2022年智能断路器的设计方案.pdf
智能断路器的设计方案智能断路器的设计方案一 系统的整体框架二 智能断路器各个模块映射的通信协议栈及通信特点GOOSE 报文解析GOOSE 报文编码以太网控制器开关量采集断路器位置刀闸位置。 。 。弹簧状态继电器分合闸控制信号开关位置信息分合闸命令GOOSE 模块ACSI 数据模型数据集模型模拟量采集。 。 。报告控制块断路器参数遥测遥控(在线设置 ) 报告储能电机操作电流刀闸电机操作电流分闸线圈操作电流合闸线圈操作电流开关触头的温升灭弧室真空度分闸速度合闸速度。 。 。MMS 模块以太网控制器合并单元(按照 SMV 9-2 编码 ) 一次回路电流电压采集保护电流测量电流保护电压测量电压SMV 采样包SMV 模块(任选 ) 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - - 智能断路器的设计方案从图中可以瞧出 :MMS 映射了全部的 A 协议集与 T 协议集,复杂程度最高。但就是该模块主要实现的就是断路器参数的在线检测与远程控制,因此对通信的实时性要求并不高 ,基本上就是以人的反映时间为准。GOOSE模块直接映射到了以太网,其目的就是保证分合闸GOOSE报文的快速传递 ,因此它的特点就是 :通信映射简单 ,但就是实时性要求高 ,GOOSE报文的时延必须小于 2ms。SMV 也直接映射到了以太网 ,其特点就是 :实现简单 ,但就是实时性要求最高 ,SMV 的时延必须控制在微秒级。三 具体的实现方案1.方案一MMS A 协议集TCP/IP (T 协议集 ) ISO/IEC 8802-3 ISO/IEC 8802-3 Ethertype GOOSE SMV 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - - 智能断路器的设计方案CPU32bitFLASH16MDDR32MEthernet_210/100 BASE TOR100BASE/FX Ethernet_110/100 BASE TOR100BASE/FX RS-232RS-485ORRS-2322 路QSPII2CNVRAM2M光电隔离开入(1 N)Opto isolated inputRS232BDM光电隔离开出(1 N)And继电器电源变换监控复位开入端子开出端子RJ45OROPTORJ45OROPTO电流、电压输入端子485通讯接口人机界面16Bit双 A/D 转换器模拟信号调理实时时钟电流互感器And电压互感器图中所示为南瑞的开关设备智能装置实现方案。CPU采用 Freescale公司高性能32 位微处理器 ,考虑到 GOOSE 与 SMV 的强实时性要求, 在系统中嵌入Vxworks 专业硬实时操作系统。MMS,GOOSE,SMV全部在嵌入式单系统中实现。其优点就是 : 结构紧凑 , 硬件平台比较简单, 实现起来相对容易; 缺点就是 : 采用专业的实时操作系统直接提高了研发经费, 个人觉得仅仅为了满足GOOSE 与 SMV 的实时性而采用Vxworks 有点浪费 ; 由于该系统只采用了61850 定义的逻辑节点进行建模, 因此系统在线检测的信息种类相对偏少。应该按照62271-3 标准进行建模, 个别的检测参数如果在标准中没有对应的数据对象, 可以考虑扩展建模。 由于 CPU的 IO 口有限 , 该方案中的电流互感器与电压互感器采样信号只能以QSPI(同步队列串行接口) 方式通过 CPU的 IO 口送入 CPU中。这种方式下将不可避免的会造成采样值的巨大时延, 产生很大的相位偏移。这种时延在电子式互感器的设计规范中将不可容忍。2.方案二精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - - 智能断路器的设计方案方案二就是对方案一的改进,采用双系统实现智能断路器的所有功能。具有高实时性要求的GOOSE报文与 SMV 帧采用 FPGA,用纯硬件逻辑实现 ;由于 FPGA 具有丰富的 IO 口资源 ,可以实现电流电压采样信号的并行接入,减少时延。使用嵌入系统实现复杂的MMS 服务。由于不需要实现高实时性的任务,因此就没有必要使用昂贵的专业硬实时操作系统,Linux 或者 WINCE 都可以满足 MMS 的设计CPU 以太网控制器MMS 服务帧模拟信号调理1N 路Flash SDRAM 实时时钟。在 线 检 的模 拟 量 输入RJ45/ 光纤嵌入系统AD 转换FPGA 以太网控制器GOOSE 编码SMV 编码GOOSE 报文SMV 帧系统间信息交换光电隔离 + 继电器光电隔离、 。 。模拟信号调理AD 转换、 。 。F I FO RJ45/ 光纤分 合 闸 控制信号开 关 量 输入一 次 电 流电压输入FPGA 系统精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - - 智能断路器的设计方案要求。研发费用大幅度降低。按照 62271 标准建模 ,扩展在线检测的信号种类,提高系统遥控与遥测的能力。方案二的缺点就是 :硬件电路比较复杂 ,研发的难度比方案一大。我在嵌入系统与FPGA 系统中都进行过数字化变电站相关产品的研发,具备一定的研发经验 ,因此按照方案二实现智能断路器还就是有信心的。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - - -
