本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)智能監(jiān)控與控制，具體為一種低壓配電智能網(wǎng)關(guān)設(shè)計方法及智能網(wǎng)關(guān)。

背景技術(shù)：

1、斷路器是低壓配電網(wǎng)的重要的開關(guān)電器設(shè)備之一，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，配電系統(tǒng)對斷路器的要求也在不斷提高，近幾年，隨著配網(wǎng)數(shù)字化建設(shè)水平的逐步提高，對臺區(qū)內(nèi)設(shè)備的數(shù)字化、智能化、可視化等提出了越來越高的要求，低壓配電智能網(wǎng)關(guān)由此應(yīng)運而生。

2、針對海量電力數(shù)據(jù)的高效采集和監(jiān)視需求，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和傳輸方式效率較低。同時在電力網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)中，智能網(wǎng)關(guān)通過多種通信協(xié)議與儲能系統(tǒng)連接，實現(xiàn)電力負載的智能調(diào)節(jié)和能量管理，使得儲能系統(tǒng)與光伏發(fā)電、風(fēng)電等可再生能源設(shè)備及電網(wǎng)系統(tǒng)無縫對接，實現(xiàn)對儲能設(shè)備的實時監(jiān)控、遠程控制、數(shù)據(jù)分析以及故障報警等功能，以及電力資源的優(yōu)化分配和負載平衡，為電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行提供保障。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：為提高現(xiàn)場斷路器設(shè)備采集和控制的安全性和可靠性，以及滿足對斷路器設(shè)備數(shù)據(jù)采集和控制的高效實時通信要求，減少現(xiàn)場作業(yè)次數(shù)，本發(fā)明提供一種低壓配電智能網(wǎng)關(guān)設(shè)計方法及智能網(wǎng)關(guān)。

2、技術(shù)方案：本發(fā)明公開了一種低壓配電智能網(wǎng)關(guān)設(shè)計方法，包括：

3、智能網(wǎng)關(guān)利用rs-485總線建立與斷路器的通信鏈路，提供與斷路器數(shù)據(jù)交換的dlt645協(xié)議通信接口，智能網(wǎng)關(guān)基于斷路器控制協(xié)議與云端進行通信，提供上層用戶可調(diào)用的通用接口；

4、設(shè)計智能網(wǎng)關(guān)與云端的斷路器控制協(xié)議，建立云端、智能網(wǎng)關(guān)的雙向通信鏈路，基于斷路器控制協(xié)議，智能網(wǎng)關(guān)和云端向斷路器傳輸控制指令，遠程控制斷路器，并接收電能數(shù)據(jù)以遠程監(jiān)測斷路器狀態(tài)；

5、設(shè)計智能網(wǎng)關(guān)dlt645協(xié)議與斷路器控制協(xié)議雙向映射方法；所述dlt645協(xié)議與斷路器控制協(xié)議雙向映射方法具體為：1)當(dāng)智能網(wǎng)關(guān)接收斷路器的實時dlt645協(xié)議數(shù)據(jù)幀，dlt645協(xié)議數(shù)據(jù)幀先通過智能網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)化為斷路器控制協(xié)議的指令報文或數(shù)據(jù)報文，并將斷路器控制協(xié)議報文封裝于mqtt協(xié)議報文中，實現(xiàn)對斷路器的遠程監(jiān)控；2)當(dāng)智能網(wǎng)關(guān)收到云端的斷路器控制協(xié)議幀，通過智能網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)化為dlt645協(xié)議數(shù)據(jù)幀，通過智能網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)至對應(yīng)的斷路器；

6、設(shè)計智能網(wǎng)關(guān)并發(fā)事務(wù)調(diào)度模型，智能網(wǎng)關(guān)控制器收到數(shù)據(jù)幀后，放入多緩沖隊列等待調(diào)度，數(shù)據(jù)幀經(jīng)過調(diào)度引擎調(diào)度后，依據(jù)優(yōu)先級將數(shù)據(jù)幀插入調(diào)度隊列，控制器按照調(diào)度隊列中的順序發(fā)送數(shù)據(jù)幀。

7、進一步地，所述斷路器控制協(xié)議包括控制協(xié)議報文及斷路器和智能網(wǎng)關(guān)通信時序規(guī)范。

8、進一步地，所述控制協(xié)議報文結(jié)構(gòu)包括8個字段域，具體如下：

9、時間戳字段，包括year，month，day，hour，minute，second，共占48位；

10、gw?id，mccb?id，link?id字段，分別表示網(wǎng)關(guān)id，斷路器id，鏈路id；

11、mccb?address字段，占48位，表示斷路器的地址；

12、r/w，m/s字段，占2位，分別表示讀/寫和主/從標(biāo)志；

13、data?type字段，占16位，表示數(shù)據(jù)類型；

14、data?length字段，表示報文總長度；

15、data字段，長度可變，用于傳遞服務(wù)參數(shù)；

16、cs字段，表示校驗位，占6位。

17、進一步地，所述斷路器和智能網(wǎng)關(guān)通信時序規(guī)范包括如下步驟：

18、step1：智能網(wǎng)關(guān)發(fā)送請求幀，等待響應(yīng)；

19、step2：斷路器接收指令并向智能網(wǎng)關(guān)回復(fù)封裝的數(shù)據(jù)幀；

20、step3：智能網(wǎng)關(guān)接收并分析斷路器請求幀后準(zhǔn)備響應(yīng)；

21、step4：斷路器和智能網(wǎng)關(guān)進行多次請求和響應(yīng)交互，每次請求均等待斷路器的反饋。

22、進一步地，所述智能網(wǎng)關(guān)dlt645協(xié)議與斷路器控制協(xié)議雙向映射方法，包括以下步驟：

23、step1：智能網(wǎng)關(guān)接收來自斷路器的實時數(shù)據(jù)幀，并根據(jù)dlt645協(xié)議解析數(shù)據(jù)幀，具體包括讀取數(shù)據(jù)幀的標(biāo)識符、地址域、數(shù)據(jù)域和校驗字段；

24、step2：對接收到的dlt645協(xié)議數(shù)據(jù)幀進行解封裝，提取出數(shù)據(jù)幀中的地址、數(shù)據(jù)標(biāo)識、數(shù)據(jù)，解封裝時對dlt645協(xié)議數(shù)據(jù)域進行分段分析；

25、step3：根據(jù)數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)標(biāo)識判斷數(shù)據(jù)類型，識別是否為當(dāng)前變量、控制指令，并對數(shù)據(jù)內(nèi)容進行進一步分析；

26、step4：根據(jù)預(yù)定義的數(shù)據(jù)類型映射關(guān)系表，對不同類型的數(shù)據(jù)進行逐一映射，將dlt645協(xié)議的數(shù)據(jù)標(biāo)識映射至斷路器控制協(xié)議的相應(yīng)指令，并分配相應(yīng)的優(yōu)先級；

27、step5：將映射后的數(shù)據(jù)封裝成斷路器控制協(xié)議的報文格式，在封裝時，系統(tǒng)根據(jù)映射后的控制協(xié)議格式分配字段，包括在報文中添加斷路器id、網(wǎng)關(guān)id、鏈路id、斷路器地址、讀/寫、數(shù)據(jù)類型，并依據(jù)控制協(xié)議格式生成校驗位；

28、step6：當(dāng)智能網(wǎng)關(guān)接收到云端發(fā)送的斷路器控制協(xié)議幀，解析控制協(xié)議幀中的字段，包括時間戳、網(wǎng)關(guān)id、斷路器id、鏈路id、斷路器地址、讀/寫標(biāo)志、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)字段和校驗字段；

29、step7：對斷路器控制協(xié)議幀進行解析，根據(jù)數(shù)據(jù)類型字段和預(yù)定義的映射關(guān)系表，判斷控制協(xié)議幀需要映射到的dlt645協(xié)議數(shù)據(jù)標(biāo)識；

30、step8：對解析后的控制協(xié)議數(shù)據(jù)根據(jù)優(yōu)先級進行分類，優(yōu)先處理高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)字段；

31、step9：根據(jù)dlt645協(xié)議的幀格式，將分類后的控制協(xié)議數(shù)據(jù)重新封裝為dlt645協(xié)議數(shù)據(jù)幀；

32、step10：完成封裝后的dlt645協(xié)議數(shù)據(jù)幀通過智能網(wǎng)關(guān)的下行鏈路轉(zhuǎn)發(fā)至對應(yīng)的斷路器。

33、進一步地，所述智能網(wǎng)關(guān)并發(fā)事務(wù)調(diào)度模型包括緩沖隊列、調(diào)度引擎、調(diào)度隊列；所述緩沖隊列用于緩存多路子網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)幀，所述調(diào)度引擎為實時調(diào)度器，所述調(diào)度隊列使用鏈表來實現(xiàn)，按照調(diào)度隊列中的順序發(fā)送數(shù)據(jù)幀。

34、進一步地，所述調(diào)度引擎為緩沖隊列分配一個控制列表，用于管理隊列的傳輸優(yōu)先級；所述控制列表包括8個優(yōu)先級，從0到7，其中0為最高優(yōu)先級，7為最低優(yōu)先級，控制列表作為查找表，用于管理隊列門的開關(guān)狀態(tài)：當(dāng)隊列門狀態(tài)為“1”時，隊列門打開，允許對應(yīng)優(yōu)先級的數(shù)據(jù)幀進入傳輸；當(dāng)隊列門狀態(tài)為“0”時，隊列門關(guān)閉，數(shù)據(jù)幀繼續(xù)在隊列中等待，直到門打開為止；智能網(wǎng)關(guān)根據(jù)系統(tǒng)負載和實際需求，動態(tài)調(diào)整控制列表中的門狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)負載高時，智能網(wǎng)關(guān)優(yōu)先保持高優(yōu)先級門打開，以確保關(guān)鍵數(shù)據(jù)幀的及時傳輸；而在負載低時，系統(tǒng)則動態(tài)打開低優(yōu)先級的門。

35、進一步地，所述智能網(wǎng)關(guān)并發(fā)事務(wù)調(diào)度模型的具體調(diào)度過程包括以下步驟：

36、step1：斷路器通過智能網(wǎng)關(guān)的控制器將數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)街悄芫W(wǎng)關(guān)；

37、step2：智能網(wǎng)關(guān)的控制器收到數(shù)據(jù)幀后放入多緩沖隊列等待傳輸；

38、step3：數(shù)據(jù)幀經(jīng)調(diào)度引擎調(diào)度后按照優(yōu)先級插入調(diào)度隊列；

39、step4：控制器按照調(diào)度隊列中的順序發(fā)送數(shù)據(jù)幀；

40、step5：經(jīng)過調(diào)度處理的數(shù)據(jù)幀進入智能網(wǎng)關(guān)的控制器，由智能網(wǎng)關(guān)的控制器轉(zhuǎn)發(fā)。

41、本發(fā)明還公開一種基于上述低壓配電智能網(wǎng)關(guān)設(shè)計方法的智能網(wǎng)關(guān)，包括電源接口、電源模塊、主控芯片、rs-485收發(fā)器、無線模組esp-07s和tcp/ip協(xié)議棧芯片，電源接口、電源模塊為整個智能網(wǎng)關(guān)提供電源，tcp/ip協(xié)議棧芯片通過spi總線與主控芯片進行數(shù)據(jù)交換，無線模組esp-07s通過usart與主控芯片進行數(shù)據(jù)交互，同時智能網(wǎng)關(guān)使用mqtt協(xié)議連接云平臺；智能網(wǎng)關(guān)使用rs-485收發(fā)器與斷路器進行數(shù)據(jù)交互，rs-485收發(fā)器電路增加兩個三極管開關(guān)電路實現(xiàn)自動收發(fā)，所述智能網(wǎng)關(guān)通過dl/t645協(xié)議與斷路器數(shù)進行數(shù)據(jù)交換，基于斷路器控制協(xié)議與云端進行通信。

42、有益效果：

43、1、本發(fā)明通過智能網(wǎng)關(guān)的設(shè)計和通信協(xié)議的應(yīng)用，加強了低壓配電系統(tǒng)的安全性和可靠性。智能網(wǎng)關(guān)能夠持續(xù)監(jiān)測斷路器設(shè)備的運行狀態(tài)，確保配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。本發(fā)明引入?yún)f(xié)議雙向映射方法，實現(xiàn)多協(xié)議互通，支持不同設(shè)備之間的實時數(shù)據(jù)傳輸，以便電力系統(tǒng)設(shè)備能夠通過智能網(wǎng)關(guān)進行跨協(xié)議的數(shù)據(jù)交換和設(shè)備控制。傳統(tǒng)的協(xié)議映射通常僅限于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)或簡單封裝，本發(fā)明是dlt645協(xié)議和斷路器控制協(xié)議之間自動識別、轉(zhuǎn)換和映射數(shù)據(jù)。支持從上行鏈路到下行鏈路和下行鏈路到上行鏈路的自動轉(zhuǎn)換。這樣當(dāng)接入設(shè)備量很多，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量大的的時候，映射到統(tǒng)一的幀結(jié)構(gòu)上，高數(shù)據(jù)量場景下可以更快速、準(zhǔn)確地傳輸信息

44、2、本發(fā)明設(shè)計的智能網(wǎng)關(guān)并發(fā)事務(wù)調(diào)度模型，緩沖隊列只是把接收到的大量的數(shù)據(jù)幀來不及處理暫時存放在里面，然后我們在調(diào)度引擎中引入一個優(yōu)先級的控制列表，根據(jù)數(shù)據(jù)幀的類型和優(yōu)先級進行分類，允許高優(yōu)先級數(shù)據(jù)優(yōu)先處理，可以緩解數(shù)據(jù)幀擁堵，本發(fā)明引入調(diào)度引擎機制，協(xié)調(diào)不同協(xié)議之間的實時通信，在同時進行斷路器上控制數(shù)據(jù)和消息數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下，確保了數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)膶崟r性。

45、3、在斷路器控制協(xié)議幀加入了時間戳，哪個網(wǎng)關(guān)發(fā)送的(網(wǎng)關(guān)id)、哪個斷路器發(fā)送的(斷路器id)，屬于網(wǎng)關(guān)上哪條鏈路(鏈路id)、屬于哪種數(shù)據(jù)類型，當(dāng)總網(wǎng)關(guān)上面接入很多斷路器，上行鏈路解析之后很清晰的知道數(shù)據(jù)從哪個斷路器，經(jīng)過哪個網(wǎng)關(guān)，哪條鏈路發(fā)送過來的，如果上行鏈路下發(fā)指令，總網(wǎng)關(guān)可以清楚的知道轉(zhuǎn)發(fā)哪個子網(wǎng)關(guān)，哪條鏈路上的斷路器，更適用于大場景下，集中監(jiān)控和管理，使得在大規(guī)模環(huán)境中可以精準(zhǔn)追蹤數(shù)據(jù)的來源，包括哪個斷路器、哪個子網(wǎng)關(guān)和哪條鏈路，當(dāng)總網(wǎng)關(guān)接收到上行鏈路的數(shù)據(jù)時，可以迅速識別數(shù)據(jù)源并進行有效處理。字段的組合，總網(wǎng)關(guān)這個時間戳不僅用于數(shù)據(jù)標(biāo)記，還用于同步云端和斷路器的狀態(tài)數(shù)據(jù)，防止數(shù)據(jù)幀重復(fù)傳輸，通過時間戳和id能夠精準(zhǔn)追蹤數(shù)據(jù)源，并在接收到下行數(shù)據(jù)后迅速識別其來源路徑。