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FTU模块技术方案FTU（Feeder Terminal Unit）是指电网中用于表示、测量、保护、控制电力系统的末端设备。
为了满足电力系统的自动化需求，FTU模块技术方案应包括以下几个主要方面：1.硬件设计：（1）高稳定性和可靠性：FTU模块作为电力系统的末端设备，需要长时间运行并保持稳定性，同时需要具备高可靠性以应对电力系统的异常情况。
（2）高精度和高灵敏度：FTU模块需要使用高精度的电流和电压传感器，以确保测量数据的准确性和灵敏度，从而更好地满足保护和控制需求。
（3）通信接口多样化：FTU模块应提供多种通信接口，如RS485、Ethernet等，以便与上级监控系统进行数据交换和控制指令的传送。
（4）防尘防水防雷等封装设计：FTU模块在户外使用，需要具备防尘防水防雷等功能，以确保正常工作和设备的寿命。
2.软件开发：（1）实时数据采集和处理：FTU模块需要实时采集电流、电压等数据，并进行处理，如计算功率、电能、谐波等，以满足监控系统的实时数据需求。
（2）保护和控制算法开发：FTU模块需要具备保护和控制功能，如过流保护、短路保护、开关控制等。
开发过流保护和其他保护算法，确保电力系统的安全可靠运行。
（4）人机界面开发：FTU模块需要提供用户友好的人机界面，以便操作员进行配置和监控。
开发界面需要考虑操作简便、信息直观等设计原则。
3.功能需求：（1）测量功能：FTU模块需要能够测量电流、电压、频率、功率因数等各种参数，并进行实时显示和存储。
（2）保护功能：FTU模块需要具备过流、短路、地震等保护功能，当电力系统发生异常时，能够及时采取措施以保护电力设备和系统的安全。
（3）控制功能：FTU模块需要能够控制开关，通过开关控制实现对电力系统的操作，如开关操作、电力设备的启动和停止等。
4.其他需求：（1）数据存储和传输：FTU模块需要具备存储和传输数据的功能，以便后续的数据分析和监控系统的数据交互。
（2）远程监控和操作：FTU模块需要具备远程监控和操作功能，以便远程操作员可以对电力系统进行监控和控制。
FTU的整体设计与实现FTU（Fault-Tolerant Unit，即容错单元）是一种用于容错系统中的重要组件，用于保证系统在面对故障时仍能正常运行。
本文将对FTU的整体设计与实现进行详细探讨。
首先，FTU的整体设计需要考虑实现容错的基本原理和方案。
常见的容错技术包括纠错码、冗余机制、备份机制等。
在FTU中，我们可以采用冗余机制来实现容错。
具体而言，可以使用多个相同的FTU模块，每个模块都连接到同一个系统，并且通过相互之间的冗余备份，实现故障的容错处理。
基于以上思路，FTU的整体设计可以分为两个主要方面，即硬件设计和软件设计。
在硬件方面，FTU需要具备以下几个基本组件：1.传感器和执行器：传感器用于检测系统状态和环境信息，而执行器用于控制系统的动作。
通过传感器和执行器，FTU能够实时监控系统的运行状况，并在发生故障时采取相应的纠正措施。
2.冗余备份机制：为了保证容错功能的实现，FTU中应该存在多个相同的模块，并且它们之间应该通过互联的冗余备份线路进行连接。
这样，在一个FTU模块出现故障时，其他备份模块可以接管其功能，确保系统的正常运行。
3.故障检测与自修复机制：FTU需要具备故障检测机制，以便能够及时发现系统中的故障。
一旦故障被检测到，FTU需要具备自动修复的能力，通过切换到备份模块，或者采取其他故障恢复措施，实现系统的自修复。
在软件方面，FTU需要实现以下关键功能：1.故障检测与恢复算法：FTU需要实现一套精确的故障检测算法，以便能够准确地检测系统中的故障，并根据不同的故障类型采取相应的恢复措施。
常见的故障检测算法包括检测冗余、差错检测等。
2.备份模块的选择与切换算法：当主FTU模块出现故障时，FTU需要根据一定的策略来选择备份模块，并及时进行切换，确保系统的连续运行。
备份模块的选择与切换算法需要考虑多种因素，如备份模块的状态、负载等。
3.系统的自修复算法：当FTU检测到系统中的故障时，它需要自动采取一定措施来修复故障，并保证系统的正常运行。
配电终端dtu、ftu、ttu的生产流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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透视Hot-Point PerspectiveDI G I T C W 热点项目编号：TB201904016作者简介： 吴 航，男，汉族，1994年生，江苏宿迁人，研究方向为智能电网信息工程。
韩 俊，男，汉族，1998年生，江苏南京人，研究方向为智能电网信息工程。
何 帅，男，汉族，1996年生，河南洛阳人，研究方向为智能电网信息工程。
王娅楠，女，汉族，1999年生，女，汉族，江苏泰州人，研究方向为智能电网信息工程。
程 亮，男，汉族，1998年生，安徽宣城人，研究方向为智能电网信息工程。
1 引言近些年随着我国配网自动化系统的建设，针对配网自动化系统的仿真培训及实验系统也得到了探索。
如文献[1]介绍了一种配网自动化仿真系统，该系统有模拟柜（三部分构成：配网一次设备模拟部分，模拟控制器部分及负荷模拟部分）、控制中心（控制中心由计算机、通讯控制器及其它计算机辅助设备构成。
软件由四部分构成：控制中心界面设计软件、系统运行情况演示软件、远程操作控制软件，线路仿真及计算软件）及显示部分构成。
该仿真系统为配电网自动化系统搭建了一个应用研究平台，目前，该系统能实现配电网自动化系统多种方案的仿真。
系统能演示配电网的正常运行方式和故障运行方式及故障隔离过程。
文献[2]介绍了一种采用分层式体系结构实现对实际城区 10kV 配电网自动化的计算机模拟。
根据现实的配网系统，整个模拟系统分为配电网主站层、终端层和一次设备层 3个层次。
通过通信系统将 3个图3 配电模拟培训系统配置层次统一起来，可以实现配电网自动化系统各种工况和故障的模拟实验，让学习者充分了解现代化的配网自动化系统，了解配电网运行规律和电网调度运行技术，充分掌握电力系统远动技术。
目前配网自动化系统的仿真培训系统有纯软件仿真和数字物理混合仿真系统两种，本文介绍一个配网自动化实验系统，也是兼具软件设计和硬件设计的结构。
2 配网自动化实验系统简介本文设计的配网自动化试验系统以0.4kV 电压等级模拟10kV 配网，结构上分为主站层和终端层2层设计。
FTU模块技术设计方案FTU（Fault Terminal Unit）是一种用于电力系统中的终端设备，用于监测、控制和保护电力设备。
本文将介绍FTU模块的技术设计方案。
1.引言2.硬件设计2.1 主控芯片：选择一款性能稳定、功耗低的ARM Cortex-M系列芯片作为主控芯片。
该芯片具有较高的计算能力和丰富的外设接口，可以满足FTU模块的数据处理和通信需求。
2.2输入输出模块：设计多路输入输出信号的输入输出模块，可以接入各种类型的传感器和执行器。
同时，为了提高FTU模块的稳定性和可靠性，该模块应支持冗余设计，以防单个输入输出模块出现故障。
2.3通信模块：选择高可靠性的通信模块，如以太网和4G通信模块。
以太网用于与电力系统SCADA系统进行数据传输，而4G通信模块用于远程监控和控制。
2.4电源模块：设计高效稳定的电源模块，以满足FTU模块的供电需求。
这包括使用高质量的电源稳压芯片和电源滤波器，以提供稳定和清洁的供电。
3.软件设计3.1实时操作系统（RTOS）：选择适合嵌入式系统的实时操作系统，以管理FTU模块的多任务和中断处理。
RTOS可以提供任务调度、内存管理和设备驱动等功能。
3.2驱动程序：编写驱动程序来管理FTU模块的不同硬件组件，包括输入输出模块、通信模块和电源模块。
驱动程序应提供接口和API供上层应用程序调用。
3.3数据处理程序：编写数据处理程序来处理从传感器到FTU模块的各种数据。
这些程序应实现数据解析、转换和校验功能，确保数据的可靠性和完整性。
3.5故障保护算法：设计故障保护算法来监测电力设备的状态并触发相应的保护动作。
这些算法应根据实际需求进行设计，并能及时响应和处理系统故障。
4.总结本文介绍了FTU模块的技术设计方案。
通过选择适当的硬件和软件组件，可以设计出稳定可靠的FTU模块，用于监测、控制和保护电力设备。
在实际应用中，还需考虑FTU模块的可扩展性、可靠性和安全性等方面的需求。
《配电网自动化技术》课程设计任务书目录一、设计由来 (1)1.1现场设备概念 (1)1.2配电网馈线远方终端单元FTU简介 (2)1.3开关量内容 (3)二、设计原理 (4)2.1 电路原理设计 (4)2.2 各环节电路 (5)三、详细设计 (7)3.1设计要求 (7)3.2 性能指标计算及元器件的选择 (7)3.3开关量的采集程序算法及程序流程设计 (15)四、设计总结 (17)五、附录：参考文献 (18)一、设计由来电力系统由发电系统，输电系统，配电系统构成。
它是由大量的发电机、变压器、电力线路和负荷等设备有机的构成，旨在生产、传输、分配、消费电能的各种电气设备按照一定方式连接的整体。
配电系统和输电系统，实际上是按其实现的功能来划分。
通常按输电系统的降压变电站中主变中压侧来划分，高压侧断路器及其连接的系统为输电系统，另一侧为配电系统。
配电系统(distribution system)：是电力系统中从输电系统的变压点(transformation points)向电力用户传送电能的部分，也是将电能分配到各个用户的最终环节，包括不同电压等级的变电站、配电变压器、配电线路以及把不同用户连接起来的其它电气设施，常称为配电网。
配电网自动化，是一个涵盖面广，用于管理与运行配电网的综合自动化系统，包含了配电网中的变电站、馈线网络、及用户管理、监控、优化运行等功能的系统。
配电自动化系统是应用现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术，将配电网实时信息、离线信息、用户信息、电网结构参数、地理信息进行安全集成，构成完整的自动化及管理系统，实现配电网正常运行及事故情况下的监测、保护、控制和配电管理。
它是配电自动化与配电管理集成为一体的系统。
目前的功能：变电站自动化、馈线自动化、需方用电管理、配电管理自动化。
1.1 现场设备：（1）RTU (Remote Terminal Unit)：远动终端，是采集所在发电厂或变电站表征电力系统运行状态的模拟量和状态量，监视并向调度中心传送这些模拟量和状态量，执行调度中心发往所在发电厂或变电站的控制和调节命令。
基于飞思卡尔K64芯片的馈线终端设备（FTU）参考设计FTU简介馈线终端设备（FTU）参考设计是飞思卡尔MCU团队根据配网自动化系统中FTU设备的需求设计的软硬件参考平台。
该参考平台的硬件是基于飞思卡尔半导体Kinetis K64（ARM Cortex M4）系列的微处理器，而软件则是基于飞思卡尔的实时操作系统MQX。
它的目的是提供一个设计平台让FTU设备的研发和制造厂商能够利用飞思卡尔的Kinetis MCU快速地设计出FTU 产品。
Kinetis K64是ARM Cortex M4内核的芯片，内置DSP处理器和单精度浮点单元，片上集成了1MB Flash和256KB SRAM，最多支持6路串口，3路SPI和1路CAN，片上的以太网控制器集成了MAC，可通过RMII或MII接口外接PHY提供网络的功能。
芯片还支持通过Flexbus总线外扩SRAM，NOR Flash或者总线接口的以太网控制器芯片。
片上集成了2个16bit SAR ADC，差分模式下采用32次硬件平均精度可以达到14.5bit，单端模式下采用32次硬件平均精度可以达到13.9bit。
本参考设计采用的是144LQFP封装的MK64FN1M0VLQ12芯片。
飞思卡尔的实时操作系统MQX提供了完整的软件平台帮助用户快速地开始应用级代码的开发，除了RTOS内核以外，还包含了芯片相关的板级支持包，USB协议栈，TCP/IP协议栈，支持FAT12，FAT16和FAT32的文件系统。
MQX还提供了IAR，Keil和Codewarrior环境下的OS 调试插件，能够显示任务的运行情况，各个任务的堆栈使用情况，动态内存池的使用情况等。
MQX所有相关的代码都是免费提供给客户且开源，并在本地有强大的开发和支持团队。
FTU一般功能介绍1.交流量采集：采集三相交流电压、电流 （3U3I）2.实现电压、电流、零序电压、零序电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率的测量和计算3.直流量采集，2路直流输入4.状态量采集：开关状态、接地刀闸状态采集5.113次谐波分量计算、三相不平衡度的分析计算6.遥信输入（无源，24V）和遥控输出（合、分闸、常开触点）7. 事件顺序记录、历史数据、主站下发信息可当地存储8.支持IEC608705101、IEC608705104、CDT92、DNP3.0、MODBUS等多种常用规约 （FTU参考设计不包含规约部分）9.支持多种通讯方式，提供多路通讯接口，提供2路RS232或2路RS485+2路10M/100M自适应以太网口。
摘要随着对配电网自动化的要求的提高，作为其重要设备的FTU的性能也应提高。
针对当今市面上的终端设备的不足，本文尝试给出一种功能强大、性价比高、可推广性强的FTU装置。
本设计采用当前流行的嵌入式技术和数字信号处理技术来完成核心处理器，采用以ARM9与TMS320LF2407A有机结合的双CPU构架，这种设计稳定、高效、节能，优于以往FTU的核心处理器的设计。
本设计采用当前非常先进以太网通信方式，较以往FTU的通信方式网络化更强，信息传输能力更为强大。
本设计除了在核心处理器和通信方式上有明显优势外，在其他部分亦有改进。
希望这种装置在相当长的时间内都保持优越性。
本文讲述了笔者对馈线自动化的理解，介绍了设计过程，给出了FTU的硬件结构设计和软件设计。
关键词：双CPU，嵌入式，AT91RM9200，TMS320LF2407A，以太网AbstrastAs requirements of the distribution network automation increasing, the major equipment , FTU performance, should also be improved. To the old terminal equipments’deficiencies, this paper tries to give a powerful, cost-effective, strong promotion of FTU device. This kind of FTU uses ARM9 and TMS320LF2407A organic combination of double CPU structure. It is high efficiency, energy saving, stability, better than the previous FTU core processor design. The current design using highly advanced Ethernet communication mode, compared to the previous FTU communication mode of network information transmission ability stronger, more powerful. This design in addition to the core processor and communication mode has obvious advantages,in the other part are improved.Hoping this FTU will be advanced for a long time in the future. This paper mainly introduces the FTU hardware structure and the main algorithm, and gives the hardware circuit.Key words:Double CPU,embedded,AT91RM9200,TMS320LF2407A,Ethernet目录1 绪论 (1)1.1 本课题的研究目的和意义 (1)1.2 本课题的主要研究内容（提纲） (2)1.3 文献综述（国内外研究情况及其发展） (3)1.4 拟解决的关键问题 (4)1.5 研究思路和方法 (5)1.6 本课题的进度安排 (5)2 系统设计及原理 (6)2.1 双CPU构架 (6)2.2 系统结构设计 (6)3 硬件设计 (8)3.1 处理器的设计 (8)3.2 模拟量输入电路的设计 (13)3.3 开关量输入/输出回路的设计 (16)3.4 频率测量电路的设计 (17)3.5 通信单元设计 (18)3.6 电源设计 (21)4 算法设计 (23)4.1 电网参数的计算 (23)4.2 故障判断算法 (24)4.3 FIR滤波算法 (27)5 软件设计 (30)5.1 主程序 (30)5.2 通信中断程序 (32)6 总结与展望 (34)6.1 总结 (34)6.2 展望 (35)参考文献 (36)致谢 (39)附录 (40)附录1 (40)附录2 (63)1 绪论1.1 本课题的研究目的和意义长期以来，我国配电网的建设未得到应有的重视，建设资金短缺，设备技术性能落后，事故频繁发生，严重影响了人民生活和经济建设的发展，随着电力的发展和电力市场的建立，配电网的薄弱环节显得越来越突出，形成了与电网建设不协调的局面。
配电网自动化的发展是电力市场和经济建设的必然结果，而随着配电自动化的快速发展，用户对供电质量和供电可靠性的要求越来越高。
馈线自动化是配电自动化的重要内容之一，它对于增强供电可靠性、提高电能质量、节能减损来讲至关重要。
馈线自动化远方终端是馈线自动化的基础控制单元，对实现馈线自动化乃至配电自动化起着十分重要的作用。
我国电网建设、发展落后于国外，而众所周知，电力行业与国民经济息息相关，电力电网建设的落后会使得其他行业的发展滞后。
因此，加快电网建设、实现配电网自动化刻不容缓。
本课题将研究如何将当前最新技术用到配电网自动化中，设计一个馈线远方终端[1][2]。
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，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；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。
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。
