張鴻雁，呂靜波，凌邦潮

（1.長春工程學院；2.吉林省配電自動化設備產(chǎn)業(yè)公共技術研發(fā)中心，長春130012；3.長春高新區(qū)長東北核心區(qū)管理委員會，長春130102）

0 引言

繼美國、歐盟提出建設智能電網(wǎng)之后，我國按照國內(nèi)發(fā)展需要，提出適合我國國情的智能電網(wǎng)建設。我國智能發(fā)電和智能輸電網(wǎng)的建設與發(fā)達國家基本同步，但是智能電網(wǎng)的建設則相對滯后[1]。尤其在分布式電源，如光伏發(fā)電、風力發(fā)電紛紛涌入配電網(wǎng)，配電網(wǎng)由原來的單一電源輻射狀供電，變成以變電站供電為主，多能源共存的混合供電模式。因此，需研究配電網(wǎng)智能開關，并用于監(jiān)控配電網(wǎng)0.4kV電壓等級供電系統(tǒng)一次設備電氣參數(shù)和運行狀態(tài)。同時，還需將這些信息與上位機或者微網(wǎng)控制中心快速進行數(shù)據(jù)交換，所以，配電網(wǎng)智能開關與上位機之間的可靠通信尤為重要。

本文采用MCS51系列高性能單片機為控制中心，通信采用RS485總線，本文根據(jù)CDT規(guī)約通訊協(xié)議的定義以及配電網(wǎng)智能開關采集信息的種類和特點，完整地設計了該智能開關與上位機通訊的循環(huán)式遠動規(guī)約CDT協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸過程中采用了8位CRC循環(huán)檢驗碼進行校驗，避免由于線路噪聲或其他的干擾使信息碼產(chǎn)生錯誤，并采用C＋＋設計語言實現(xiàn)了該通訊協(xié)議。

1 CDT規(guī)約通訊協(xié)議基礎

循環(huán)式傳輸規(guī)約是一種以廠站端RTU為主動方，以固定的傳送速率循環(huán)不斷地向調(diào)度端發(fā)送遙測、遙信、數(shù)字量、事件順序記錄等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)格式在發(fā)送端和接收端事先約定好，以幀的形式傳送，連續(xù)循環(huán)發(fā)送，周而復始[2－5]。主站端在接收到數(shù)據(jù)后，首先檢出同步碼，然后根據(jù)幀代碼，判斷是哪一個遙測量、遙信量或其他信息等[6－7]。

1.1 規(guī)約的數(shù)據(jù)幀結構[8－10]

傳輸信息的基本單元是幀，CDT規(guī)約中幀結構如圖1所示，每幀都以同步字開頭，并有控制字，除了少數(shù)幀外均有信息字，信息字的數(shù)量以實際需要設定，長度可以改變。

圖1 CDT規(guī)約幀結構

幀的同步字、控制字和信息字信息的排列規(guī)則：字節(jié)由低B1到Bn上下排列、字節(jié)的位由高b7到低b0左右排列。

向通道發(fā)碼規(guī)則：低字節(jié)先發(fā)送，高字節(jié)后發(fā)送；字節(jié)內(nèi)低位先送，高位后送。

同步字：同步字按通道傳送順序分為3組EBH、90H。

控制字：控制字包含B7～B12共6個字節(jié)，如圖2所示。

圖2 CDT規(guī)約控制字

信息字：信息字代表著真正的信息內(nèi)容，每一個信息字有6個字節(jié)構成，功能碼1個字節(jié)，信息數(shù)據(jù)碼4個字節(jié)和校驗碼1個字節(jié)，其格式如圖3所示。

圖3 CDT規(guī)約功能碼

1.2 幀傳輸格式

召喚子站時鐘命令：僅發(fā)送信息字，沒有控制字，如圖4所示。

圖4 召喚子站時鐘命令格式

遙控命令，如圖5～6所示。

圖5 遙控命令格式

下行遙控命令如圖6所示，3個信息字內(nèi)容相同。

圖6 遙控命令控制字

下位機的上行命令，可以通過通信來對子站的時間進行核對，在主控接入GPS校時裝置，需要對后臺校時，為此在CDT規(guī)約中增加一循環(huán)傳送幀F(xiàn)幀，幀類別碼為57H，信息字占用3個功能碼：00H、01H和02H。其上行的優(yōu)先級在E幀之后，以幾分鐘循環(huán)發(fā)送?？刂谱纸Y構如圖7所示。

圖7 總控對后臺校時信息控制字

1.3 CDT中校驗碼的設計

配電網(wǎng)智能開關二次測設備通過數(shù)模轉換（A／D）采集二進制碼數(shù)據(jù)，通過串口傳給上位機。在串口傳輸過程中由于線路噪聲或其他的干擾會使編好的信息碼產(chǎn)生錯誤。而上位機負責識別錯誤信息并舍棄，這就要求規(guī)約中有校驗碼的存在。把校驗碼附加在發(fā)送數(shù)據(jù)的尾端一并傳送，而在上位機接收時用同樣的算法生成一個檢驗碼來與收到的碼值比較，若兩個值相同則認為接收的信息是正確的，否則就認為信息錯誤，直接舍棄掉。本規(guī)約中采用了8位CRC循環(huán)檢驗碼進行校驗[11－13]。碼值生成的多項式為G（x）＝X8＋X2＋X＋1，陪集碼為FFH。

2 硬件結構

配電網(wǎng)智能開關將一次設備電參量采集并上傳至數(shù)據(jù)采集終端，傳輸并且還原為具體的可識別的數(shù)據(jù)。同時能夠正確識別并執(zhí)行主站系統(tǒng)下達的信息指令。實現(xiàn)對設備運行狀態(tài)的監(jiān)測和控制功能。

硬件系統(tǒng)由多個智能開關、數(shù)據(jù)采集終端、交換機、服務器、數(shù)據(jù)庫、工作站、N個客戶端和 Web瀏覽器構成。系統(tǒng)結構圖如圖8所示。

圖8 系統(tǒng)結構圖

為了系統(tǒng)的通用性和可靠性，要求智能開關的終端控制系統(tǒng)具有通訊距離長，抗干擾能力強，可用于惡劣工作環(huán)境，模塊化結構，易于擴展的特點。智能開關控制終端具有變位信息、測量信息上傳，接收并執(zhí)行主站的控制指令的特點。同時智能開關具有自身的邏輯判斷功能，當遇到重要參數(shù)指標越限時，會做出相應的執(zhí)行動作。

在智能開關終端與配調(diào)中心的通信中，智能開關周而復始地按一定規(guī)則不停地向調(diào)度中心傳送各種測量信息、變位信息、數(shù)字量、事件記錄等信息。這種循環(huán)傳輸模式不需主站干預。傳送信息的內(nèi)容在受到干擾而拒受以后，在下一幀還可以傳送。因此，系統(tǒng)通信可靠性較高。

3 CDT規(guī)約在配電網(wǎng)智能開關的實現(xiàn)

系統(tǒng)上電或者復位后，首先實現(xiàn)系統(tǒng)串口和定時器的初始化[14]，然后通過A／D采集模塊進行遙測數(shù)據(jù)（三相電壓、電流、開關體溫度等）、遙信量采集，之后，對各個參量進行計算，通過遙信、遙測發(fā)送子程序，向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)，并實時檢測是否有遙控命令下達，并調(diào)用遙控信息接收執(zhí)行子程序，最后，重新回到A／D采集程序，這樣一輪采集控制程序全部完成。不斷地向主站系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，等待主站系統(tǒng)的接收。主程序、遙信子程序流程圖如圖9～10所示。

圖9 主程序流程圖

4 系統(tǒng)運行效果分析

開發(fā)的配電網(wǎng)智能開關循環(huán)式遠動規(guī)約CDT已經(jīng)在我單位0.4kV計及分布式電源配電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中成功應用，經(jīng)過實測，通信系統(tǒng)準確度高、運行可靠，取得了很好的應用效果。本系統(tǒng)共有3個可并網(wǎng)分布式發(fā)電裝置，通過現(xiàn)場的8個配電網(wǎng)智能開關實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制，提高清潔能源的利用率，以及系統(tǒng)發(fā)生故障時積極發(fā)揮分布式電源對系統(tǒng)的支撐作用。圖11～12為主站系統(tǒng)的上行數(shù)據(jù)和下行數(shù)據(jù)情況。

圖10 遙信子程序

圖11 向主站系統(tǒng)發(fā)送次要遙測數(shù)據(jù)情況

圖12 主站系統(tǒng)下達遙控分閘后返校數(shù)據(jù)情況

5 結語

配電網(wǎng)智能開關是實現(xiàn)智能配電網(wǎng)最基本的單元，采用RS485現(xiàn)場總線技術可以實現(xiàn)配電網(wǎng)智能開關的組合靈活，擴展方便，易于實現(xiàn)智能配電網(wǎng)的一次設備電氣參數(shù)和運行狀態(tài)等信息的采集和監(jiān)控工作。

通過對配電網(wǎng)智能開關傳輸協(xié)議CDT規(guī)約的簡化，根據(jù)配電網(wǎng)的特點，對開關操作取消遙調(diào)功能，使其符合開關控制種類和采集特點，并且不影響該協(xié)議與不同上位機軟件的兼容性。同時該開關易于實現(xiàn)智能配電網(wǎng)分層管理，分布式控制，便于組成分布式電源微網(wǎng)系統(tǒng)或配電一體化系統(tǒng)，提高智能配電網(wǎng)的管理水平。

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