一种数字式一二次融合环网箱成套系统

技术领域

本发明涉及一种数字式一二次融合环网箱成套系统，属于配电站技术领域。

背景技术

环网箱是一种将高压设备装在金属或非金属绝缘柜体内并做成拼装间隔式环网供电单元的电气设备。其核心部件是电压互感器、电流互感器和断路器或负荷开关等。

配电站所终端（DTU）是安装在环网箱处的配电终端设备，完成对开关设备的位置信号、电压、电流、功率、线损等数据的采集与计算，并且完成对开关的分合闸操作，对馈线开关的故障进行识别等。

现有的一二次融合环网箱成套技术，是环网箱通过航插电缆将电压、电流、遥信、遥控等信号量传递至站所终端。采用标准化航插连接方式，简化了一次接线，但有以下缺点：

1、随着馈线条数的增多，二次接线也会越来越复杂，航插电缆的成本也越来越高；

2、目前环网柜需配置的操作单元和间隔网关，系统复杂，重复，成本很高；

3、采用硬接线，易受外部电磁环境影响，尤其当传送的是电子式互感器二次小信号时；

4、当环网柜内部需要外接除湿器或温湿度器时，需要单独从站所终端接线到柜体内部，使箱内布线混乱；

5、站所终端核心控制器硬件性能有限，无法满足日益增长的新功能新要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种数字式一二次融合环网箱成套系统，能够简化接线、节约成本。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

一种数字式一二次融合环网箱成套系统，包括环网箱和设于环网箱内的配电站所终端柜、电压互感器柜以及若干开关柜；

所述配电站所终端柜内配置有DDTU、电源模块和通信箱；所述DDTU通过通信箱与主站通信连接；

所述电压互感器柜内配置有第一SDU以及通过第一SDU与DDTU通信连接的电压互感器；

所述开关柜内均配置有第二SDU以及通过第二SDU与DDTU通信连接的开关单元、电流互感器和传感器单元；

所述电源模块与DDTU、第一SDU、第二SDU及开关单元电连接。

进一步的，所述第一SDU和所述第二SDU结构相同，且均包括第一FPGA、信号调理单元、AD转换单元、开关电源和用于接收和/或发送信号的接口电路；所述电压互感器、电流互感器经信号调理单元、AD转换单元接入所述第一FPGA；所述开关电源的输入端与所述电源模块电连，开关电源的输出端一路与第一FPGA电连，另一路经开出回路与开关单元电连。

进一步的，所述接口电路为光纤、RS485、RS232中的一种或多种。

进一步的，所述DDTU包括第二FPGA、实时控制器和通信控制器；所述实时控制器分别与第二FPGA、通信控制器双向通信连接。

进一步的，所述实时控制器通过总线与第二FPGA双向通信连接，通过USB于通信控制器双向通信连接。

进一步的，所述通信控制器通过NET模块连接光通信模块，通过UART模块连接电源模块和无线模块；所述通信控制器通过光通信模块、无线模块与主站信号连接。

进一步的，所述通信控制器还通过UART模块连接维护终端，用于本体调试和维护。

进一步的，所述传感器单元包括温湿度传感器、开关单元位置信息传感器、开关单元控制信息传感器和局放传感器。

进一步的，所述电压互感器包括供电电压互感器、相序电压互感器和零序电压互感器；所述相序电压互感器和零序电压互感器为电磁式电压互感器或电子式电压互感器。

进一步的，所述电流互感器包括相序电流互感器和零序电流互感器，所述相序电流互感器、零序电流互感器为电子式电流互感器或电磁式电流互感器。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

本发明提供的一种数字式一二次融合环网箱成套系统，开关柜与配电站所终端柜之间仅需要通信线和供电线连接，相较现有的标准航插，极大地简化了接线，节约了成本。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的数字式一二次融合环网箱成套系统的结构示意图；

图2是根据本发明实施例提供的数字式一二次融合环网箱成套系统的电气连接示意图；

图3是本发明实施例提供的第一SDU的原理框图；

图4是本发明实施例提供的DDTU的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，是本发明实施例提供的数字式一二次融合环网箱成套系统的结构示意图，主要包括环网箱和设于环网箱内的配电站所终端柜、电压互感器柜（PT柜）以及若干开关柜。

下面结合图2所示的电器连接图对配电站所终端柜、电压互感器柜和开关柜做进一步解释说明：

配电站所终端柜内配置有DDTU（Digital Distribution Terminal Unit，数字式配电所终端）、电源模块和通信箱。其中，通信箱内安装光通信模块（Optical NetworkUnit，简称ONU），为配电终端与主站通信提供光纤通道；DDTU汇集外部传感器数据，包括电源模块、电压互感器（PT）、电流互感器（CT）、开关信息、温湿度传感器等，完成测控、保护及远传功能；电源模块为DDTU提供工作电源，管理铅酸蓄电池或超级电容后备电源的功能，同时与第一SDU（Sensor Digital Unit，传感器数字化单元）进行通信，实现对后备电源相关信息及状态的遥测、遥信和遥控。

电压互感器柜内装有供电、相、零序电压互感器，相、零互感器可以是电磁式10KV/100V，也可以是电子式 (10kV/√3)/(6.5V/3)。

开关柜内中配置有相序电流互感器、零序电流互感器、开关单元、其它传感器单元和第二SDU组成，相序电流互感器、零序电流互感器可以是电磁式600A/1A，也可以是电子式600A/1V；开关单元可以是断路器或负荷开关；其它传感器单元包括局放传感器、温湿度传感器等；第二SDU完成对开关柜内所有传感器的信息采集，并经信息数字化后传至DDTU，同时也接收DDTU的通信信息。

如图3所示，是本发明实施例提供的第一SDU的原理框图，由于本实施例中，采用的第一SDU和第二SDU的结构和工作原理完全一致，此处以第一SDU为例进行解释说明：

第一SDU以第一FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列）作为控制核心，以硬件编程的方式去实现相应控制功能，具体如下：电压互感器经信号调理单元调理后，进入AD转换单元，AD转换单元将模拟信号转换为数字信号进入第一FPGA，第一FPGA将输入信息打包成FT3格式（一种链路层的传输帧格式），然后进行编码发送，同时接收DDTU数据，并对其进行解码；发送和接收接口采用光纤或RS485。第一SDU的输入电源由配电站所终端柜中的电源模块提供，经开关电源后，一路电源进第一FPGA，作为第一FPGA芯片的工作电源，一路电源进入开出回路（DO），作为开关单元的控制电源。

如图4所示，是本发明实施例提供的配电站所终端的原理框图；

DDTU主要由第二FPGA、实时控制器和通信控制器组成。其中，

第二FPGA完成与第一SDU和各第二SDU的通信工作，并与实时控制器通过总线进行数据交互；

实时控制器选用ARM Cortex-M系列的处理器。实时控制器与第二FPGA通过总线进行数据交互，并对数据进行分组处理，其中，对采样数据进行测量计算、录波存储和保护动作，如果达到保护出口条件，则将遥控数据下发至对应SDU，对遥信数据进行变位采集，对串口数据进行处理；实时控制器汇集各传感器数据后经USB总线上传至通信控制器，并接收USB总线下发的控制信息；

通信控制器选用ARM Cortex-A系列的处理器。通信控制器与实时控制器通过USB总线进行数据交互，采集各传感器的数据，如电压、电流有效值，开关位置，事件顺序记录，柜内温度、湿度等，并通过光通信模块与主站进行信息交互，采用MQTT（轻量级基于代理的发布/订阅的消息传输协议）等面向物联网协议，提供三遥、文件传输、终端程序升级、终端状态监测及管理，一次状态监测、周边设备接入、边缘计算等服务；通信控制器的UART可连接无线模块，利用4G/5G网络与主站连接；也可以与电源模块进行通信，采集后备电源状态进行并对后备电源进行维护管理；还可以连接维护终端，方便工作人员本地调试和维护。

1、环网箱内部模拟信号采样、编码传输通过FPGA控制实现，充分利用了FPGA端口资源丰富，硬件稳定性高等特点；

2、简化接线，每个开关柜与配电站所终端柜连接，仅需通信线和供电线，相较现行的标准航插，极大的简化了接线，节约了成本；

3、通信信号数字化，传输数据量大、速度快，不易受环境干扰；

4、配电站所终端硬件上实时核与通信核相结合，同时满足实时数据处理要求和边缘节点与主站的信息交互功能，实现区域自治，减轻主站的计算负担，为以大规模数据接入为特征的配电物联网实现奠定技术基础。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。