專利名稱：一種可重構的饋線終端系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及電力系統配電網監控管理技術領域，特別是一種具有電力網絡可重構的饋線終端系統。
背景技術：
饋線自動化遠方終端FTUO^eder Terminal Unit)是饋線自動化系統的核心設備，用于實現配電網監控，是饋線自動化系統與一次設備一配電開關的接口部分，其與饋線主站通信，提供配電系統運行控制及管理所需的數據，執行主站給出的對配電設備的控制調節命令，以實現饋線自動化的各項功能。在傳統FTU多終端的系統中一般采用GPRS與INTERNET結合，與工作站進行通信， 工作站的后臺軟件對系統中的各終端進行分別在線監控。但在終端和變電站較少的偏遠地區，首先各終端離調度中心較遠，去現場排除故障等很不方便，操作不具有靈活性；其次一旦某條線路段上出現故障，故障段所屬線路段的其它線路上的用戶也將面臨停電，同時供電電源即變電站不能得到最大化、最有效的利用，因停電引起的電力資源浪費和損耗大大提高了電力系統的成本。如果可以實現饋線終端系統的自動重構，將大大降低線路維護的成本，提高電網利用率和供電可靠性。

發明內容
本發明提供一種可重構的饋線自動化終端系統，其通過對同一系統中的多個終端模塊進行分組，多組模塊之間設置組長對成員模塊進行控制，同時多組模塊的組長之間相互通信以達到系統重構的目的，提高電網的利用率。為實現上述目的，本發明采取的方案為一種可重構的饋線自動化終端系統，包括多個相同的饋線模塊，每個饋線模塊對應控制一個斷路器；多個饋線模塊按不同線路段分組，各組中包括一個組長饋線模塊和多個成員饋線模塊；各組中，任意一個饋線模塊皆可作為組長饋線模塊；組長饋線模塊接收本組內各成員饋線模塊的的饋線信息；多個組的組長饋線模塊之間相互通信；
各饋線模塊包括控制單元，以及與控制單元相連接的實時測量單元、存儲單元、邏輯運算單元和通信單元；存儲單元中包括保護限值存儲部分；邏輯運算單元包括負荷運算部分；
各饋線模塊中，實時測量單元實時測量相應斷路器的運行參數，并將運行參數傳輸至控制單元；控制單元將接收到的運行參數與存儲單元中的保護限值作比較，將比較結果通過通信單元傳輸至所屬線路段的組長饋線模塊的控制單元中；組長饋線模塊根據接收到的比較結果，判斷出故障所在；
然后，組長饋線模塊通過通信單元向組內相應的成員饋線模塊輸出指令，使得故障斷路器開斷；同時向其它成員饋線模塊輸出斷路器閉鎖的指令；組內各成員饋線模塊的控制單元根據接收到的指令完成相應操作；
4當故障斷路器分斷過程完畢，各線路段的組長饋線模塊進行通信；處于失電狀態的線路段，其組長饋線模塊與其它任一個處于正常狀態的線路段上的組長饋線模塊進行運行參數信息交互，并通過邏輯運算單元的負荷計算部分計算失電狀態的線路段與正常線路段上的總負荷，并判斷總負荷會不會造成轉供電后的過載情況；
如判斷結果為轉供電后不會過載，則由相應的組長饋線模塊，向相應的成員饋線模塊發送閉合指令，使得位于兩個線路段之間的斷路器閉合；此時失電線路段恢復供電，重構完成；
如判斷結果為轉供電后會造成過載，則處于失電狀態的線路段，其組長饋線模塊放棄之前選擇的線路段，重新選擇其它正常線路段，進行負荷計算、過載判斷，直至所選擇的線路段可供其轉供電，最后進行轉供操作，使得所有非故障線路段皆恢復供電。本發明中，所述多個即為1個以上，實際應用中，因為系統中的斷路器數量較多， 也就需要相應數量較多的饋線模塊，所以用分組的形式來對系統進行控制，分散控制的方法比后臺統一控制的方法效率大大提高，最大化縮短了非故障段線路恢復供電的時間。作為一種改進，所述各饋線模塊還包括可與通信單元進行信息交互的手機用戶。 手機用戶與控制器之間的信息交互包括手機通過控制器對保護限值設定模塊中的保護限值進行設定或讀取，即發送遙信量；手機向控制器發送斷路器分斷或閉合的指令，即發送遙控量；控制器接收到指令后輸出控制量，使相應的斷路器開斷或閉合。本發明中，可與各饋線模塊的控制單元交換數據的手機用戶包括1個以上，其中有1個高級用戶和多個普通用戶，普通用戶可以查詢信息以及接收信息，但不能修改和控制，用戶等級信息儲存在與控制模塊相連的存儲器中；控制單元可根據收到的高級用戶手機端發出的修改用戶指令對手機用戶的權限進行修改變更。作為一種改進，所述各饋線模塊還包括鍵盤輸入單元，用戶可通過鍵盤輸入單元對保護限值設定單元中的保護限值進行設定。主要是用于工作人員在現場時對饋線模塊的操作。作為一種改進，所述各饋線模塊還包括顯示單元，顯示單元連接控制單元；顯示單元顯示的數據包括存儲單元中的保護限值部分的數據，以及實時測量單元測量的實時運行參數。優選的，所述各饋線模塊中的控制單元、存儲單元、邏輯運算單元通過一個集成芯片實現。針對FTU裝置采集速度快、數據處理量大、算法復雜、實時性高、通信頻繁等特點，本發明優選的集成芯片為現有技術中的單片機AT91RM9200處理器，它所使用的是 ARM9TDMI處理器內核，其包含16位的Thumb指令集，使用該指令集可以以16位的系統開銷得到32位具有體積小、低功耗、低成本、高性能，支持Thumb(16位)/ARM(32位)雙指令集，大量使用寄存器，尋址方式靈活簡單，指令執行速效率更快等特點。此外，集成芯片也可采用其它的單片機實現，相關邏輯運算及控制程序可根據現有成熟的編程技術完成，程序的升級也可通過現有技術中的在線可編程控制器實現。關于存儲單元也可利用單片機外部擴展的存儲器來實現。優選的，所述通信單元為GPRS通訊單元，可以通過現有成熟的GPRS技術實現手機用戶與各饋線模塊之間，以及各饋線模塊之間的信息交互。本發明優選的單片機 AT91RM9200處理器內部集成有GPRS功能接口，通過配置現有的GPRS通信的短信模塊或電路，直接與單片機的相應功能接口連接來完成數據的接收和發送。對于遙控量的輸出，本發明通過現有技術中的繼電器模塊來實現，繼電器模塊連接控制單元的遙控量輸出端口，端口脈沖電平的高低可決定繼電器的通斷，從而控制斷路器的閉合或開斷。優選的，本發明采用的繼電器模塊具有防跳功能，即繼電器模塊中包括防跳繼電器。優選的，所述實時測量單元包括電壓測量部分、電流測量部分，分別對相應斷路器所在線路的三相電壓和電流進行測量。控制單元接收到測量數據后計算出有功功率和無功功率，并保存在存儲器中
本發明的可重構饋線系統，在點對點通信的基礎上，通過組長管理制的結構實現了配電網絡出現故障時，配電網絡的及時重構和故障隔離，縮短了恢復供電的時間，優化了供電模式。同時利用GPRS通信模塊實現了遠程終端利用手機短信進行“四遙”的功能，對于少量終端，大大降低了成本，提高了效率；在饋線自動化終端較少的偏遠地區，可以完全代替后臺監控中心的作用，并且相當于多個監控中心，方便一線電力工作人員靈活操作，大大節約了投入的資源以及人力，提高了效率。


圖1所示為本發明的系統控制邏輯示意圖； 圖2所示為本發明系統控制的一種應用例；
圖3所示為本發明中各饋線模塊的實施例結構示意圖。
具體實施例方式為使本發明的內容更加明顯易懂，現結合附圖和具體實施方式
做進一步說明。結合圖1，本發明包括多個相同的饋線模塊，每個饋線模塊對應控制一個斷路器； 多個饋線模塊按不同線路段分組，各組中包括一個組長饋線模塊和多個成員饋線模塊；各組中，任意一個饋線模塊皆可作為組長饋線模塊；組長饋線模塊接收本組內各成員饋線模塊的的饋線信息；多個組的組長饋線模塊之間相互通信；
圖2所示為本發明的一種應用例，其中SA、SB、SC、SD分別為變電站，BK1-BK12為斷路器，T1-T8為線路段，每個斷路器皆對應設置一個相同的饋線模塊，多個饋線模塊按線路段分為8組，每組中的組長饋線模塊可在工作正常的饋線模塊中隨機選擇，其與為成員饋線模塊。當變電站SD內出線處發生永久相間短路，其內的出線斷路器跳閘，與斷路器BK2、 BK3、BK4、BK6和BK7相對應的饋線模塊檢測到電壓超過保護限值且為失壓，則啟動各自的失壓計數器。經過一段時間，變電站內出線斷路器會重合，重合不成功，再次跳閘。BK2、BK3、 BK4、BK6和BK7相對應的饋線模塊再次檢測到失壓，各失壓計數器累計計入失壓次數，當失壓計數器累計次數達到設定的值“2次”，則由相應的組長饋線模塊向相應的成員饋線模塊發送指令，啟動跳開相應斷路器，則故障點被隔離。本實施例中采用的失壓計數器為通過軟件編程實現，具體程序可利用現有成熟的軟件編程技術完成。確定合上BKl后，BKl不會過負荷，BKl合閘，恢復Tl供電。T5組長和T6組長交換信息，通過負荷計算確定BKlO合上后不會有部件過負荷，然后合上BK10，恢復T5供電。
由于BK3分閘，而且未檢測到過故障過流，所以T3確定故障在BK3上級，不會從 SW3處尋找備用電源。T2仍處于失電狀態，所以T3不會從BK4處尋找備用電源。那么，T3 只有從T5處尋找備用電源。T3組長和T5組長交換信息，在確定T5具有足夠的轉供能力后，合上BK6，恢復T3供電。此時，T2有多個備用電源，事先未設定優先級。由于T2組長最先跟T4組長交換信息，在確定T4具有足夠轉供能力后，合上BK5，恢復T2供電。在確定BK7合上后，沒有部件會過負荷，合上BK7，恢復T8供電。至此，所有非故障線路段都已恢復供電。 故障排除后，合上變電站內斷路器和SW3 (不同電源可以閉環運行)，使變電站C和變電站D短時合環運行，同時啟動系統“恢復正常”邏輯。T5組長和T6組長交換信息，同意分開BK10，BKlO分閘，T3和T5恢復由正常電源供電。)BK4合閘，變電站B和變電站D短時合環運行。BK5分間，T2和T8恢復由正常電源供電。)BK2合閘，變電站A和變電站D短時合環運行。BKl分閘，Tl恢復由正常電源供電。 至此，系統內所有控制器和控制模塊恢復至正常運行模式，整個系統完全恢復至正常運行狀態。如圖3所示為本發明的每個饋線模塊的一種具體實施例，其中包括控制單元、實時測量單元、存儲單元、邏輯運算單元、通信單元、顯示單元、鍵盤輸入單元以及電源，其中控制單元、邏輯運算單元以及一部分存儲單元，通過現有芯片單片機AT91RM9200處理器實現，存儲單元還包括擴展的SDRAM和flash存儲器，flash存儲器用于存儲內核及RAMDISK 的映像文件。對于單片機中的軟件代碼升級更新，本實施例采用現有的可編程邏輯器件來實現。實時測量單元包括遙測量檢測部分、遙信量檢測部分，遙測量檢測部分用于檢測三相線上的電壓、電流、有功功率和無功功率，具體可通過現有的測量工具完成；遙信量檢測部分用于檢測相應斷路器的分合閘狀態，也可通過現有的測量工具完成。本實施例對于遙控量的輸出通過現有的具有防跳功能的繼電器模塊來實現，單片機的遙控量輸出端口通過光電隔離連接繼電器模塊，繼電器模塊連接斷路器，單片機通過控制繼電器的通斷來控制斷路器的合閘或分閘。本實施例中，通信單元為GPRS通訊單元，用于各饋線模塊與手機用戶的通信，以及各饋線模塊之間的通信。因為所選單片機內部集成有專門的GPRS接口，所以可以采用現有技術中相應功能的模塊產品來完成信息的發送和接收。相關協議可根據現有的協議規則來制定，并以軟件形式實現。在應用時，通過軟件設置手機用戶中的一個高級用戶，其余為普通用戶；普通用戶可以查詢信息以及接收信息，而不能修改和控制；各手機用戶均可查詢相關權限信息，其中高級用戶可對權限信息進行修改。當饋線模塊的控制單元收到從手機用戶經過GPRS模塊發出的指令信息時，解析信息內容，如接收到的是查詢指令，則將相應的數據通過GPRS模塊回復至手機用戶中；如接收到的是高級手機用戶發出的斷路器分合閘或保護投退指令， 則控制單元通過繼電器模塊控制相應的斷路器分合閘或保護投退，并將動作后的狀態信息返回至手機用戶中。本發明的饋線模塊還設有對時的功能，具體為設置可記錄系統時間且時間可通過控制單元進行修改的時鐘模塊，通過手機可發出查詢或校對修改系統時間的指令，對時修改系統時間是控制單元根據收到的指令信息自帶的時間參數，對時鐘模塊的相關時間參數進行重新設置。時鐘模塊可采用現有技術中的實時時鐘器件，也可應用現有技術中成熟的時鐘模塊電路。為了防止裝置在保護動作時，能有效準確及時的發出信息，本發明設定在每天的某一個裝置時間發送三相電流的一次值，如果接收信息的手機用戶在每天的相應時刻后的較短時間內不能收到信息則向手機發送回路異常。電源采用現有技術中的小型開關電源插件；顯示單元采用現有的大屏幕液晶顯示器，全漢化顯示，可顯示一次系統圖、測量數據、保護信息、故障波形等，液晶低功耗運行方式延長了 LCD使用使用壽命；鍵盤輸入單元利用現有成熟產品與單片機相應接口連接。本發明中所述具體實施案例僅為本發明的較佳實施案例而已，并非用來限定本發明的實施范圍。即凡依本發明申請專利范圍的內容所作的等效變化與修飾，都應作為本發明的技術范疇。
權利要求
1.一種可重構的饋線終端系統，其特征是包括多個相同的饋線模塊，每個饋線模塊對應控制一個斷路器；多個饋線模塊按不同線路段分組，各組中包括一個組長饋線模塊和多個成員饋線模塊；各組中，任意一個饋線模塊皆可作為組長饋線模塊；組長饋線模塊接收本組內各成員饋線模塊的的饋線信息；多個組的組長饋線模塊之間相互通信；各饋線模塊包括控制單元，以及與控制單元相連接的實時測量單元、存儲單元、邏輯運算單元和通信單元；存儲單元中包括保護限值存儲部分；邏輯運算單元包括負荷運算部分；各饋線模塊中，實時測量單元實時測量相應斷路器的運行參數，并將運行參數傳輸至控制單元；控制單元將接收到的運行參數與存儲單元中保護限值存儲部分的保護限值作比較，將比較結果通過通信單元傳輸至所屬線路段的組長饋線模塊的控制單元中；組長饋線模塊根據接收到的比較結果，判斷出故障所在；然后，組長饋線模塊通過通信單元向組內相應的成員饋線模塊輸出指令，使得故障斷路器開斷；同時向其它成員饋線模塊輸出斷路器閉鎖的指令；組內各成員饋線模塊的控制單元根據接收到的指令完成相應操作；當故障斷路器分斷過程完畢，各線路段的組長饋線模塊進行通信；處于失電狀態的線路段，其組長饋線模塊與其它任一個處于正常狀態的線路段上的組長饋線模塊進行運行參數信息交互，并通過邏輯運算單元的負荷運算部分，計算失電狀態的線路段與正常線路段上的總負荷，并判斷總負荷會不會造成轉供電后的過載情況；如判斷結果為轉供電后不會過載，則由相應的組長饋線模塊，向相應的成員饋線模塊發送閉合指令，使得位于兩個線路段之間的斷路器閉合；此時失電線路段恢復供電，重構完成；如判斷結果為轉供電后會造成過載，則處于失電狀態的線路段，其組長饋線模塊放棄之前選擇的線路段，重新選擇其它正常線路段，進行負荷運算、過載判斷，直至所選擇的線路段可供其轉供電，最后進行轉供操作，使得所有非故障線路段皆完成轉供電恢復供電。
2.根據權利要求1所述的一種可重構的饋線終端系統，其特征是，所述各饋線模塊還包括可通過通信單元與控制單元進行信息交互的手機用戶。
3.根據權利要求1所述的一種可重構的饋線終端系統，其特征是，所述各饋線模塊還包括鍵盤輸入單元，用戶可通過鍵盤輸入單元對存儲單元中的保護限值部分進行保護限值設定。
4.根據權利要求1所述的一種可重構的饋線終端系統，其特征是，所述各饋線模塊還包括顯示單元，顯示單元連接控制單元；顯示單元顯示的數據包括存儲單元中的保護限值部分的數據，以及實時測量單元測量的實時運行參數。
5.根據權利要求1至4任一項所述的一種可重構的饋線終端系統，其特征是，所述各饋線模塊中的控制單元、存儲單元、邏輯運算單元通過一個集成芯片實現。
6.根據權利要求5所述的一種可重構的饋線終端系統，其特征是，所述集成芯片為單片機 AT91RM9200。
7.根據權利要求1至4任一項所述的一種可重構的饋線終端系統，其特征是，所述各饋線模塊的通信單元為GPRS通信單元。
8.根據權利要求1所述的一種可重構的饋線終端系統，其特征是，所述實時測量單元包括電壓測量部分、電流測量部分，分別對相應斷路器所在線路的三相電壓和電流進行測量。
全文摘要
本發明公開一種可重構的饋線終端系統，其包括多個相同的饋線模塊，每個饋線模塊對應控制一個斷路器；多個饋線模塊按不同線路段分組，各組中包括一個組長饋線模塊和多個成員饋線模塊；各組中，任意一個饋線模塊皆可作為組長饋線模塊；組長饋線模塊接收本組內各成員饋線模塊的的饋線信息；多個組的組長饋線模塊之間相互通信；各饋線模塊包括控制單元，以及與控制單元相連接的實時測量單元、含有保護限值存儲部分的存儲單元、含有負荷運算部分的邏輯運算單元和通信單元。本發明通過組長管理制的控制方式，根據實時測量參數對線路段上的斷路器進行開斷控制，快速隔離故障的同時實現配電網系統的自動重構，縮短了非故障段線路恢復供電的時間。
文檔編號H02J13/00GK102270881SQ20111021482
公開日2011年12月7日 申請日期2011年7月29日 優先權日2011年7月29日
發明者吳世寶, 徐建源, 王博, 王益濤 申請人:南京因泰萊配電自動化設備有限公司