CN104133433B - 一种标准化体系架构的配电自动化终端 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种标准化体系架构的配电自动化终端，属电力***自动化领域，包括如下技术方案：采用分布式模块化的设计方案，各功能板件相互独立；采用基于ARM‑DSP的嵌入式***双核设计方案，数据处理器DSP进行底层任务的处理，主处理器ARM进行高层任务的处理；数据处理器DSP和主处理器ARM的各功能模块按各自特点分布在不同功能应用层中。本发明提供的配电自动化终端具备配置灵活化、功能模块化、模型标准化、互操作性强等特点，将会极大推动配电自动化终端的快速发展。
Description
技术领域
本发明主要应用于配电自动化***中，属于电力***及其自动化领域，具体涉及一种标准化体系架构的配电自动化终端。
背景技术
配电自动化终端是建设智能配电网、实现配网自动化的重要组成部分，是安装于配电网的各种远方监测、控制单元的总称，主要用于对配电线路和配电设备进行实时监视及控制，实现配电线路的故障检测和故障定位，为配电自动化***的故障隔离和非故障区域的恢复供电提供依据。近年来，随着智能配电网井喷式地发展，随之也带来了许多亟待解决的问题，其中配电自动化终端的结构形式多样、互换性差、可靠性低、维护工程量大等问题尤为突出。随着国家电网公司关于《配电自动化设备典型设计》、《配电自动化终端技术规范》等文件的陆续发布，这些文件规划指导了未来10年配电自动化终端的发展方向：结构小型化、接口标准化、配置灵活化、功能模块化、维护简便化。
申请号为201210184681.2，公开日为2012年10月17日的中国发明专利“一种智能配电终端统一平台模块化设计方法”提出了一种基于ARM-DSP的智能配电终端统一平台模块化的设计方法，但未涉及标准化体系架构的配电自动化终端模型设计方法。
发明内容
本发明提供了一种标准化体系架构的配电自动化终端，解决目前配电自动化终端结构多样、接口千差万别、功能不统一、维护工作量大等问题。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种标准化体系架构的配电自动化终端，采用基于ARM-DSP的嵌入式双核***，所述数据处理器DSP和主处理器ARM位于CPU核心板上，其中，数据处理器DSP主要负责底层任务的处理，主处理器ARM主要负责高层任务的处理；
所述主处理器ARM通过以太网或UART与配电自动化主站进行通信，所述主处理器ARM还连接SD卡；
所述数据处理器DSP通过高速总线板分别与液晶显示及按键控制板件，电源板，遥测板，遥信板和遥控板相连接，实现各功能板件的信息交互与传递；
所述主处理器ARM和所述数据处理器DSP通过UART或总线进行通信。
前述的DSP负责底层任务的处理，从上而下分为应用层，处理层和接口层三层。
前述的ARM负责高层任务的处理，从上而下分为应用层，管理层和***层三层。
前述的DSP的接口层包括模拟量输入接口，数字量输入接口，数字量输出接口，液晶显示及按键控制板件接口；
所述DSP的处理层用于实现信号处理、频率测量及数据计算；所述信号处理包括数字量输出防误动和数字量输入抖动抑制，其中数字量输出防误动采用互锁方案，数字量输入抖动抑制采用软件滤波算法；所述频率测量及数据计算将接口层中模拟量输入接口采集的线路电压、电流信息，通过采用同步向量测量方法、拉格朗日插值算法和快速傅里叶算法计算出线路频率、电压、电流、功率遥测量信息；
所述DSP的应用层用于实现参数配置，事件记录处理，继电保护及故障定位，并负责与主处理器ARM进行通信；所述参数配置包括各功能板件数量、数字量输入滤波时间、继电保护定值参数的配置；所述事件记录处理将经过数字量输入抖动抑制处理的数字量信息标上数字量的变化时刻，确保数字量信息的有效性；所述继电保护及故障定位通过判断频率测量及数据计算得到的线路电流信息是否大于参数配置中的继电保护定值，来实现线路的继电保护及故障定位。
前述的模拟量输入接口是连接数据处理器DSP与遥测板的接口；所述数字量输入接口是连接数据处理器DSP与遥信板的接口；所述数字量输出接口是连接数据处理器DSP与遥控板的接口；所述液晶显示及按键控制接口是连接数据处理器DSP与液晶显示及按键控制板的接口。
前述的ARM的***层用于进行嵌入式操作***的移植和时钟同步，并提供实时数据库；所述嵌入式操作***通过对主处理器ARM的内核进行裁剪实现嵌入式操作***的移植；所述实时数据库实时接收数据处理器DSP上送的遥测量、事件记录信息；
所述ARM的管理层用于进行参数配置，人机接口及远程维护，日志管理和历史数据存储；所述参数配置用于进行以太网IP地址、UART串口通信参数的配置；所述人机接口及远程维护，通过主处理器ARM的调试接口与PC机连接，为PC机提供人机界面，实现配电自动化终端的远程维护；所述日志管理用于进行配电自动化终端的操作记录；所述历史数据存储用于将***层中实时数据库的遥测量、事件记录和管理层中日志管理的信息进行存储；
所述ARM的应用层用于实现数据的信息安全，与数据处理器DSP的实时通信，并负责与配电自动化主站的进行通信；所述信息安全，通过采用SM2非对称密钥算法实现对遥控输出的完全加密，确保配电自动化终端的遥控安全。
前述的遥测板，遥信板和遥控板可扩展。
本发明的分布式模块化的设计满足了各功能模块容量扩展的需求，基于ARM-DSP的嵌入式***双核设计方案极大满足了各任务的实时性要求， 且本发明具备配置灵活化、功能模块化、模型标准化、互操作性强等特点，将会极大推动配电自动化终端的快速发展。
附图说明
图1是本发明配电自动化终端的结构示意图；
图2是本发明配电自动化终端的DSP架构示意图；
图3是本发明配电自动化终端的ARM架构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1，本发明的标准化体系架构的配电自动化终端，采用基于ARM-DSP的嵌入式双核***，数据处理器DSP进行底层任务的处理，主处理器ARM进行高层任务的处理。并且本发明采用分布式模块化的设计方案，在配电自动化终端灵活配置不同的功能板件，各功能板件相互独立，能根据现场实际需要进行容量的扩展，同时也避免了各功能板件间的相互影响。
如图1所示，配电自动化终端的功能板件包括电源板、CPU核心板、遥信板、遥控板、遥测板、液晶显示及按键控制板、高速总线板。
电源板用于提供配电自动化终端的工作电源，通过高速总线板实现其他功能板件的电源供给。
遥测板是模拟量输入板，用于采集模拟量信号，如电压、电流等信号。
遥信板是数字量输入板，用于采集数字量信息，如开关位置等状态信息。
遥控板是数字量输出板，用于控制外部设备，如开关、电容器等设备。
液晶显示及按键控制板是人机接口，实现配电自动化终端的当地调试及维护。
CPU核心板是配电自动化终端的核心部件，包括数据处理器DSP和主处理器ARM，用于将各渠道获取的信息进行快速综合处理及计算。
高速总线板与CPU核心板、电源板、遥测板、遥信板、遥控板、液晶显示及按键控制板相连接，用于实现数据处理器DSP、遥测板、遥信板、遥控板、液晶显示及按键控制板的信息交互与传递。
如图1所示，数据处理器DSP通过高速总线板分别与液晶显示及按键控制板、电源板、遥测板、遥信板及遥控板相连接，实现各功能板件的信息交互与传递。
主处理器ARM和数据处理器DSP之间通过UART或总线进行通信。
主处理器ARM通过以太网或UART接口实现配电自动化终端与配电自动化主站的通信，并且主处理器ARM通过总线与SD卡连接，实现历史数据、参数配置等数据的存储。
如图2和图3所示，数据处理器DSP和主处理器ARM各功能模块按各自特点分布在不同功能应用层中。
如图2所示，DSP从上到下分为应用层、处理层、接口层三层，其中，
接口层包括液晶显示及按键控制接口、模拟量输入接口、数字量输入接口及数字量输出接口。
模拟量输入接口是连接数据处理器DSP与遥测板的接口，数据处理器DSP通过高速总线板采集并处理遥测板上接入的电压、电流模拟量信息；
数字量输入接口是连接数据处理器DSP与遥信板的接口，数据处理器DSP通过高速总线板采集并处理遥信板上接入的状态信息，如开关位置；
数字量输出接口是连接数据处理器DSP与遥控板的接口，数据处理器DSP通过高速总线板控制遥控板的输出；
液晶显示及按键控制接口是连接数据处理器DSP与液晶显示及按键控制板的接口，数据处理器DSP通过高速总线板控制液晶显示及按键控制板，实现模拟量、数字量等信息在液晶上的当地实时显示。
处理层用于实现信号处理、频率测量及数据计算；其中，信号处理包括数字量输出防误动和数字量输入抖动抑制。
数字量输出防误动采用互锁方案，确保数据处理器DSP对遥控板数字量输出的正确控制；
数字量输入抖动抑制采用软件滤波算法，确保数据处理器DSP对遥信板数字量信号的正确采集；
频率测量及数据计算，将接口层中模拟量输入接口采集的线路电压、电流信息，通过采用同步向量测量技术、拉格朗日插值算法和快速傅里叶算法计算出线路频率、电压、电流、功率等遥测量信息；
应用层用于实现参数配置，事件记录处理，继电保护及故障定位，并负责与主处理器ARM进行通信。
参数配置包括各功能板件数量、数字量输入滤波时间、继电保护定值等参数的配置，其中各功能板件数量的配置用于确定模拟量输入、数字量输入及输出通道数量；
事件记录处理，将经过数字量输入抖动抑制处理的数字量信息标上数字量的变化时刻，确保数字量信息的有效性；
继电保护及故障定位，通过判断频率测量及数据计算得到的线路电流信息是否大于参数配置中的继电保护定值，来实现线路的继电保护及故障定位；
如图3所示，DSP从上而下分为应用层，管理层和***层三层，其中，
***层用于进行嵌入式操作***的移植和时钟同步，并提供实时数据库。
嵌入式操作***是管理层和应用层的基础，通过对主处理器ARM的内核进行裁剪实现嵌入式操作***的移植；
实时数据库是主处理器ARM内的固有缓存区，用于实时接收数据处理器DSP上送的遥测量、事件记录等信息；
管理层用于进行参数配置，人机接口及远程维护，日志管理和历史数据存储。
参数配置用于进行以太网IP地址、UART串口等通信参数的配置；
人机接口及远程维护，通过主处理器ARM的调试接口与PC机连接，为PC机提供人机界面，实现配电自动化终端的远程维护；
日志管理用于进行配电自动化终端的操作记录，包括遥控操作记录、参数配置记录，确保配电自动化终端操作的可追溯性；
历史数据存储用于将***层中实时数据库的遥测量、事件记录和管理层中日志管理等信息进行存储，确保配电自动化终端的数据完整性；
应用层用于实现数据的信息安全，与数据处理器DSP的实时通信，并负责与配电自动化主站的进行通信。
信息安全，通过采用国家密码管理局公布的SM2非对称密钥算法实现对遥控输出的完全加密，确保配电自动化终端的遥控安全。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种标准化体系架构的配电自动化终端，其特征在于：采用基于ARM-DSP的嵌入式双核***，数据处理器DSP和主处理器ARM位于CPU核心板上，其中，数据处理器DSP主要负责底层任务的处理，主处理器ARM主要负责高层任务的处理；
所述主处理器ARM通过以太网或UART与配电自动化主站进行通信，所述主处理器ARM还连接SD卡；
所述数据处理器DSP通过高速总线板分别与液晶显示及按键控制板件，电源板，遥测板，遥信板和遥控板相连接，实现各功能板件的信息交互与传递；
所述DSP负责底层任务的处理，从上而下分为应用层，处理层和接口层三层；
所述DSP的接口层包括模拟量输入接口，数字量输入接口，数字量输出接口，液晶显示及按键控制板件接口；
所述DSP的处理层用于实现信号处理、频率测量及数据计算；所述信号处理包括数字量输出防误动和数字量输入抖动抑制，其中数字量输出防误动采用互锁方案，数字量输入抖动抑制采用软件滤波算法；所述频率测量及数据计算将接口层中模拟量输入接口采集的线路电压、电流信息，通过采用同步向量测量方法、拉格朗日插值算法和快速傅里叶算法计算出线路频率、电压、电流、功率遥测量信息；
所述DSP的应用层用于实现参数配置，事件记录处理，继电保护及故障定位，并负责与主处理器ARM进行通信；所述参数配置包括各功能板件数量、数字量输入滤波时间、继电保护定值参数的配置；所述事件记录处理将经过数字量输入抖动抑制处理的数字量信息标上数字量的变化时刻，确保数字量信息的有效性；所述继电保护及故障定位通过判断频率测量及数据计算得到的线路电流信息是否大于参数配置中的继电保护定值，来实现线路的继电保护及故障定位；
所述ARM负责高层任务的处理，从上而下分为应用层，管理层和***层三层；
所述ARM的***层用于进行嵌入式操作***的移植和时钟同步，并提供实时数据库；所述嵌入式操作***通过对主处理器ARM的内核进行裁剪实现嵌入式操作***的移植；所述实时数据库实时接收数据处理器DSP上送的遥测量、事件记录信息；
所述ARM的管理层用于进行参数配置，人机接口及远程维护，日志管理和历史数据存储；所述参数配置用于进行以太网IP地址、UART串口通信参数的配置；所述人机接口及远程维护，通过主处理器ARM的调试接口与PC机连接，为PC机提供人机界面，实现配电自动化终端的远程维护；所述日志管理用于进行配电自动化终端的操作记录；所述历史数据存储用于将***层中实时数据库的遥测量、事件记录和管理层中日志管理的信息进行存储；
所述ARM的应用层用于实现数据的信息安全，与数据处理器DSP的实时通信，并负责与配电自动化主站的进行通信；所述信息安全，通过采用SM2非对称密钥算法实现对遥控输出的完全加密，确保配电自动化终端的遥控安全；
所述主处理器ARM和所述数据处理器DSP通过UART或总线进行通信。
2.根据权利要求1所述的一种标准化体系架构的配电自动化终端，其特征在于：所述模拟量输入接口是连接数据处理器DSP与遥测板的接口；所述数字量输入接口是连接数据处理器DSP与遥信板的接口；所述数字量输出接口是连接数据处理器DSP与遥控板的接口；所述液晶显示及按键控制板件接口是连接数据处理器DSP与液晶显示及按键控制板的接口。
3.根据权利要求1所述的一种标准化体系架构的配电自动化终端，其特征在于：所述遥测板，遥信板和遥控板可扩展。
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Effective date of registration: 20160421 Address after: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing Applicant after: State Grid Corporation of China Applicant after: NARI Technology Development Co., Ltd. Applicant after: Qingdao Power Supply Company, State Grid Shandong Electric Power Company Applicant after: Nanjing Nari Co., Ltd. Address before: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing Applicant before: State Grid Corporation of China Applicant before: NARI Technology Development Co., Ltd. Applicant before: Qingdao Power Supply Company, State Grid Shandong Electric Power Company |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing Co-patentee after: NARI TECHNOLOGY Co.,Ltd. Patentee after: State Grid Corporation of China Co-patentee after: QINGDAO POWER SUPPLY COMPANY OF STATE GRID SHANDONG ELECTRIC POWER Co. Co-patentee after: NARI Group Corp. Address before: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing Co-patentee before: NARI TECHNOLOGY Co.,Ltd. Patentee before: State Grid Corporation of China Co-patentee before: QINGDAO POWER SUPPLY COMPANY OF STATE GRID SHANDONG ELECTRIC POWER Co. Co-patentee before: NARI Group CORPORATION STATE GRID ELECTRIC POWER INSTITUTE |