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山东科技大学学士学位论文 2 绪 论

1.2 本课题的主要研究内容（提纲）

1.2.1 技术背景

（1）我国目前配电网自动化的现状及发展方向； （2）馈线远方终端的基本结构与要求； （3）FTU在我国的发展状况以及存在的缺陷； （4）国外技术发展情况。 1.2.1 预期功能

（1）遥测功能

系统应具有对各配电回路的电流、电压、功率、电度和功率因数等电量进行遥测的功能，并将以上实时数据进行实时显示，另外将以上数据通过远动传输通道传送倒上位机，经上位机计算分析处理和显示，以实现对各种电量正常值和越限值的远方测量。

（2）遥信功能

系统应能对柱上开关的当前位置、通信是否正常、储能完成情况等重要状态量进行采集，并通过网络向上位机及时汇报，以实现对柱上开关跳合闸位置信号、各种保护动作信号以及事故报警信号的远方提示作用。

（3）遥控功能

FTU应能接受远方命令，控制柱上开关合闸和跳闸以及起动储能过程。 （4）统计功能

FTU应能对开关的动作次数和动作时间及累计切断电流的水平进行监视。

（5）系统对时功能

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FTU应能接受主系统的对时命令，以便和系统时钟保持一。 1.2.3 终端装置的设计

（1）硬件电路设计； （2）软件设计。

1.3 文献综述（国内外研究情况及其发展）

1.3.1 国外配电自动化发展情况

从20世纪30年代英国开发出用时间开关控制用户负荷的装置开始算起，配电自动化大致而言经历了三个发展阶段。第一阶段在20世纪50年代应用了自动隔离故障区间的时限顺序送电装置，主要目标是加快查找故障地点和在重要线段进行故障自动隔离，这一时期可称为局部自动化阶段。第二阶段开始于20世纪70年代，各种开关的远程监控装置和电量自动测量装置投入应用，特别是随着计算机及通信技术的发展，形成了包括远程监控、故障隔离、负荷管理等功能在内的配电自动化技术。1988年IEEE出版的刊物中，比较正式地提出了配电自动化的概念，标志着开始形成真正具有现代化意义的配电自动化，这一时期可称为监控自动化阶段。第三阶段开始于20世纪末期，开始研发地理信息系统并应用于配电自动化，建立了自动绘图、设备管理、地理信息系统(AM/FM/GIS)，实施离线的配电管理系统与在线的实时系统的数据集成，进入了运行监控结合设备及需求侧管理的综合性自动化发展阶段[3]。配电自动化是在不断的发展中逐步完善的。 1.3.2 国内配电自动化发展情况

国内配电自动化起步于90年代，滞后国外约20年。近年来我国许多地区已经在不同层次、不同规模上进行了配电网自动化的试点工作，也取得了相当的成绩。但由于几乎所有的配电网自动化试点都是开环运行模式，

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故障恢复时间都在30秒以上甚至到分钟级，所以不能满足对供电可靠性要求更高的用户，只能采取双回甚至多回供电、自备发电、大容量UPS等高成本方式来弥补。因此，闭环运行方式的配网自动化系统具有提高配电网运行的可靠性的重要意义。电力系统自动化是个综合的整体范畴，早期自动化的发展是孤立的，互不联系、互不影响的，这一阶段又被形象的成为岛自动化。随着信息技术的迅猛发展，各自动化孤岛的互联成为电力系统自动化的热点和流行趋势。软件工程的新思想新成果也为统一的、综合的大型自动化系统的实现奠定了基础。当前我国电网自动化的热点领域有两个：变电站综合自动化，配电自动化。前者已经在国内广泛应用并取得令人鼓舞的经济、社会效益。后者已经为国家的重点基础投入之一[4][5]。 1.3.3 馈线远方终端发展趋势

馈线自动化是配电网自动化系统的核心功能之一，而馈线远方终端则是实现FA 的关键终端设备。目前，应用较多、影响较大的FTU 设备是在20 世纪90 年代初期推出的Distribution Automation RTU( DART)。该产品采用了当时先进的8 bit单片机(MC68HC11)和16 bit DSP(ADSP2105) 的双处理器架构，以技术先进、可靠性高而闻名。虽然，DART 采用的硬件平台结构先进，但由于受限于当时的集成电路工艺水平，采用的芯片已逐渐退出市场，且程序空间小、功能扩展有限。以高性能处理器代替传统单片机是一种趋势[6][7][8][9][10][11][12]。

1.4 拟解决的关键问题

1、主处理器的选择； 2、模拟量输入电路的设计； 3、开关量输入、输出回路的设计； 4、通信单元的设计；

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5、算法的选择。

1.5 研究思路和方法

1、根据FTU的预期功能，查阅相关资料，设计出总体方案。 2、首先明确各部分功能的实现原理，然后进行元器件的选择与论证。采用当今新型的元器件，确定具体型号，最后组合成一完整的硬件系统。

3、根据设计出的硬件电路，以及要实现各装置的功能，并查阅相关的资料，确定合适的软件算法，给出软件流程图。

1.6 本课题的进度安排

1-2周：熟悉设计题目，确定设计方案； 3-4周：查阅相关资料，撰写开题报告； 5-6周：毕业实习； 7-10周：硬件电路设计； 11-13周：软件设计；

14-15周：编写毕业设计技术文件：说明书和图纸； 16周：准备毕业答辩。

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山东科技大学学士学位论文 2 系统设计及原理

2 系统设计及原理

2.1 双CPU构架

处理器是FTU装置的核心部件，核心处理器的设计从根本上影响FTU的性能。最初以单片机作为FTU装置的处理器，虽然单片机价格便宜，但是其内存小，信息处理能力弱，稳定性不高，渐渐落后，不能满足但仅对配电装置的要求。近年来数字信号处理技术的飞速发展，DSP在各个领域的应用日益广泛，市场上出现了不少以DSP芯片为处理器的FTU。虽然其性能较之早年的以单片机为处理器的装置改良很多，但是，由于受单CPU构架的限制，DSP必须同时完成包括系统管理、数据处理、网络通信等在内的多项任务，负担很重，因而可靠性堪忧。并且由于各项任务耗时不同，这种单CPU结构的FTU效率并不高。为了从根本上提高处理器的效率和可靠性，必须从CPU的根本构造上进行改革，故本系统采用双CPU架构。由DSP负责模拟信号的采集和处理，MCU 完成遥信、遥控、通信、故障处理等功能，两个处理器通过双口RAM进行数据交互。耗时较长的定时遥信、遥测采集任务被单独划分出来由DSP完成；而主CPU将FTU需完成的其他任务划分成若干模块，定时读取DSP中的数据，响应任务的速度大大提高。这种方案不仅完全满足遥信、遥测的实时性要求，而且使整个系统的实时响应能力明显改善。另外，从节能角度上讲，双CPU的构架一定程度上降低了功耗[13]。

2.2 系统结构设计

本系统主要分为处理器模块、通信模块、模拟量输入模块、开关量输入输出模块、电源模块。结构框图如下图图1所示。各个模块具体电路的设计将在下文中讲述。

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