智能断路器的设计方案.pdf

精品文档智能断路器的设计方案智能断路器的设计方案一一 系统的整体框架系统的整体框架断路器遥控参数遥测（在线设置）开关位置信息分合闸命令SMV 采样包报告ACSISMVSMV模块模块（任选）（任选）以太网控制器GOOSEGOOSE模块模块以太网控制器合并单元（按照 SMV 9-2 编码）MMSMMS模块模块报告控制块GOOSE 报文编码GOOSE 报文解析数据模型一次回路电流电压采集。数据集模型开关量采集继电器模拟量采集。保护电流测量电流保护电压测量电压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断路器位置刀闸位置弹簧状态分合闸控制信号.精品文档二二 智能断路器各个模块映射的通信协议栈及通信特点智能断路器各个模块映射的通信协议栈及通信特点MMSGOOSESMVA 协议集TCP/IP(T 协议集)ISO/IEC 8802-3EthertypeISO/IEC 8802-3从图中可以看出：MMS 映射了全部的 A 协议集和 T 协议集，复杂程度最高。但是该模块主要实现的是断路器参数的在线检测和远程控制，因此对通信的实时性要求并不高，基本上是以人的反映时间为准。GOOSE 模块直接映射到了以太网，其目的是保证分合闸 GOOSE 报文的快速传递，因此它的特点是：通信映射简单，但是实时性要求高，GOOSE 报文的时延必须小于 2ms。SMV 也直接映射到了以太网，其特点是：实现简单，但是实时性要求最高，SMV 的时延必须控制在微秒级。.精品文档三三 具体的实现方案具体的实现方案1.1.方案一方案一B BD DMMR RS S2 23 32 2RS-232RS-232Ethernet_2Ethernet_210/100 BASE T10/100 BASE TOROR100BASE/FX100BASE/FXDDRDDR32M32MCPUCPU32bit32bitRS-485RS-485ORORRS-232RS-2322 2路路FLASHFLASH16M16M光电隔离开入光电隔离开入(1(1 N)N)Opto isolated inputOpto isolated inputNVRAMNVRAM2M2MQSPIQSPI实时时钟实时时钟16Bit16Bit双双 A/DA/D 转换器转换器光电隔离开出光电隔离开出(1(1 N)N)AndAnd继电器继电器人人机机界界面面I2CI2C模拟信号调理模拟信号调理电流互感器电流互感器AndAnd电压互感器电压互感器电电流流、电电压压输输入入端端子子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 和 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。其优点是：结构紧凑，硬件平台比较简单，实现起来相对容易；缺点是：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 和 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和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。.开开出出端端子子开开入入端端子子4 48 85 5通通讯讯接接口口R RJ J4 45 5O OR RO OP PT TO OR RJ J4 45 5O OR RO OP PT TO O电源变换电源变换监控复位监控复位Ethernet_1Ethernet_110/100 BASE T10/100 BASE TOROR100BASE/FX100BASE/FX精品文档这种时延在电子式互感器的设计规范中将不可容忍。2.2.方案二方案二方案二是对方案一的改进，采用双系统实现智能断路器的所有功能。.FlashSDRAMCPU以太网控制器RJ45/MMS 服务帧光纤。实时时钟系转换模拟信号调理在 线 检 的1N 路F统AD间模 拟 量 输嵌入系统嵌入系统I信入F息交O换GOOSE编码FPGA以太网控制器RJ45/GOOSE报文SMV 编码光纤SMV 帧光电隔离+继电器分合闸控.。.。制信号光电隔离开关量输入FPGAFPGA 系统系统AD 转换模拟信号调理一次电流电压输入精品文档具有高实时性要求的 GOOSE 报文和 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，提高系统遥控和遥测的能力。方案二的缺点是：硬件电路比较复杂，研发的难度比方案一大。我在嵌入系统和 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是有信心的。.