設(shè)備時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需停電即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的維修與更換。endprint