智能断路器的设计方案
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
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
断路器位置
刀闸位置
弹簧状态
合闸控制信号
开关位置信息
分合闸命令
断路器 遥控 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
保
护电流
测量电流
保护电压
测量电压
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
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:①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;
②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。
③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
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。
①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。
②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。
③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。