基于RTnet实时网络协议通信的微电网协调控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于RTnet实时网络协议通信的微电网协调控制系统，其主要技术特点：包括主控制器和多种就地终端，所述的主控制器包括工控机及其相应的网络接口、开入接口和开出接口，所述的就地终端包括嵌入式控制器及与其相连接的A/D采样回路、I/O接口回路和网络接口，该A/D采样回路连接到微电网中用于电流、电压模拟量的采集，该I/O接口回路连接到微电网中用于开关量的采集和控制，就地终端的网络接口通过RTnet实时网络与主控制器的网络接口相连接。本发明设计合理，满足了微电网协调控制系统的实时性，无需将微电网系统内各分散设备的电流、电压等模拟量以及断路器位置等开关量通过电缆连接到中央控制器，减少了电缆的铺设，简化了接线方式。
【专利说明】基于RTnet实时网络协议通信的微电网协调控制系统
【技术领域】
[0001]本发明属于微电网【技术领域】，尤其是一种基于RTnet实时网络协议通信的微电网协调控制系统。
【背景技术】
[0002]微电网灵活的运行方式和高质量的供电服务，离不开完善稳定的控制系统。在实际的微电网协调控制中，需要实时记录分布式电源测控终端、并网保护测控终端等从站采集到的电流、电压、功率等信息，并且将这些信息实时地传送到主站，同时，主站也要及时对采集的信息进行分析处理，并向从站传递控制参数。受微电网现场环境约束，主站和从站之间的距离往往比较远，传统的现场总线技术无法保证信号传输的实时性。因此，现有微电网控制系统采用以下两种方法解决以上存在的问题，一种是最简单的方法，就是将电流、电压等模拟量以及断路器位置等开关量通过电缆直接接到主站，但这种方法需要铺设大量的电缆，接线复杂；另一种方法是采用主站控制决策和从站控制决策分开的协调控制方法，但这种方法存在着系统性差，而且主站和从站之间存在的时间差，可能造成主从两种决策相互冲突的缺点。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、接线简单且实时性强的基于RTnet实时网络协议通信的微电网协调控制系统。
[0004]本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的:
[0005]一种基于RTnet实时网络协议通信的微电网协调控制系统，包括主控制器和多种就地终端，所述的主控制器包括工控机及其相应的网络接口、开入接口和开出接口，所述的就地终端包括嵌入式控制器及与其相连接的A/D采样回路、I/O接口回路和网络接口，该A/D采样回路连接到微电网中用于电流、电压模拟量的采集，该I/O接口回路连接到微电网中用于开关量的采集和控制，就地终端的网络接口通过RTnet实时网络与主控制器的网络接口相连接。
[0006]而且，所述的就地终端包括以下终端中的一种或多种:并网点终端、主电源终端、负荷终端、分布电源终端、环境监测终端。
[0007]而且，所述的工控机采用PCM-812/812L工控机。
[0008]而且，述的嵌入式控制器采用ARM架构的AtmelAT91SAM9200模块。
[0009]本发明的优点和积极效果是:
[0010]1、本控制系统通过采用RTnet实时网络协议栈作为微电网协调控制系统的通信协议栈，满足了微电网协调控制系统的实时性，无需将微电网系统内各分散设备的电流、电压等模拟量以及断路器位置等开关量通过电缆连接到中央控制器，减少了电缆的铺设，简化了接线方式，实现了整个微电网系统的数字化。
[0011]2、本控制系统满足了集中控制决策对整个微电网系统控制的实时性要求，避免了由于主站和从站之间存在时间差而造成主站控制决策和从站控制决策之间的冲突，保证了微电网系统工作的稳定性和可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明的系统连接示意图；
[0013]图2是本发明的就地终端电路方框图；
[0014]图3是RTnet系统的架构示意图。
【具体实施方式】
[0015]以下结合附图对本发明实施例做进一步详述:
[0016]一种基于RTnet实时网络协议通信的微电网协调控制系统，如图1所示，包括主控制器和各种就地终端，根据所接微电网系统内的对象，就地终端可以为并网点终端、主电源终端、负荷终端、分布电源终端、环境监测终端等，主控制器与各种就地终端通过RTnet实时网络连接在一起。在主控制器和各种就地终端内均安装有RTnet实时网络协议的开源Linux系统。
[0017]RTnet实时网络系统的框架如图2所示,包括硬件、Iinux核、Xenomai核和RTnet内核、TCP/IP协议、UDP协议以及API层。RTnet是基于RTAI和Xenomai的开源实时网络协议栈，支持常用的网络接口芯片组，实现了时间确定的UDP/IP，TCP/IP, IC-MP和ARP协议，并为Xenomai提供了 POSIX标准的套接字系统API。RTnet通过一系列方法使原本时间无法确定的网络通信过程时间确定化，如将动态的ARP协议转换为静态，只在初始化时完成地址解析，为避免网络冲突加入了一个媒体控制层Rtmac，在Rtmac中使用TDMA(时分多址)取代标准以太网中CSMA/CD(载波侦听多路访问/冲突检测)机制，以及缓存池技术等。RTnet也可以通过VNIC技术，为标准的Linux网络协议栈提供服务。
[0018]在本实施例中，主控制器采用北京中科腾越科技发展有限公司的PCM-812/812L型号工控机作为硬件基础，米用标准以太网网卡NIC (Network InterfaceCard)作为主站硬件接口。该 PCM-812/812L 工控机的硬件包括 Intel N2701.6GHzCPU, 512MB 内存，160G 硬盘，并且内部集成了多个RJ45网口和多个开入开出接口，能够不通过交换机直接与多个就地终端相连，在工控机内安装了 Linux2.6.33内核并提供Xenomai和RTnet等多个开发库的支持。主控制器内安装的软件包括基础程序和应用程序两部分，基础程序主要完成初始化、拓扑结构辨识、参数设置、数据显示与存储等基本功能；应用程序主要针对微电网的运行状况作出决策，并把决策后的调节控制命令通过RTnet实时网络协议发给各就地终端，主要包括微电网并网运行决策程序、孤岛运行决策程序、并网转孤岛决策程序、孤岛转并网决策程序等。
[0019]就地终端是以嵌入式控制器为硬件基础，如图3所示，包括嵌入式控制器、A/D采样回路、I/O接口回路和网络接口(RJ45接口)。在本实施例中，嵌入式控制器采用ARM架构的 AtmelAT91SAM9200180M 主频 CPU，64MSRAM128M NANDFLASH，安装 Linux2.6.27 内核和xenoma1-2.6.0RTnet-0.9.13底层开发软件。一方面，AT91SAM9200通过A/D采样回路实现就地终端的电流、电压等模拟量的采集，通过I/O接口回路完成开关量的采集和控制信号的出口 ；另一方面，AT91SAM9200通过RTnet实时网络协议栈将采集数据发送给主控制器和接收主控制器下达的控制命令；AT91SAM9200CPU芯片主要实现AD采样、数据计算与处理、开入信号处理、控制出口等功能。根据所接微电网系统内的对象的不同，就地终端可分为并网点终端、主电源终端、负荷终端、分布电源终端、环境监测终端等。
[0020]并网点终端是指与并网点断路器相对应的终端，能够采集并网断路器两侧(即主网侧与微电网侧)的电压、电流、频率等模拟量；采集断路器位置等开入量；具备对并网点断路器分、合闸功能的控制出口 ；具备保护功能，能够判断出主网侧或微电网侧的故障并切除；具备检同期、检无压合闸功能。
[0021]主电源终端主要是针对在微电网在孤岛运行时以FV方式运行承担主电源功能的储能装置或燃料电池，具备采集主电源的电压、电流、功率等模拟量的功能；能够采集到主电源的运行状态和运行方式等开入量；具备控制主电源启动、停止、由PQ方式切换到FV方式、由FV方式切换到PQ方式的控制出口。
[0022]负荷终端在一个微电网内有多个，对应于微电网内的各路负荷开关，采集负荷的电流、电压、功率等模拟量；采集负荷开关的位置等开关量；具备控制负荷开关分、合的控制出口。
[0023]分布式电源终端在一个微电网内也有多个，对应于除主电源以外的其它各分布式电源，根据对应分布式电源的种类可分为:光伏发电终端、风力发电终端、燃料电池终端等。分布式电源终端采集分布式电源的电压、电流、功率等模拟量的功能；能够采集到分布式电源的运行状态等开入量；具备控制分布式电源启动、停止的控制出口。
[0024]环境监测终端对应于环境监测系统，主要用于接收环境监测系统测量到的温度、湿度、太阳辐射度、风力等环境参数。
[0025]需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于【具体实施方式】中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
【权利要求】
1.一种基于RTnet实时网络协议通信的微电网协调控制系统，其特征在于:包括主控制器和多种就地终端，所述的主控制器包括工控机及其相应的网络接口、开入接口和开出接口，所述的就地终端包括嵌入式控制器及与其相连接的A/D采样回路、I/O接口回路和网络接口，该A/D采样回路连接到微电网中用于电流、电压模拟量的采集，该I/O接口回路连接到微电网中用于开关量的采集和控制，就地终端的网络接口通过RTnet实时网络与主控制器的网络接口相连接。
2.根据权利要求1所述的基于RTnet实时网络协议通信的微电网协调控制系统，其特征在于:所述的就地终端包括以下终端中的一种或多种:并网点终端、王电源终端、负荷终端、分布电源终端、环境监测终端。
3.根据权利要求1所述的基于RTnet实时网络协议通信的微电网协调控制系统，其特征在于:所述的工控机采用PCM-812/812L工控机。
4.根据权利要求2所述的基于RTnet实时网络协议通信的微电网协调控制系统，其特征在于:所述的嵌入式控制器采用ARM架构的AtmelAT91SAM9200模块。
【文档编号】H02J13/00GK104135081SQ201410392573
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年8月11日 优先权日:2014年8月11日
【发明者】张磐, 蒋菱, 鲁文 申请人:国家电网公司, 国网天津市电力公司