基于CAN 總線的智能斷路器網(wǎng)絡(luò)模型

　　圖4 三段保護(hù)程序流程圖.

　　3 配電所主控制室級

　　3. 1 斷路器主控制室的連鎖保護(hù)功能

　　在變電站中，都設(shè)有主控制室，通過監(jiān)控對低壓開關(guān)室的各級斷路器進(jìn)行協(xié)同控制，形成連鎖保護(hù)。電氣主接線采用單母線分段形式，有母線斷路器 QF1、QF2，母聯(lián)斷路器QF5，分支斷路器QF3、QF4、QF6、QF7，這些斷路器所處位置不同，如果參數(shù)設(shè)置值相互獨立，發(fā)生故障時可能造成上下級線路同時斷開，會影響其他分支線路正常供電，而啟動連鎖保護(hù)后，依照斷路器間邏輯關(guān)系，通過約束設(shè)備間動作時間，可以實現(xiàn)故障影響區(qū)域最小化，持續(xù)供電最優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)效果，如圖5所示。如過載或短路故障時，設(shè)置下級斷路器動作時間整定值使其迅速動作，而上一級離故障點最近的斷路器必須延時動作，以確保下級斷路器能清除故障，在下級斷路器保護(hù)失效時，上一級斷路器再執(zhí)行后備保護(hù)。

　　3. 2 CAN-TCP /IP 協(xié)議轉(zhuǎn)換電路

　　如圖5 所示，在變電站主控制室設(shè)計了基于ARM7 嵌入式處理器的協(xié)議轉(zhuǎn)換電路，將帶有CAN 總線接口的智能斷路器接入以太網(wǎng)，不僅可完成斷路器的實時監(jiān)控，也便于與上一級電力調(diào)度中心的通信。電路設(shè)計中，選用ARM 核微控制器STR710FZ2T6 實現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換，優(yōu)點是功耗低、性能高、性價比高，同時支持CAN2. 0 協(xié)議和TCP /IP 協(xié)議規(guī)范。其內(nèi)部集成有CAN 模塊，位速率最高可達(dá)1 Mb /s。外接的網(wǎng)絡(luò)控制芯片CS8900A 是一款低功耗、性能優(yōu)越的16 bit 以太網(wǎng)控制器，通信速率10 Mb /s，負(fù)責(zé)處理以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的發(fā)送和接收。

　　圖5 CAN-TCP/IP 協(xié)議轉(zhuǎn)換電路.

　　3. 3 CAN-TCP /IP 協(xié)議轉(zhuǎn)換流程

　　工業(yè)以太網(wǎng)采用TCP /IP 協(xié)議族，CAN 和TCP /IP 網(wǎng)絡(luò)是通信協(xié)議完全不同的異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，若想完成之間的信息交換，實質(zhì)上是在應(yīng)用層進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，通過對數(shù)據(jù)按照不同協(xié)議的封裝使其能夠被不同的網(wǎng)絡(luò)讀取。協(xié)議轉(zhuǎn)換過程流程圖如圖6 所示。

　　圖6 協(xié)議轉(zhuǎn)換主程序流程圖.

　　4 電力調(diào)度中心級

　　目前，110 kV 以下配電網(wǎng)中已有很多變電站實現(xiàn)了無人值班，由電力調(diào)度中心進(jìn)行遠(yuǎn)方控制。

　　電力調(diào)度中心網(wǎng)絡(luò)連接如圖7 所示，在該設(shè)計中，調(diào)度中心與監(jiān)控級的變電站主控制室都采用TCP /IP 協(xié)議通信，但具體協(xié)議方式根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)的要求有一定的改變，同時可通過Internet網(wǎng)絡(luò)與供電局、發(fā)電廠、其他電力調(diào)度部門通信，從而聯(lián)成一個全方位的電力通信網(wǎng)絡(luò)，其有很多優(yōu)勢:① 綜合不同區(qū)域電力供應(yīng)情況，協(xié)調(diào)各級電網(wǎng);② 可進(jìn)行分區(qū)段輪流檢修，減少停電損失;③ 聯(lián)網(wǎng)后，通過廣域測控系統(tǒng)的普及，可進(jìn)行快速故障定位，實現(xiàn)智能電網(wǎng)自愈功能;④ 未來會逐步將新能源( 如風(fēng)電，太陽能、生物能等) 納入電網(wǎng)規(guī)劃，進(jìn)行有效調(diào)配，發(fā)揮可再生能源的功效，滿足經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的要求。但接入Internet 網(wǎng)絡(luò)會帶來很多安全方面的隱患，如保密信息泄露、黑客攻擊、*侵入等，需采用防火墻、入侵檢測、防*、VPN 技術(shù)等多種措施構(gòu)建電力網(wǎng)絡(luò)的安全防護(hù)體系。

　　圖7 電力調(diào)度中心網(wǎng)絡(luò)連接.

　　5 結(jié)語

　　本文構(gòu)建了斷路器三級網(wǎng)絡(luò)模型，以DS80C390 為核心，設(shè)計了一種基于CAN 總線的低壓斷路器智能控制器，實現(xiàn)斷路器的三段保護(hù)、測量、控制等功能，提出了一種基于ARM 微控制器STR710FZ2T6 的CAN-TCP /IP 協(xié)議轉(zhuǎn)換電路，通過以太網(wǎng)通信方式與網(wǎng)絡(luò)上的電力調(diào)度中心進(jìn)行交互，符合智能電器網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展趨勢，有很好的應(yīng)用前景，同時對電力網(wǎng)絡(luò)中其他智能電器的設(shè)計也提供了一定的參考。