智能断路器的设计方案 1. 系统的整体框架 2. 智能断路器各个模块映射的通信协议栈及通信特点 从图中可以看出：MMS映射了全部的A协议集和T协议集，复杂程度最高。但是该模块 主要实现的是断路器参数的在线检测和远程控制，因此对通信的实时性要求并不高， 基本上是以人的反映时间为准。 GOOSE模块直接映射到了以太网，其目的是保证分合闸GOOSE报文的快速传递，因此它 的特点是：通信映射简单，但是实时性要求高，GOOSE报文的时延必须小于2ms。 SMV也直接映射到了以太网，其特点是：实现简单，但是实时性要求最高，SMV的时延 必须控制在微秒级。 3. 具体的实现方案 1. 方案一 图中所示为南瑞的开关设备智能装置实现方案。CPU采用Freescale公司高性能32位微处 理器，考虑到GOOSE和SMV的强实时性要求，在系统中嵌入Vxworks专业硬实时操作系统。 MMS,GOOSE,SMV全部在嵌入式单系统中实现。 其优点是：结构紧凑，硬件平台比较简单，实现起来相对容易； 缺点是： 采用专业的实时操作系统直接提高了研发经费，个人觉得仅仅为了满足GOOSE和SMV的实 时性而采用Vxworks有点浪费； 由于该系统只采用了61850定义的逻辑节点进行建模，因此系统在线检测的信息种类相对 偏少。应该按照62271- 3标准进行建模，个别的检测参数如果在标准中没有对应的数据对象，可以考虑扩展建模 。 由于CPU的IO口有限，该方案中的电流互感器和电压互感器采样信号只能以QSPI（ 同步队列串行接口）方式通过CPU的IO口送入CPU中。这种方式下将不可避免的会 造成采样值的巨大时延，产生很大的相位偏移。这种时延在电子式互感器的设计 规范中将不可容忍。 2. 方案二 方案二是对方案一的改进，采用双系统实现智能断路器的所有功能。 具有高实时性要求的GOOSE报文和SMV帧采用FPGA，用纯硬件逻辑实现；由于FPGA具 有丰富的IO口资源，可以实现电流电压采样信号的并行接入，减少时延。 使用嵌入系统实现复杂的MMS服务。由于不需要实现高实时性的任务，因此就没有 必要使用昂贵的专业硬实时操作系统，Linux或者WINCE都可以满足MMS的设计要求。研发 费用大幅度降低。 按照62271标准建模，扩展在线检测的信号种类，提高系统遥控和遥测的能力。 方案二的缺点是：硬件电路比较复杂，研发的难度比方案一大。 我在嵌入系统和FPGA系统中都进行过数字化变电站相关产品的研发，具备一定的研 发经验，因此按照方案二实现智能断路器还是有信心的。 ----------------------- GOOSE报文解析 GOOSE报文编码 以太网控制器 开关量采集 断路器位置 刀闸位置 。。。 弹簧状态 继电器 分合闸控制信号 开关位置信息 分合闸命令 GOOSE 模块 ACSI 数据模型 数据集模型 模拟量采集 。。。 报告控制块 断路器 参数遥测 遥控 （在线设置） 报告 储能电机操作电流 刀闸电机操作电流 分闸线圈操作电流 合闸线圈操作电流 开关触头的温升 灭弧室真空度 分闸速度 合闸速度 。。。 MMS 模块 以太网控制器 合并单元 （按照SMV 9-2编码） 一次回路电流电压采集 保护电流 测量电流 保护电压 测量电压 SMV采样包 SMV 模块 （任选） 智能断路器的设计方案全文共5页，当前为第1页。 MMS A协议集 TCP/IP (T协议集) ISO/IEC 8802-3 ISO/IEC 8802-3 Ethertype GOOSE SMV 智能断路器的设计方案全文共5页，当前为第2页。 智能断路器的设计方案全文共5页，当前为第3页。 CPU 以太网控制器 MMS服务帧 模拟信号调理 1—N路 Flash SDRAM 实时时钟 。。。 在线检的模拟量输入 RJ45/ 光纤 嵌入系统 AD转换 FPGA 以太网控制器 GOOSE编码 SMV编码 GOOSE报文 SMV帧 系统间信息交换 光电隔离+ 继电器 光电隔离 .。。 模拟信号调理 AD转换 .。。 F I FO RJ45/ 光纤 分合闸控制信号 开关量输入 一次电流电压输入 FPGA系统 智能断路器的设计方案全文共5页，当前为第4页。 智能断路器的设计方案全文共5页，当前为第5页。
