配电网智能开关循环式远动规约CDT的设计

2014-06-09张鸿雁吕静波凌邦潮

长春工程学院学报（自然科学版） 2014年2期

张鸿雁，吕静波，凌邦潮

（1.长春工程学院；2.吉林省配电自动化设备产业公共技术研发中心，长春130012；3.长春高新区长东北核心区管理委员会，长春130102）

0 引言

继美国、欧盟提出建设智能电网之后，我国按照国内发展需要，提出适合我国国情的智能电网建设。我国智能发电和智能输电网的建设与发达国家基本同步，但是智能电网的建设则相对滞后[1]。尤其在分布式电源，如光伏发电、风力发电纷纷涌入配电网，配电网由原来的单一电源辐射状供电，变成以变电站供电为主，多能源共存的混合供电模式。因此，需研究配电网智能开关，并用于监控配电网0.4kV电压等级供电系统一次设备电气参数和运行状态。同时，还需将这些信息与上位机或者微网控制中心快速进行数据交换，所以，配电网智能开关与上位机之间的可靠通信尤为重要。

本文采用MCS51系列高性能单片机为控制中心，通信采用RS485总线，本文根据CDT规约通讯协议的定义以及配电网智能开关采集信息的种类和特点，完整地设计了该智能开关与上位机通讯的循环式远动规约CDT协议，数据传输过程中采用了8位CRC循环检验码进行校验，避免由于线路噪声或其他的干扰使信息码产生错误，并采用C＋＋设计语言实现了该通讯协议。

1 CDT规约通讯协议基础

循环式传输规约是一种以厂站端RTU为主动方，以固定的传送速率循环不断地向调度端发送遥测、遥信、数字量、事件顺序记录等数据。数据格式在发送端和接收端事先约定好，以帧的形式传送，连续循环发送，周而复始[2－5]。主站端在接收到数据后，首先检出同步码，然后根据帧代码，判断是哪一个遥测量、遥信量或其他信息等[6－7]。

1.1 规约的数据帧结构[8－10]

传输信息的基本单元是帧，CDT规约中帧结构如图1所示，每帧都以同步字开头，并有控制字，除了少数帧外均有信息字，信息字的数量以实际需要设定，长度可以改变。

图1 CDT规约帧结构

帧的同步字、控制字和信息字信息的排列规则：字节由低B1到Bn上下排列、字节的位由高b7到低b0左右排列。

向通道发码规则：低字节先发送，高字节后发送；字节内低位先送，高位后送。

同步字：同步字按通道传送顺序分为3组EBH、90H。

控制字：控制字包含B7～B12共6个字节，如图2所示。

图2 CDT规约控制字

信息字：信息字代表着真正的信息内容，每一个信息字有6个字节构成，功能码1个字节，信息数据码4个字节和校验码1个字节，其格式如图3所示。

图3 CDT规约功能码

1.2 帧传输格式

召唤子站时钟命令：仅发送信息字，没有控制字，如图4所示。

图4 召唤子站时钟命令格式

遥控命令，如图5～6所示。

图5 遥控命令格式

下行遥控命令如图6所示，3个信息字内容相同。

图6 遥控命令控制字

下位机的上行命令，可以通过通信来对子站的时间进行核对，在主控接入GPS校时装置，需要对后台校时，为此在CDT规约中增加一循环传送帧F帧，帧类别码为57H，信息字占用3个功能码：00H、01H和02H。其上行的优先级在E帧之后，以几分钟循环发送。控制字结构如图7所示。

图7 总控对后台校时信息控制字

1.3 CDT中校验码的设计

配电网智能开关二次测设备通过数模转换（A／D）采集二进制码数据，通过串口传给上位机。在串口传输过程中由于线路噪声或其他的干扰会使编好的信息码产生错误。而上位机负责识别错误信息并舍弃，这就要求规约中有校验码的存在。把校验码附加在发送数据的尾端一并传送，而在上位机接收时用同样的算法生成一个检验码来与收到的码值比较，若两个值相同则认为接收的信息是正确的，否则就认为信息错误，直接舍弃掉。本规约中采用了8位CRC循环检验码进行校验[11－13]。码值生成的多项式为G（x）＝X8＋X2＋X＋1，陪集码为FFH。

2 硬件结构

配电网智能开关将一次设备电参量采集并上传至数据采集终端，传输并且还原为具体的可识别的数据。同时能够正确识别并执行主站系统下达的信息指令。实现对设备运行状态的监测和控制功能。

硬件系统由多个智能开关、数据采集终端、交换机、服务器、数据库、工作站、N个客户端和 Web浏览器构成。系统结构图如图8所示。

图8 系统结构图

为了系统的通用性和可靠性，要求智能开关的终端控制系统具有通讯距离长，抗干扰能力强，可用于恶劣工作环境，模块化结构，易于扩展的特点。智能开关控制终端具有变位信息、测量信息上传，接收并执行主站的控制指令的特点。同时智能开关具有自身的逻辑判断功能，当遇到重要参数指标越限时，会做出相应的执行动作。

在智能开关终端与配调中心的通信中，智能开关周而复始地按一定规则不停地向调度中心传送各种测量信息、变位信息、数字量、事件记录等信息。这种循环传输模式不需主站干预。传送信息的内容在受到干扰而拒受以后，在下一帧还可以传送。因此，系统通信可靠性较高。

3 CDT规约在配电网智能开关的实现

系统上电或者复位后，首先实现系统串口和定时器的初始化[14]，然后通过A／D采集模块进行遥测数据（三相电压、电流、开关体温度等）、遥信量采集，之后，对各个参量进行计算，通过遥信、遥测发送子程序，向上位机发送数据，并实时检测是否有遥控命令下达，并调用遥控信息接收执行子程序，最后，重新回到A／D采集程序，这样一轮采集控制程序全部完成。不断地向主站系统发送数据，等待主站系统的接收。主程序、遥信子程序流程图如图9～10所示。

图9 主程序流程图

4 系统运行效果分析

开发的配电网智能开关循环式远动规约CDT已经在我单位0.4kV计及分布式电源配电网协调控制系统中成功应用，经过实测，通信系统准确度高、运行可靠，取得了很好的应用效果。本系统共有3个可并网分布式发电装置，通过现场的8个配电网智能开关实现协调控制，提高清洁能源的利用率，以及系统发生故障时积极发挥分布式电源对系统的支撑作用。图11～12为主站系统的上行数据和下行数据情况。