基于RTnet實時網(wǎng)絡協(xié)議通信的微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于RTnet實時網(wǎng)絡協(xié)議通信的微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其主要技術特點：包括主控制器和多種就地終端，所述的主控制器包括工控機及其相應的網(wǎng)絡接口、開入接口和開出接口，所述的就地終端包括嵌入式控制器及與其相連接的A/D采樣回路、I/O接口回路和網(wǎng)絡接口，該A/D采樣回路連接到微電網(wǎng)中用于電流、電壓模擬量的采集，該I/O接口回路連接到微電網(wǎng)中用于開關量的采集和控制，就地終端的網(wǎng)絡接口通過RTnet實時網(wǎng)絡與主控制器的網(wǎng)絡接口相連接。本發(fā)明設計合理，滿足了微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的實時性，無需將微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)各分散設備的電流、電壓等模擬量以及斷路器位置等開關量通過電纜連接到中央控制器，減少了電纜的鋪設，簡化了接線方式。
【專利說明】基于RTnet實時網(wǎng)絡協(xié)議通信的微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于微電網(wǎng)【技術領域】，尤其是一種基于RTnet實時網(wǎng)絡協(xié)議通信的微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]微電網(wǎng)靈活的運行方式和高質量的供電服務，離不開完善穩(wěn)定的控制系統(tǒng)。在實際的微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制中，需要實時記錄分布式電源測控終端、并網(wǎng)保護測控終端等從站采集到的電流、電壓、功率等信息，并且將這些信息實時地傳送到主站，同時，主站也要及時對采集的信息進行分析處理，并向從站傳遞控制參數(shù)。受微電網(wǎng)現(xiàn)場環(huán)境約束，主站和從站之間的距離往往比較遠，傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線技術無法保證信號傳輸?shù)膶崟r性。因此，現(xiàn)有微電網(wǎng)控制系統(tǒng)采用以下兩種方法解決以上存在的問題，一種是最簡單的方法，就是將電流、電壓等模擬量以及斷路器位置等開關量通過電纜直接接到主站，但這種方法需要鋪設大量的電纜，接線復雜；另一種方法是采用主站控制決策和從站控制決策分開的協(xié)調(diào)控制方法，但這種方法存在著系統(tǒng)性差，而且主站和從站之間存在的時間差，可能造成主從兩種決策相互沖突的缺點。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種設計合理、接線簡單且實時性強的基于RTnet實時網(wǎng)絡協(xié)議通信的微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明解決其技術問題是采取以下技術方案實現(xiàn)的:
[0005]一種基于RTnet實時網(wǎng)絡協(xié)議通信的微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，包括主控制器和多種就地終端，所述的主控制器包括工控機及其相應的網(wǎng)絡接口、開入接口和開出接口，所述的就地終端包括嵌入式控制器及與其相連接的A/D采樣回路、I/O接口回路和網(wǎng)絡接口，該A/D采樣回路連接到微電網(wǎng)中用于電流、電壓模擬量的采集，該I/O接口回路連接到微電網(wǎng)中用于開關量的采集和控制，就地終端的網(wǎng)絡接口通過RTnet實時網(wǎng)絡與主控制器的網(wǎng)絡接口相連接。
[0006]而且，所述的就地終端包括以下終端中的一種或多種:并網(wǎng)點終端、主電源終端、負荷終端、分布電源終端、環(huán)境監(jiān)測終端。
[0007]而且，所述的工控機采用PCM-812/812L工控機。
[0008]而且，述的嵌入式控制器采用ARM架構的AtmelAT91SAM9200模塊。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是:
[0010]1、本控制系統(tǒng)通過采用RTnet實時網(wǎng)絡協(xié)議棧作為微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的通信協(xié)議棧，滿足了微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的實時性，無需將微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)各分散設備的電流、電壓等模擬量以及斷路器位置等開關量通過電纜連接到中央控制器，減少了電纜的鋪設，簡化了接線方式，實現(xiàn)了整個微電網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)字化。
[0011]2、本控制系統(tǒng)滿足了集中控制決策對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)控制的實時性要求，避免了由于主站和從站之間存在時間差而造成主站控制決策和從站控制決策之間的沖突，保證了微電網(wǎng)系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)連接示意圖；
[0013]圖2是本發(fā)明的就地終端電路方框圖；
[0014]圖3是RTnet系統(tǒng)的架構示意圖。

【具體實施方式】
[0015]以下結合附圖對本發(fā)明實施例做進一步詳述:
[0016]一種基于RTnet實時網(wǎng)絡協(xié)議通信的微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，如圖1所示，包括主控制器和各種就地終端，根據(jù)所接微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的對象，就地終端可以為并網(wǎng)點終端、主電源終端、負荷終端、分布電源終端、環(huán)境監(jiān)測終端等，主控制器與各種就地終端通過RTnet實時網(wǎng)絡連接在一起。在主控制器和各種就地終端內(nèi)均安裝有RTnet實時網(wǎng)絡協(xié)議的開源Linux系統(tǒng)。
[0017]RTnet實時網(wǎng)絡系統(tǒng)的框架如圖2所示,包括硬件、Iinux核、Xenomai核和RTnet內(nèi)核、TCP/IP協(xié)議、UDP協(xié)議以及API層。RTnet是基于RTAI和Xenomai的開源實時網(wǎng)絡協(xié)議棧，支持常用的網(wǎng)絡接口芯片組，實現(xiàn)了時間確定的UDP/IP，TCP/IP, IC-MP和ARP協(xié)議，并為Xenomai提供了 POSIX標準的套接字系統(tǒng)API。RTnet通過一系列方法使原本時間無法確定的網(wǎng)絡通信過程時間確定化，如將動態(tài)的ARP協(xié)議轉換為靜態(tài)，只在初始化時完成地址解析，為避免網(wǎng)絡沖突加入了一個媒體控制層Rtmac，在Rtmac中使用TDMA(時分多址)取代標準以太網(wǎng)中CSMA/CD(載波偵聽多路訪問/沖突檢測)機制，以及緩存池技術等。RTnet也可以通過VNIC技術，為標準的Linux網(wǎng)絡協(xié)議棧提供服務。
[0018]在本實施例中，主控制器采用北京中科騰越科技發(fā)展有限公司的PCM-812/812L型號工控機作為硬件基礎，米用標準以太網(wǎng)網(wǎng)卡NIC (Network InterfaceCard)作為主站硬件接口。該 PCM-812/812L 工控機的硬件包括 Intel N2701.6GHzCPU, 512MB 內(nèi)存，160G 硬盤，并且內(nèi)部集成了多個RJ45網(wǎng)口和多個開入開出接口，能夠不通過交換機直接與多個就地終端相連，在工控機內(nèi)安裝了 Linux2.6.33內(nèi)核并提供Xenomai和RTnet等多個開發(fā)庫的支持。主控制器內(nèi)安裝的軟件包括基礎程序和應用程序兩部分，基礎程序主要完成初始化、拓撲結構辨識、參數(shù)設置、數(shù)據(jù)顯示與存儲等基本功能；應用程序主要針對微電網(wǎng)的運行狀況作出決策，并把決策后的調(diào)節(jié)控制命令通過RTnet實時網(wǎng)絡協(xié)議發(fā)給各就地終端，主要包括微電網(wǎng)并網(wǎng)運行決策程序、孤島運行決策程序、并網(wǎng)轉孤島決策程序、孤島轉并網(wǎng)決策程序等。
[0019]就地終端是以嵌入式控制器為硬件基礎，如圖3所示，包括嵌入式控制器、A/D采樣回路、I/O接口回路和網(wǎng)絡接口(RJ45接口)。在本實施例中，嵌入式控制器采用ARM架構的 AtmelAT91SAM9200180M 主頻 CPU，64MSRAM128M NANDFLASH，安裝 Linux2.6.27 內(nèi)核和xenoma1-2.6.0RTnet-0.9.13底層開發(fā)軟件。一方面，AT91SAM9200通過A/D采樣回路實現(xiàn)就地終端的電流、電壓等模擬量的采集，通過I/O接口回路完成開關量的采集和控制信號的出口 ；另一方面，AT91SAM9200通過RTnet實時網(wǎng)絡協(xié)議棧將采集數(shù)據(jù)發(fā)送給主控制器和接收主控制器下達的控制命令；AT91SAM9200CPU芯片主要實現(xiàn)AD采樣、數(shù)據(jù)計算與處理、開入信號處理、控制出口等功能。根據(jù)所接微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的對象的不同，就地終端可分為并網(wǎng)點終端、主電源終端、負荷終端、分布電源終端、環(huán)境監(jiān)測終端等。
[0020]并網(wǎng)點終端是指與并網(wǎng)點斷路器相對應的終端，能夠采集并網(wǎng)斷路器兩側(即主網(wǎng)側與微電網(wǎng)側)的電壓、電流、頻率等模擬量；采集斷路器位置等開入量；具備對并網(wǎng)點斷路器分、合閘功能的控制出口 ；具備保護功能，能夠判斷出主網(wǎng)側或微電網(wǎng)側的故障并切除；具備檢同期、檢無壓合閘功能。
[0021]主電源終端主要是針對在微電網(wǎng)在孤島運行時以FV方式運行承擔主電源功能的儲能裝置或燃料電池，具備采集主電源的電壓、電流、功率等模擬量的功能；能夠采集到主電源的運行狀態(tài)和運行方式等開入量；具備控制主電源啟動、停止、由PQ方式切換到FV方式、由FV方式切換到PQ方式的控制出口。
[0022]負荷終端在一個微電網(wǎng)內(nèi)有多個，對應于微電網(wǎng)內(nèi)的各路負荷開關，采集負荷的電流、電壓、功率等模擬量；采集負荷開關的位置等開關量；具備控制負荷開關分、合的控制出口。
[0023]分布式電源終端在一個微電網(wǎng)內(nèi)也有多個，對應于除主電源以外的其它各分布式電源，根據(jù)對應分布式電源的種類可分為:光伏發(fā)電終端、風力發(fā)電終端、燃料電池終端等。分布式電源終端采集分布式電源的電壓、電流、功率等模擬量的功能；能夠采集到分布式電源的運行狀態(tài)等開入量；具備控制分布式電源啟動、停止的控制出口。
[0024]環(huán)境監(jiān)測終端對應于環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，主要用于接收環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)測量到的溫度、濕度、太陽輻射度、風力等環(huán)境參數(shù)。
[0025]需要強調(diào)的是，本發(fā)明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明包括并不限于【具體實施方式】中所述的實施例，凡是由本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明的技術方案得出的其他實施方式，同樣屬于本發(fā)明保護的范圍。
【權利要求】
1.一種基于RTnet實時網(wǎng)絡協(xié)議通信的微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其特征在于:包括主控制器和多種就地終端，所述的主控制器包括工控機及其相應的網(wǎng)絡接口、開入接口和開出接口，所述的就地終端包括嵌入式控制器及與其相連接的A/D采樣回路、I/O接口回路和網(wǎng)絡接口，該A/D采樣回路連接到微電網(wǎng)中用于電流、電壓模擬量的采集，該I/O接口回路連接到微電網(wǎng)中用于開關量的采集和控制，就地終端的網(wǎng)絡接口通過RTnet實時網(wǎng)絡與主控制器的網(wǎng)絡接口相連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于RTnet實時網(wǎng)絡協(xié)議通信的微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的就地終端包括以下終端中的一種或多種:并網(wǎng)點終端、王電源終端、負荷終端、分布電源終端、環(huán)境監(jiān)測終端。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于RTnet實時網(wǎng)絡協(xié)議通信的微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的工控機采用PCM-812/812L工控機。
4.根據(jù)權利要求2所述的基于RTnet實時網(wǎng)絡協(xié)議通信的微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的嵌入式控制器采用ARM架構的AtmelAT91SAM9200模塊。
【文檔編號】H02J13/00GK104135081SQ201410392573
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年8月11日 優(yōu)先權日:2014年8月11日
【發(fā)明者】張磐, 蔣菱, 魯文 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)天津市電力公司