一種標(biāo)準(zhǔn)化體系架構(gòu)的配電自動化終端的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種標(biāo)準(zhǔn)化體系架構(gòu)的配電自動化終端，屬電力系統(tǒng)自動化領(lǐng)域，包括如下技術(shù)方案：采用分布式模塊化的設(shè)計方案，各功能板件相互獨立；采用基于ARM-DSP的嵌入式系統(tǒng)雙核設(shè)計方案，數(shù)據(jù)處理器DSP進(jìn)行底層任務(wù)的處理，主處理器ARM進(jìn)行高層任務(wù)的處理；數(shù)據(jù)處理器DSP和主處理器ARM的各功能模塊按各自特點分布在不同功能應(yīng)用層中。本發(fā)明提供的配電自動化終端具備配置靈活化、功能模塊化、模型標(biāo)準(zhǔn)化、互操作性強等特點，將會極大推動配電自動化終端的快速發(fā)展。
【專利說明】一種標(biāo)準(zhǔn)化體系架構(gòu)的配電自動化終端

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要應(yīng)用于配電自動化系統(tǒng)中，屬于電力系統(tǒng)及其自動化領(lǐng)域，具體涉及一種標(biāo)準(zhǔn)化體系架構(gòu)的配電自動化終端。

【背景技術(shù)】
[0002]配電自動化終端是建設(shè)智能配電網(wǎng)、實現(xiàn)配網(wǎng)自動化的重要組成部分，是安裝于配電網(wǎng)的各種遠(yuǎn)方監(jiān)測、控制單元的總稱，主要用于對配電線路和配電設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)視及控制，實現(xiàn)配電線路的故障檢測和故障定位，為配電自動化系統(tǒng)的故障隔離和非故障區(qū)域的恢復(fù)供電提供依據(jù)。近年來，隨著智能配電網(wǎng)井噴式地發(fā)展，隨之也帶來了許多亟待解決的問題，其中配電自動化終端的結(jié)構(gòu)形式多樣、互換性差、可靠性低、維護(hù)工程量大等問題尤為突出。隨著國家電網(wǎng)公司關(guān)于《配電自動化設(shè)備典型設(shè)計》、《配電自動化終端技術(shù)規(guī)范》等文件的陸續(xù)發(fā)布，這些文件規(guī)劃指導(dǎo)了未來10年配電自動化終端的發(fā)展方向:結(jié)構(gòu)小型化、接口標(biāo)準(zhǔn)化、配置靈活化、功能模塊化、維護(hù)簡便化。
[0003]申請?zhí)枮?01210184681.2，
【公開日】為2012年10月17日的中國發(fā)明專利“一種智能配電終端統(tǒng)一平臺模塊化設(shè)計方法”提出了一種基于ARM-DSP的智能配電終端統(tǒng)一平臺模塊化的設(shè)計方法，但未涉及標(biāo)準(zhǔn)化體系架構(gòu)的配電自動化終端模型設(shè)計方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種標(biāo)準(zhǔn)化體系架構(gòu)的配電自動化終端，解決目前配電自動化終端結(jié)構(gòu)多樣、接口千差萬別、功能不統(tǒng)一、維護(hù)工作量大等問題。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
一種標(biāo)準(zhǔn)化體系架構(gòu)的配電自動化終端，采用基于ARM-DSP的嵌入式雙核系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)處理器DSP和主處理器ARM位于CPU核心板上，其中，數(shù)據(jù)處理器DSP主要負(fù)責(zé)底層任務(wù)的處理，主處理器ARM主要負(fù)責(zé)高層任務(wù)的處理；
所述主處理器ARM通過以太網(wǎng)或UART與配電自動化主站進(jìn)行通信，所述主處理器ARM還連接SD卡；
所述數(shù)據(jù)處理器DSP通過高速總線板分別與液晶顯示及按鍵控制板件，電源板，遙測板，遙信板和遙控板相連接，實現(xiàn)各功能板件的信息交互與傳遞；
所述主處理器ARM和所述數(shù)據(jù)處理器DSP通過UART或總線進(jìn)行通信。
[0006]前述的DSP負(fù)責(zé)底層任務(wù)的處理，從上而下分為應(yīng)用層，處理層和接口層三層。
[0007]前述的ARM負(fù)責(zé)高層任務(wù)的處理，從上而下分為應(yīng)用層，管理層和系統(tǒng)層三層。
[0008]前述的DSP的接口層包括模擬量輸入接口，數(shù)字量輸入接口，數(shù)字量輸出接口，液晶顯示及按鍵控制板件接口；
所述DSP的處理層用于實現(xiàn)信號處理、頻率測量及數(shù)據(jù)計算；所述信號處理包括數(shù)字量輸出防誤動和數(shù)字量輸入抖動抑制，其中數(shù)字量輸出防誤動采用互鎖方案，數(shù)字量輸入抖動抑制采用軟件濾波算法；所述頻率測量及數(shù)據(jù)計算將接口層中模擬量輸入接口采集的線路電壓、電流信息，通過采用同步向量測量方法、拉格朗日插值算法和快速傅里葉算法計算出線路頻率、電壓、電流、功率遙測量信息；
所述DSP的應(yīng)用層用于實現(xiàn)參數(shù)配置，事件記錄處理，繼電保護(hù)及故障定位，并負(fù)責(zé)與主處理器ARM進(jìn)行通信；所述參數(shù)配置包括各功能板件數(shù)量、數(shù)字量輸入濾波時間、繼電保護(hù)定值參數(shù)的配置；所述事件記錄處理將經(jīng)過數(shù)字量輸入抖動抑制處理的數(shù)字量信息標(biāo)上數(shù)字量的變化時刻，確保數(shù)字量信息的有效性；所述繼電保護(hù)及故障定位通過判斷頻率測量及數(shù)據(jù)計算得到的線路電流信息是否大于參數(shù)配置中的繼電保護(hù)定值，來實現(xiàn)線路的繼電保護(hù)及故障定位。
[0009]前述的模擬量輸入接口是連接數(shù)據(jù)處理器DSP與遙測板的接口 ；所述數(shù)字量輸入接口是連接數(shù)據(jù)處理器DSP與遙信板的接口 ；所述數(shù)字量輸出接口是連接數(shù)據(jù)處理器DSP與遙控板的接口 ；所述液晶顯示及按鍵控制接口是連接數(shù)據(jù)處理器DSP與液晶顯示及按鍵控制板的接口。
[0010]前述的ARM的系統(tǒng)層用于進(jìn)行嵌入式操作系統(tǒng)的移植和時鐘同步，并提供實時數(shù)據(jù)庫；所述嵌入式操作系統(tǒng)通過對主處理器ARM的內(nèi)核進(jìn)行裁剪實現(xiàn)嵌入式操作系統(tǒng)的移植；所述實時數(shù)據(jù)庫實時接收數(shù)據(jù)處理器DSP上送的遙測量、事件記錄信息；
所述ARM的管理層用于進(jìn)行參數(shù)配置，人機接口及遠(yuǎn)程維護(hù)，日志管理和歷史數(shù)據(jù)存儲；所述參數(shù)配置用于進(jìn)行以太網(wǎng)IP地址、UART串口通信參數(shù)的配置；所述人機接口及遠(yuǎn)程維護(hù)，通過主處理器ARM的調(diào)試接口與PC機連接，為PC機提供人機界面，實現(xiàn)配電自動化終端的遠(yuǎn)程維護(hù)；所述日志管理用于進(jìn)行配電自動化終端的操作記錄；所述歷史數(shù)據(jù)存儲用于將系統(tǒng)層中實時數(shù)據(jù)庫的遙測量、事件記錄和管理層中日志管理的信息進(jìn)行存儲；所述ARM的應(yīng)用層用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的信息安全，與數(shù)據(jù)處理器DSP的實時通信，并負(fù)責(zé)與配電自動化主站的進(jìn)行通信；所述信息安全，通過采用SM2非對稱密鑰算法實現(xiàn)對遙控輸出的完全加密，確保配電自動化終端的遙控安全。
[0011]前述的遙測板，遙信板和遙控板可擴展。
[0012]本發(fā)明的分布式模塊化的設(shè)計滿足了各功能模塊容量擴展的需求，基于ARM-DSP的嵌入式系統(tǒng)雙核設(shè)計方案極大滿足了各任務(wù)的實時性要求，且本發(fā)明具備配置靈活化、功能模塊化、模型標(biāo)準(zhǔn)化、互操作性強等特點，將會極大推動配電自動化終端的快速發(fā)展。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明配電自動化終端的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明配電自動化終端的DSP架構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明配電自動化終端的ARM架構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0015]如圖1，本發(fā)明的標(biāo)準(zhǔn)化體系架構(gòu)的配電自動化終端，采用基于ARM-DSP的嵌入式雙核系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理器DSP進(jìn)行底層任務(wù)的處理，主處理器ARM進(jìn)行高層任務(wù)的處理。并且本發(fā)明采用分布式模塊化的設(shè)計方案，在配電自動化終端靈活配置不同的功能板件，各功能板件相互獨立，能根據(jù)現(xiàn)場實際需要進(jìn)行容量的擴展，同時也避免了各功能板件間的相互影響。
[0016]如圖1所示，配電自動化終端的功能板件包括電源板、CPU核心板、遙信板、遙控板、遙測板、液晶顯示及按鍵控制板、高速總線板。
[0017]電源板用于提供配電自動化終端的工作電源，通過高速總線板實現(xiàn)其他功能板件的電源供給。
[0018]遙測板是模擬量輸入板，用于采集模擬量信號，如電壓、電流等信號。
[0019]遙信板是數(shù)字量輸入板，用于采集數(shù)字量信息，如開關(guān)位置等狀態(tài)信息。
[0020]遙控板是數(shù)字量輸出板，用于控制外部設(shè)備，如開關(guān)、電容器等設(shè)備。
[0021]液晶顯示及按鍵控制板是人機接口，實現(xiàn)配電自動化終端的當(dāng)?shù)卣{(diào)試及維護(hù)。
[0022]CPU核心板是配電自動化終端的核心部件，包括數(shù)據(jù)處理器DSP和主處理器ARM，用于將各渠道獲取的信息進(jìn)行快速綜合處理及計算。
[0023]高速總線板與CPU核心板、電源板、遙測板、遙信板、遙控板、液晶顯示及按鍵控制板相連接，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理器DSP、遙測板、遙信板、遙控板、液晶顯示及按鍵控制板的信息交互與傳遞。
[0024]如圖1所示，數(shù)據(jù)處理器DSP通過高速總線板分別與液晶顯示及按鍵控制板、電源板、遙測板、遙信板及遙控板相連接，實現(xiàn)各功能板件的信息交互與傳遞。
[0025]主處理器ARM和數(shù)據(jù)處理器DSP之間通過UART或總線進(jìn)行通信。
[0026]主處理器ARM通過以太網(wǎng)或UART接口實現(xiàn)配電自動化終端與配電自動化主站的通信，并且主處理器ARM通過總線與SD卡連接，實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)、參數(shù)配置等數(shù)據(jù)的存儲。
[0027]如圖2和圖3所示，數(shù)據(jù)處理器DSP和主處理器ARM各功能模塊按各自特點分布在不冋功能應(yīng)用層中。
[0028]如圖2所示，DSP從上到下分為應(yīng)用層、處理層、接口層三層，其中，
接口層包括液晶顯示及按鍵控制接口、模擬量輸入接口、數(shù)字量輸入接口及數(shù)字量輸出接口。
[0029]模擬量輸入接口是連接數(shù)據(jù)處理器DSP與遙測板的接口，數(shù)據(jù)處理器DSP通過高速總線板采集并處理遙測板上接入的電壓、電流模擬量信息；
數(shù)字量輸入接口是連接數(shù)據(jù)處理器DSP與遙信板的接口，數(shù)據(jù)處理器DSP通過高速總線板采集并處理遙信板上接入的狀態(tài)信息，如開關(guān)位置；
數(shù)字量輸出接口是連接數(shù)據(jù)處理器DSP與遙控板的接口，數(shù)據(jù)處理器DSP通過高速總線板控制遙控板的輸出；
液晶顯示及按鍵控制接口是連接數(shù)據(jù)處理器DSP與液晶顯示及按鍵控制板的接口，數(shù)據(jù)處理器DSP通過高速總線板控制液晶顯示及按鍵控制板，實現(xiàn)模擬量、數(shù)字量等信息在液晶上的當(dāng)?shù)貙崟r顯示。
[0030]處理層用于實現(xiàn)信號處理、頻率測量及數(shù)據(jù)計算；其中，信號處理包括數(shù)字量輸出防誤動和數(shù)字量輸入抖動抑制。
[0031]數(shù)字量輸出防誤動采用互鎖方案，確保數(shù)據(jù)處理器DSP對遙控板數(shù)字量輸出的正確控制；
數(shù)字量輸入抖動抑制采用軟件濾波算法，確保數(shù)據(jù)處理器DSP對遙信板數(shù)字量信號的正確采集； 頻率測量及數(shù)據(jù)計算，將接口層中模擬量輸入接口采集的線路電壓、電流信息，通過采用同步向量測量技術(shù)、拉格朗日插值算法和快速傅里葉算法計算出線路頻率、電壓、電流、功率等遙測量信息；
應(yīng)用層用于實現(xiàn)參數(shù)配置，事件記錄處理，繼電保護(hù)及故障定位，并負(fù)責(zé)與主處理器ARM進(jìn)行通信。
[0032]參數(shù)配置包括各功能板件數(shù)量、數(shù)字量輸入濾波時間、繼電保護(hù)定值等參數(shù)的配置，其中各功能板件數(shù)量的配置用于確定模擬量輸入、數(shù)字量輸入及輸出通道數(shù)量；
事件記錄處理，將經(jīng)過數(shù)字量輸入抖動抑制處理的數(shù)字量信息標(biāo)上數(shù)字量的變化時亥IJ，確保數(shù)字量信息的有效性；
繼電保護(hù)及故障定位，通過判斷頻率測量及數(shù)據(jù)計算得到的線路電流信息是否大于參數(shù)配置中的繼電保護(hù)定值，來實現(xiàn)線路的繼電保護(hù)及故障定位；
如圖3所示，DSP從上而下分為應(yīng)用層，管理層和系統(tǒng)層三層，其中，
系統(tǒng)層用于進(jìn)行嵌入式操作系統(tǒng)的移植和時鐘同步，并提供實時數(shù)據(jù)庫。
[0033]嵌入式操作系統(tǒng)是管理層和應(yīng)用層的基礎(chǔ)，通過對主處理器ARM的內(nèi)核進(jìn)行裁剪實現(xiàn)嵌入式操作系統(tǒng)的移植；
實時數(shù)據(jù)庫是主處理器ARM內(nèi)的固有緩存區(qū)，用于實時接收數(shù)據(jù)處理器DSP上送的遙測量、事件記錄等信息；
管理層用于進(jìn)行參數(shù)配置，人機接口及遠(yuǎn)程維護(hù)，日志管理和歷史數(shù)據(jù)存儲。
[0034]參數(shù)配置用于進(jìn)行以太網(wǎng)IP地址、UART串口等通信參數(shù)的配置；
人機接口及遠(yuǎn)程維護(hù)，通過主處理器ARM的調(diào)試接口與PC機連接，為PC機提供人機界面，實現(xiàn)配電自動化終端的遠(yuǎn)程維護(hù)；
日志管理用于進(jìn)行配電自動化終端的操作記錄，包括遙控操作記錄、參數(shù)配置記錄，確保配電自動化終端操作的可追溯性；
歷史數(shù)據(jù)存儲用于將系統(tǒng)層中實時數(shù)據(jù)庫的遙測量、事件記錄和管理層中日志管理等信息進(jìn)行存儲，確保配電自動化終端的數(shù)據(jù)完整性；
應(yīng)用層用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的信息安全，與數(shù)據(jù)處理器DSP的實時通信，并負(fù)責(zé)與配電自動化主站的進(jìn)行通信。
[0035]信息安全，通過采用國家密碼管理局公布的SM2非對稱密鑰算法實現(xiàn)對遙控輸出的完全加密，確保配電自動化終端的遙控安全。
[0036]最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種標(biāo)準(zhǔn)化體系架構(gòu)的配電自動化終端，其特征在于:采用基于ARM-DSP的嵌入式雙核系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)處理器DSP和主處理器ARM位于CPU核心板上，其中，數(shù)據(jù)處理器DSP主要負(fù)責(zé)底層任務(wù)的處理，主處理器ARM主要負(fù)責(zé)高層任務(wù)的處理； 所述主處理器ARM通過以太網(wǎng)或UART與配電自動化主站進(jìn)行通信，所述主處理器ARM還連接SD卡； 所述數(shù)據(jù)處理器DSP通過高速總線板分別與液晶顯示及按鍵控制板件，電源板，遙測板，遙信板和遙控板相連接，實現(xiàn)各功能板件的信息交互與傳遞； 所述主處理器ARM和所述數(shù)據(jù)處理器DSP通過UART或總線進(jìn)行通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種標(biāo)準(zhǔn)化體系架構(gòu)的配電自動化終端，其特征在于:所述DSP負(fù)責(zé)底層任務(wù)的處理，從上而下分為應(yīng)用層，處理層和接口層三層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種標(biāo)準(zhǔn)化體系架構(gòu)的配電自動化終端，其特征在于:所述ARM負(fù)責(zé)高層任務(wù)的處理，從上而下分為應(yīng)用層，管理層和系統(tǒng)層三層。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種標(biāo)準(zhǔn)化體系架構(gòu)的配電自動化終端，其特征在于:所述DSP的接口層包括模擬量輸入接口，數(shù)字量輸入接口，數(shù)字量輸出接口，液晶顯示及按鍵控制板件接口 ； 所述DSP的處理層用于實現(xiàn)信號處理、頻率測量及數(shù)據(jù)計算；所述信號處理包括數(shù)字量輸出防誤動和數(shù)字量輸入抖動抑制，其中數(shù)字量輸出防誤動采用互鎖方案，數(shù)字量輸入抖動抑制采用軟件濾波算法；所述頻率測量及數(shù)據(jù)計算將接口層中模擬量輸入接口采集的線路電壓、電流信息，通過采用同步向量測量方法、拉格朗日插值算法和快速傅里葉算法計算出線路頻率、電壓、電流、功率遙測量信息； 所述DSP的應(yīng)用層用于實現(xiàn)參數(shù)配置，事件記錄處理，繼電保護(hù)及故障定位，并負(fù)責(zé)與主處理器ARM進(jìn)行通信；所述參數(shù)配置包括各功能板件數(shù)量、數(shù)字量輸入濾波時間、繼電保護(hù)定值參數(shù)的配置；所述事件記錄處理將經(jīng)過數(shù)字量輸入抖動抑制處理的數(shù)字量信息標(biāo)上數(shù)字量的變化時刻，確保數(shù)字量信息的有效性；所述繼電保護(hù)及故障定位通過判斷頻率測量及數(shù)據(jù)計算得到的線路電流信息是否大于參數(shù)配置中的繼電保護(hù)定值，來實現(xiàn)線路的繼電保護(hù)及故障定位。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種標(biāo)準(zhǔn)化體系架構(gòu)的配電自動化終端，其特征在于:所述模擬量輸入接口是連接數(shù)據(jù)處理器DSP與遙測板的接口 ；所述數(shù)字量輸入接口是連接數(shù)據(jù)處理器DSP與遙信板的接口 ；所述數(shù)字量輸出接口是連接數(shù)據(jù)處理器DSP與遙控板的接口 ；所述液晶顯示及按鍵控制接口是連接數(shù)據(jù)處理器DSP與液晶顯示及按鍵控制板的接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種標(biāo)準(zhǔn)化體系架構(gòu)的配電自動化終端，其特征在于:所述ARM的系統(tǒng)層用于進(jìn)行嵌入式操作系統(tǒng)的移植和時鐘同步，并提供實時數(shù)據(jù)庫；所述嵌入式操作系統(tǒng)通過對主處理器ARM的內(nèi)核進(jìn)行裁剪實現(xiàn)嵌入式操作系統(tǒng)的移植；所述實時數(shù)據(jù)庫實時接收數(shù)據(jù)處理器DSP上送的遙測量、事件記錄信息； 所述ARM的管理層用于進(jìn)行參數(shù)配置，人機接口及遠(yuǎn)程維護(hù)，日志管理和歷史數(shù)據(jù)存儲；所述參數(shù)配置用于進(jìn)行以太網(wǎng)IP地址、UART串口通信參數(shù)的配置；所述人機接口及遠(yuǎn)程維護(hù)，通過主處理器ARM的調(diào)試接口與PC機連接，為PC機提供人機界面，實現(xiàn)配電自動化終端的遠(yuǎn)程維護(hù)；所述日志管理用于進(jìn)行配電自動化終端的操作記錄；所述歷史數(shù)據(jù)存儲用于將系統(tǒng)層中實時數(shù)據(jù)庫的遙測量、事件記錄和管理層中日志管理的信息進(jìn)行存儲； 所述ARM的應(yīng)用層用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的信息安全，與數(shù)據(jù)處理器DSP的實時通信，并負(fù)責(zé)與配電自動化主站的進(jìn)行通信；所述信息安全，通過采用SM2非對稱密鑰算法實現(xiàn)對遙控輸出的完全加密，確保配電自動化終端的遙控安全。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種標(biāo)準(zhǔn)化體系架構(gòu)的配電自動化終端，其特征在于:所述遙測板，遙信板和遙控板可擴展。
【文檔編號】G05B19/418GK104133433SQ201410258058
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】曾俊, 周捷, 孫建東, 張志華, 劉明祥, 周俊, 凌秀澤, 呂鵬 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國電南瑞科技股份有限公司, 國網(wǎng)山東省電力公司青島供電公司