基于RTnet實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)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(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通信的微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其主要技術(shù)特點(diǎn)：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(jī)及其相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(guān)量的采集和控制，就地終端的網(wǎng)絡(luò)接口通過RTnet實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)與主控制器的網(wǎng)絡(luò)接口相連接。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，滿足了微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，無需將微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)各分散設(shè)備的電流、電壓等模擬量以及斷路器位置等開關(guān)量通過電纜連接到中央控制器，減少了電纜的鋪設(shè)，簡化了接線方式。
【專利說明】基于RTnet實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通信的微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微電網(wǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種基于RTnet實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通信的微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]微電網(wǎng)靈活的運(yùn)行方式和高質(zhì)量的供電服務(wù)，離不開完善穩(wěn)定的控制系統(tǒng)。在實(shí)際的微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制中，需要實(shí)時(shí)記錄分布式電源測(cè)控終端、并網(wǎng)保護(hù)測(cè)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(shí)時(shí)地傳送到主站，同時(shí)，主站也要及時(shí)對(duì)采集的信息進(jìn)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(yuǎn)，傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線技術(shù)無法保證信號(hào)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)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(guān)量通過電纜直接接到主站，但這種方法需要鋪設(shè)大量的電纜，接線復(fù)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(shí)間差，可能造成主從兩種決策相互沖突的缺點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計(jì)合理、接線簡單且實(shí)時(shí)性強(qiáng)的基于RTnet實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)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(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種基于RTnet實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)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(jī)及其相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(guān)量的采集和控制，就地終端的網(wǎng)絡(luò)接口通過RTnet實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)與主控制器的網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)終端、主電源終端、負(fù)荷終端、分布電源終端、環(huán)境監(jiān)測(cè)終端。
[0007]而且，所述的工控機(jī)采用PCM-812/812L工控機(jī)。
[0008]而且，述的嵌入式控制器采用ARM架構(gòu)的AtmelAT91SAM9200模塊。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0010]1、本控制系統(tǒng)通過采用RTnet實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)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(shí)時(shí)性，無需將微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)各分散設(shè)備的電流、電壓等模擬量以及斷路器位置等開關(guān)量通過電纜連接到中央控制器，減少了電纜的鋪設(shè)，簡化了接線方式，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)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(duì)整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)控制的實(shí)時(shí)性要求，避免了由于主站和從站之間存在時(shí)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(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳述:
[0016]一種基于RTnet實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)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(duì)象，就地終端可以為并網(wǎng)點(diǎn)終端、主電源終端、負(fù)荷終端、分布電源終端、環(huán)境監(jiān)測(cè)終端等，主控制器與各種就地終端通過RTnet實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)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(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的開源Linux系統(tǒng)。
[0017]RTnet實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)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(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，支持常用的網(wǎng)絡(luò)接口芯片組，實(shí)現(xiàn)了時(shí)間確定的UDP/IP，TCP/IP, IC-MP和ARP協(xié)議，并為Xenomai提供了 POSIX標(biāo)準(zhǔn)的套接字系統(tǒng)API。RTnet通過一系列方法使原本時(shí)間無法確定的網(wǎng)絡(luò)通信過程時(shí)間確定化，如將動(dòng)態(tài)的ARP協(xié)議轉(zhuǎn)換為靜態(tài)，只在初始化時(shí)完成地址解析，為避免網(wǎng)絡(luò)沖突加入了一個(gè)媒體控制層Rtmac，在Rtmac中使用TDMA(時(shí)分多址)取代標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)中CSMA/CD(載波偵聽多路訪問/沖突檢測(cè))機(jī)制，以及緩存池技術(shù)等。RTnet也可以通過VNIC技術(shù)，為標(biāo)準(zhǔn)的Linux網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧提供服務(wù)。
[0018]在本實(shí)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(hào)工控機(jī)作為硬件基礎(chǔ)，米用標(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(gè)RJ45網(wǎng)口和多個(gè)開入開出接口，能夠不通過交換機(jī)直接與多個(gè)就地終端相連，在工控機(jī)內(nèi)安裝了 Linux2.6.33內(nèi)核并提供Xenomai和RTnet等多個(gè)開發(fā)庫的支持。主控制器內(nèi)安裝的軟件包括基礎(chǔ)程序和應(yīng)用程序兩部分，基礎(chǔ)程序主要完成初始化、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)辨識(shí)、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)顯示與存儲(chǔ)等基本功能；應(yīng)用程序主要針對(duì)微電網(wǎng)的運(yùn)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(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)給各就地終端，主要包括微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行決策程序、孤島運(yùn)行決策程序、并網(wǎng)轉(zhuǎn)孤島決策程序、孤島轉(zhuǎn)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(chǔ)，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(luò)接口(RJ45接口)。在本實(shí)施例中，嵌入式控制器采用ARM架構(gòu)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(shí)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(guān)量的采集和控制信號(hào)的出口 ；另一方面，AT91SAM9200通過RTnet實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)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(dá)的控制命令；AT91SAM9200CPU芯片主要實(shí)現(xiàn)AD采樣、數(shù)據(jù)計(jì)算與處理、開入信號(hào)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(duì)象的不同，就地終端可分為并網(wǎng)點(diǎn)終端、主電源終端、負(fù)荷終端、分布電源終端、環(huán)境監(jiān)測(cè)終端等。
[0020]并網(wǎng)點(diǎn)終端是指與并網(wǎng)點(diǎn)斷路器相對(duì)應(yīng)的終端，能夠采集并網(wǎng)斷路器兩側(cè)(即主網(wǎng)側(cè)與微電網(wǎng)側(cè))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(duì)并網(wǎng)點(diǎn)斷路器分、合閘功能的控制出口 ；具備保護(hù)功能，能夠判斷出主網(wǎng)側(cè)或微電網(wǎng)側(cè)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(duì)在微電網(wǎng)在孤島運(yùn)行時(shí)以FV方式運(yùn)行承擔(dān)主電源功能的儲(chǔ)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(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行方式等開入量；具備控制主電源啟動(dòng)、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(fù)荷終端在一個(gè)微電網(wǎng)內(nèi)有多個(gè)，對(duì)應(yīng)于微電網(wǎng)內(nèi)的各路負(fù)荷開關(guān)，采集負(fù)荷的電流、電壓、功率等模擬量；采集負(fù)荷開關(guān)的位置等開關(guān)量；具備控制負(fù)荷開關(guān)分、合的控制出口。
[0023]分布式電源終端在一個(gè)微電網(wǎng)內(nèi)也有多個(gè)，對(duì)應(yīng)于除主電源以外的其它各分布式電源，根據(jù)對(duì)應(yīng)分布式電源的種類可分為:光伏發(fā)電終端、風(fēng)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(yùn)行狀態(tài)等開入量；具備控制分布式電源啟動(dòng)、停止的控制出口。
[0024]環(huán)境監(jiān)測(cè)終端對(duì)應(yīng)于環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要用于接收環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量到的溫度、濕度、太陽輻射度、風(fēng)力等環(huán)境參數(shù)。
[0025]需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明所述的實(shí)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(shí)施方式】中所述的實(shí)施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實(shí)施方式，同樣屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于RTnet實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)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(jī)及其相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(guān)量的采集和控制，就地終端的網(wǎng)絡(luò)接口通過RTnet實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)與主控制器的網(wǎng)絡(luò)接口相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于RTnet實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)終端、王電源終端、負(fù)荷終端、分布電源終端、環(huán)境監(jiān)測(cè)終端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于RTnet實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)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(jī)采用PCM-812/812L工控機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于RTnet實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)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(gòu)的AtmelAT91SAM9200模塊。
【文檔編號(hào)】H02J13/00GK104135081SQ201410392573
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年8月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月11日
【發(fā)明者】張磐, 蔣菱, 魯文 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)天津市電力公司