智能配电网开关的设计

智能配电网开关的设计

杨乐新,秦立军

(华北电力大学现代电力研究院,北京　102206)

摘　要:在智能配电网中,智能开关装置所涉及的数据主要包括一次侧的采样值数据、开关装置自身的状态量以及来自远程控制中心的跳闸、闭锁等命令。介绍智能开关装置的硬件结构以及软件程序设计,并通过相应的仿真软件对开关装置的通信功能进行验证。

关键词:智能配电网;智能开关;远程数据通信;交换式以太网

作者简介:杨乐新(19872),男,硕士研究生,从事智能电器方面的研究工作。

中图分类号:TM727;TM56　　文献标志码:A　　文章编号:100129529(2010)0620824202DesignofSwitchofSmartDistributionNetworkYANGLe2xin,QINLi2jun(AcademyofModernElectricPowerResearch,NorthChinaElectricPowerUniv.,Beijing102206,China)Abstract:Insmartdistributionnetwork,thedatainvolvedwiththesmartswitchdevicemainlyincludestheprimarysidesamplingdata,theownstatevariablesoftheswitchandtheordersoftriporlockoutfromtheremotecontrolcen2tre.Thedesignofthesoftwareprogramandthehardwarestructureofthesmartswitchwerepresented.Thecommuni2cationfunctionoftheswitchdevicewasverifiedbythecorrespondingsimulationsoftware.

Keywords:smartdispatchingnetwork;smartswitch;remotedatacommunication;switchedethernet

　　随着用户对供电可靠性要求的提高以及电网自身的发展需求,智能配电网成为未来配电网发展的趋势。在智能配电网中,智能开关不仅具有开断功能,还可将测得的电气量值、开合状态,通过以太网发送给远程控制中心,接收来自控制中心的跳闸、闭锁等命令,将有助于控制中心对数据进行更高层次的分析,实现遥测、遥信、遥控的功能。

图1　智能开关硬件原理图

1　智能开关的原理及结构

智能开关通过单片机的输入端口将电子式互感器的二次侧信号载入,通过滤波,A/D转换等处理后,传输给控制中心进行故障判断。此外,开关的开合状态也可以通过开关量输入电路反馈给单片机,再由单片机传输控制中心。远程控制中心也可以向智能开关发出跳闸、闭锁等控制命令,由开关量输入电路实现。此外,智能开关还具有LCD显示、现场调试等功能,硬件原理见图1。

由智能开关的定义不难看出,除了具有传统开关的开断功能外,智能开关具有远程通信功能,无论是采样值数据的上传还是开关状态量以及远

程控制信号的传输,都是建立在智能开关具有远程通信功能的基础上的。所以智能开关通信端口的设计将是智能开关设计的重点内容。1.1　智能开关通信端口的设置

在传统的配电网中,开关装置与其它装置是通过多条硬线路连接起来的,不仅浪费了大量资源而且还增加了维修的负担,在智能配电网中,通过采用交换式以太网来实现数据传输,使得数据传输的速率大大提高,目前各大厂商生产的单片机均集成了以太网通信端口,为智能配电开关的远程通信功能的实现提供了可能。

以飞思卡尔公司生产的32位codefire系列单片机为例,其中部分型号的单片机在V2内核的基础上集成了10/100M快速以太网控制器

杨乐新,等　智能配电网开关的设计0825

(FEC)和以太网物理层模块(EPHY),而且支持

后台调试模式(BDM)和联合测试行动小组协议

(JTAG),开发人员通过BDM调试器对目标板程序存储器进行拆除、下载等操作,方便了单片机的程序开发。

为了实现以单片机为核心的智能配电开关与以太网络的数据交换功能,必须对接收双方的以太网通信端口进行配置,包括双方的通信模式、数据传输速度、以太网最大帧长度、目标MAC地址等。在对智能开关进行单片机编程时,首先要编写初始化代码,其中较重要的是中断向量及代码的设置,开关对数据的接收可以采取查询也可以采取中断的方式,但是由于中断方式效率更高、速度更快,所以在程序编写时采用中断的方式。单片机现有的以太网通信端口方便了远程通信功能的实现,重点在于软件程序的编写。1.2　智能开关软件程序的设计Codefire单片机的以太网模块是由快速以太网控制器(FEC)以及以太网物理层接/发送器EPHY组成,EPHY和FEC之间是通过介质无关接口MII进行通信的,应用单片机的以太网模块实现远程通信,首先要对EPHY、FEC模块进行初始化,主要是对相应的寄存器进行设置,包括:端口工作频率、工作模式、帧长度、缓存区的设置等,模块初始化完成后,将单片机与PC机相连,并利用相应的程序写入器将程序下载到单片机内,单片机运行后,PC机上会显示本地网络连接成功,证明单片机以太网通信端口初始化代码编写正确,接着就是以太网帧数据的发送和接收程序的编写了。

单片机以太网模块初始化完成后,开始以太网数据的发送和接收程序的编写,其中重点在于接收/发送缓存区的设置以及中断的设置。在发送/接收程序编写完毕后,为了对程序的正确性进

行验证,将以太网通信模块设置为回环自测模式,采用单片机的串对数据的发送和接收进行验证,通过PC机的串口调试器对单片机向外发送的数据以及接收的数据进行查看,结果证明单片机能够正确地发送和接收数据。

在设计好了智能开关的接、发程序后,通过单片机配套的写入器将程序下载到单片机内部,在连接正确的情况下,以单片机为核心的智能开关装置即可以实现远程数据传输功能。

2　智能开关的功能应用

在智能配电网中,通过采用交换式以太网结构,智能开关负责采集一次侧的电流、电压信息并经过以太网发送给控制中心。此外,智能开关通过开关量输入电路的设置可以将开关开合状态量通过网络发送给控制中心。控制中心也可以用向智能开关发送跳闸、闭锁信号。

智能开关所传输的数据信息有多种,可以通过设置不同的优先等级,对实时性要求较高的信息可设为高等级,如断路器跳闸、闭锁信号;实时性要求不高的信息可设为低等级,如开关的开合状态量等。数据的优先等级确立后,可大大提高数据的传输效率。

3　结语

智能开关在智能电网中起着重要的作用,与传统的开关设备相比,它不仅具有开断功能,还有体积小、功耗低、精度高等优点。最重要的是它可以与远程控制中心进行数据交换,将开关的电气数据传输给远程控制中心,也可以接受来自控制中心的控制命令,为了实现智能配电网,其重要意义是不言可喻的。

收稿日期:2010204206本文编辑:邵振华

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