配电网环网柜装置功能的模拟控制设计-第2页-北极星输配电网

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2 单片机控制

2.1 主体控制思路

本模拟装置以单片机STM32F103C8T6为核心，通过软件开发对继电器触点开、合状态（模拟开关的开、合状态）、五防闭锁的逻辑判断与提示、串口远程指令的处理实现对环网柜的离线模拟，其开关状态和远程/就地操作方式状态由LED灯组显示，五防闭锁出现违规时通过蜂鸣器报警，并设有语音播报提醒，电流电压仪表数据和调试记录通过LCD显示。

图4 远程/就地模拟开关

图5 “五防”的逻辑设计

对于远程三遥功能的实现，利用单片机的URAT串口发送AT指令的方式对WiFi模块进行控制，连接上位机通过TCP通信协议与通信装置对接，实现对硬件系统的远程即时控制。仿真装置的控制系统框图如图6所示。

图6 模拟装置控制框图

2.2 关键控制功能的实现

1）装置的开关模拟与联络

该环网柜模拟系统在进线断路器模拟装置、进线三工位负荷开关模拟装置及馈线三工位负荷开关模拟装置上分别设置有继电器模块，并通过线路与电源模块，可拓展的模拟母线及LED灯组负载连接组成环网柜基本电气回路。进线断路器模拟装置、进线三工位负荷开关模拟装置及馈线三工位负荷开关模拟装置上的继电器模块通过独立的控制按键进行操作，使继电器的开断用于模拟断路器、负荷开关的分合闸操作，实现电源及LED负载的投切。

2）显示模拟与控制

进线断路器模拟装置、进线三工位负荷开关模拟装置及馈线三工位负荷开关模拟装置与显示装置之间分别设置有独立LED灯组模块，通过红绿两色LED明暗表示断路器分闸合闸状态，通过红绿黄三色LED表示三工位负荷开关分闸合闸及接地状态。

此外，LED灯组还通过红绿两色LED表示隔间开闭状态，红绿两色LED还可用作远程就地模式切换指示灯，以及用蓝色LED的亮灭状态表示母线及负载的带电状况。在进线断路器模拟装置、进线三工位负荷开关模拟装置及馈线三工位负荷开关模拟装置与显示报警装置之间，还设置有LCD显示模块，通过单片机读取开关模拟装置的电位信息及控制回路操作动作，并在LCD显示屏上实时显示。

3）柜组隔间模拟与控制

柜组隔间模拟与控制注重于五防互锁。将隔间回路表示的单片机输出口与三工位负荷开关模拟装置地线所设继电器回路连接，地线继电器回路导通则回路与LED灯组连接，此时隔间可正常打开，继电器回路关断则回路与报警蜂鸣器连接，此时隔间带电，禁止操作。

隔间回路与控制回路之间还设有独立的控制按键用以模拟操作隔间开闭，按下按键使隔间回路通电时，若接地开关分闸（违反五防中误入带电隔间操作），则报警蜂鸣器长鸣警告，同时单片机激活语音模块播报；若接地开关合闸，则隔间LED灯组常亮，表示可以打开隔间进行维护操作。

4）上位机控制

该环网柜装置模拟设置有PC端上位机系统，以实现遥控、遥测、遥信的三遥功能，控制原理如图6（模拟装置控制框图）所示。硬件端配置WiFi模块使单片机能够连接网络，并根据TCP通信协议，实现单片机与上位机无线、双向、实时通信。

单片机可以采集并上传实时运行参数（包括电流、电压等电气量）和各种信号（保护和开关信息量）至上位机，实现遥控和遥测功能。同时切换至远程模式后，上位机可以发送命令对硬件装置进行即时控制，实现遥控功能。

3 系统仿真的实现

利用上位机设置PC端遥控功能，通过无线通信模块与单片机实现实时通信，在硬件端操作遥控转换按键实现远程端与就地端控制回路的切换，将控制回路切换至远程端，使上位机界面控制按键有效，同时可以锁定就地端按键操作回路。

在远程模式下，通过上位机界面上相应按键实现远程端对进线断路器模拟装置、进线三工位负荷开关模拟装置及馈线三工位负荷开关模拟装置的控制。上位机系统装载遥信功能，通过上位机界面的系统日记输出按键，即可输出该环网柜模拟装置的历史操作记录、硬件装置实时工作状态读取和母线负载实时电位信息。

该模拟装置采用了便携式设计。双层电路板的安装设计使硬件结构更加紧凑，将单片机、主电路模块放置于底层电路板，上层电路板以显示和按键为主。装置整体精巧轻便，便于携带，适于离线仿真试验与演示。

结论

本文研制出一种便携式开闭所的离线仿真模拟装置，便于实验室或培训中的调试试验及其仿真。通过继电器及电子器件，应用单片机和上位机控制完成了环网柜的实际模拟。采用继电器模拟环网柜的开关，相应的辅助触点和按钮模拟电气五防。

利用单片机控制技术，通过无线网络通信，实现对环网柜的手动、电动、远程、就近的控制操作，并预留扩展接口，在上位机记录存储、显示环网柜的操作，控制输出、打印操作记录。该装置采用双层电路板进行了便捷式设计，结构精巧，携带方便，便于相关从业人员模拟操作和演示。

原标题：配电网环网柜装置功能的模拟控制设计

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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