智能配电终端网络通信系统设计与实现(源码)
智能配电终端网络通信系统的设计主要是建立一个高速、双向、实时、集成的通信系统，想要实现智能电网的特征，就必须要拥有这样的通信系统。智能配电终端网络通信系统实现了LWIP接口下客户端与服务器在TCP/IP网络环境下的通信，同时实现了IEC101规约的通信过程，完成了IEC101的初始化和总召唤功能。智能配电终端网络通信系统的研究可以提高电网的供电可靠性和资产的利用率，繁荣电力市场，抵御电网收到的攻击，从而实现电网价值。关键词 通信，IEC101规约，智能配电，LWIP，电网
目 录
1.引言 1
1.1研究背景 1
1.2研究现状 1
2.系统分析 2
2.1可行性分析 2
2.2系统开发工具 3
2.3系统开发技术 5
3.系统总体设计 6
3.1系统模块结构设计 6
3.2系统功能设计 7
3.3 STM32F4最小系统 11
3.4 UCOSⅡ移植 15
4.系统详细设计 17
4.1 IEC101规约链路建立的编程实现 17
4.2 IEC101规约的数据帧分析 19
4.3 IEC101规约的流程分析 20
4.4 IEC101规约的代码设计 24
5.系统测试 24
5.1测试目的 24
5.2测试步骤 25
5.3测试内容及结果 25
5.4测试结果分析 27
结论 28
致谢 29
参考文献 30
1.引言
1.1研究背景
二十一世纪，人类面临许多巨大的危机，其中能源的安全问题以及气候的变化是目前人类面临的重大挑战。为了应对这些挑战，欧美等发达国家都相继提出了智能电网建设的设想。希望使用智能电网技术来解决利用大规模可再生资源、优化大规模资源以及大规模接入电动汽车等一系列的问题。目前，这个设想已经得到了各国的认可和响应，并且这个设想也证实了智能电网的可靠性。所以各国现在都致力于智能电网的建设和研究[1,2]。
智能电网以物理网格为基础，将传 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
感技术、信息技术、先进决策系统、系统方法和先进的通信手段与传统的理论网格相结合。产生的一种新型的电网，这种新型的电网不但可以确保电力系统的安全性和可靠性，同时也满足了用户对电力使用的需求，达到了人们友好和安全使用电力的目标。
其中，智能配电网是在建设智能电网时的研究要点。而要实现智能配电网，通信技术就尤为重要。在没有先进的通信网络的情况下，任何智能配电网的优点都没有办法体现。所以要实现智能电网，关键的一步就是建立双向、高速、集成的通信网络[3,5]。
1.2研究现状
1.2.1配电网通信现状
目前，在配电网络上有很多通信系统的访问模式（包括PLC技术、微波、GSM/CDMA等）。但是，配电网通信缺乏统一的网络规划，通信信道的稳定性不好，而且由于数据传输速度比较低的原因安全性也很低，技术设计和基准不同，电力系统的现有资源无法得到有效的利用，通信功能对互动性的支持不够，并且，在将来还缺乏扩大新业务的能力[6,7]。连接到电力系统的分布式电源的数量过多，对用户所需电力质量的提高，系统要求电力网的可靠性增加[7]，通过现有的配电网通信系统，无法满足人们对新型供应电形式的要求。这主要表现在以下几个方面：
1.强调智能配电网络与用户之间的相互作用，需要双向通信网络[8,9]。
2.混合充电车辆的普及和用户的需求响应，需要进行智能配电网的实时监控。
3.如果配电网规模的尺寸变大的话，会产生更多的数据。
4.因为在配电网中连接到过多的分布式电源，所以必须设法在规定的实际时间进行控制和管理。
可以看到为了满足配电系统可靠性、安全性、稳定性方面的要求，需要对现有的配电网系统做出新的规划[10]。
1.2.2国内外现状
到目前位置，因为国外优先提出智能电网的方案，所以欧美国家在智能电网的研究中已经处于领先水平[11]，随着配电网通信技术的不断发展，欧美国家已经研究出了一套完全的分布网络管理系统，该系统由配电通信，远程控制，远程抄表等系统组成。其智能化的要求已经基本能够满足人们对电力系统的需求。
近年来，中国在配电网通信技术方面的研究成果很多，在与外国的差距逐渐变小的情况下，配电网技术在实践中慢慢的得到应用，但是，中国设计的分布整体的通信系统只能覆盖比较小的范围，生产调度设备以及智能控制等方面所开发出的产品没有广泛的市场空间[14,15]。所以我国配电网通信技术还处于一个应用研究阶段。一方面，在配电网中所使用产品的统一规格不足，技术的兼容性不够好。另一方面，作为原有的电力体制对分布式能源和储能设置还有着排斥性[12,13]。
使用初期的国产MCU+MCU结构（单片机与单片机通过串口通信的结构），微控制器大部分还是51系列单片机。这类结构对数据并没有过多的处理，使得在一定范围内，限制了计算机的能力。目前，市场上出现了新的产品，该产品有两种结构，一个是采用了ARM集成DSP的结构，还有一个是DSP集成MCU的结构，这些产品的诞生，使得计算机对数据的处理有了良好的运用和决策。DSP用于测量数据信号，单片机或者ARM负责其他功能。这两种结构的产品虽然满足了性能要求，但不容易设计，十分复杂，并且不容易保证可靠性。在产品开发和应用过程中，所选择芯片的性能，关于输入信号的处理及采样点的数量，计算结果的误差大小都是关键的因素，这些都限制配电网系统的最终自动化[16]。
2.系统分析
2.1可行性分析
关于可行性的问题，将通过法律和技术方面对的智能配电终端网络通信系统进行必要的研究分析。
2.1.1法律可行性
根据《计算机软件保护条例》第二十一条规定，合法持有该软件副本的单位和公民有权在未经软件所有者同意的情况下享有下列权利。
1.根据需要将软件加载到计算机中。
2.制作备份副本进行归档。但是这些复制品不得以任何方式提供给他人。要是持有者失去了其所拥有的软件的持有权，那么这些制作备份的所有副本必须销毁。
3.对计算机的功能和在创作时所需的应用环境进行一定的修改。
目 录
1.引言 1
1.1研究背景 1
1.2研究现状 1
2.系统分析 2
2.1可行性分析 2
2.2系统开发工具 3
2.3系统开发技术 5
3.系统总体设计 6
3.1系统模块结构设计 6
3.2系统功能设计 7
3.3 STM32F4最小系统 11
3.4 UCOSⅡ移植 15
4.系统详细设计 17
4.1 IEC101规约链路建立的编程实现 17
4.2 IEC101规约的数据帧分析 19
4.3 IEC101规约的流程分析 20
4.4 IEC101规约的代码设计 24
5.系统测试 24
5.1测试目的 24
5.2测试步骤 25
5.3测试内容及结果 25
5.4测试结果分析 27
结论 28
致谢 29
参考文献 30
1.引言
1.1研究背景
二十一世纪，人类面临许多巨大的危机，其中能源的安全问题以及气候的变化是目前人类面临的重大挑战。为了应对这些挑战，欧美等发达国家都相继提出了智能电网建设的设想。希望使用智能电网技术来解决利用大规模可再生资源、优化大规模资源以及大规模接入电动汽车等一系列的问题。目前，这个设想已经得到了各国的认可和响应，并且这个设想也证实了智能电网的可靠性。所以各国现在都致力于智能电网的建设和研究[1,2]。
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感技术、信息技术、先进决策系统、系统方法和先进的通信手段与传统的理论网格相结合。产生的一种新型的电网，这种新型的电网不但可以确保电力系统的安全性和可靠性，同时也满足了用户对电力使用的需求，达到了人们友好和安全使用电力的目标。
其中，智能配电网是在建设智能电网时的研究要点。而要实现智能配电网，通信技术就尤为重要。在没有先进的通信网络的情况下，任何智能配电网的优点都没有办法体现。所以要实现智能电网，关键的一步就是建立双向、高速、集成的通信网络[3,5]。
1.2研究现状
1.2.1配电网通信现状
目前，在配电网络上有很多通信系统的访问模式（包括PLC技术、微波、GSM/CDMA等）。但是，配电网通信缺乏统一的网络规划，通信信道的稳定性不好，而且由于数据传输速度比较低的原因安全性也很低，技术设计和基准不同，电力系统的现有资源无法得到有效的利用，通信功能对互动性的支持不够，并且，在将来还缺乏扩大新业务的能力[6,7]。连接到电力系统的分布式电源的数量过多，对用户所需电力质量的提高，系统要求电力网的可靠性增加[7]，通过现有的配电网通信系统，无法满足人们对新型供应电形式的要求。这主要表现在以下几个方面：
1.强调智能配电网络与用户之间的相互作用，需要双向通信网络[8,9]。
2.混合充电车辆的普及和用户的需求响应，需要进行智能配电网的实时监控。
3.如果配电网规模的尺寸变大的话，会产生更多的数据。
4.因为在配电网中连接到过多的分布式电源，所以必须设法在规定的实际时间进行控制和管理。
可以看到为了满足配电系统可靠性、安全性、稳定性方面的要求，需要对现有的配电网系统做出新的规划[10]。
1.2.2国内外现状
到目前位置，因为国外优先提出智能电网的方案，所以欧美国家在智能电网的研究中已经处于领先水平[11]，随着配电网通信技术的不断发展，欧美国家已经研究出了一套完全的分布网络管理系统，该系统由配电通信，远程控制，远程抄表等系统组成。其智能化的要求已经基本能够满足人们对电力系统的需求。
近年来，中国在配电网通信技术方面的研究成果很多，在与外国的差距逐渐变小的情况下，配电网技术在实践中慢慢的得到应用，但是，中国设计的分布整体的通信系统只能覆盖比较小的范围，生产调度设备以及智能控制等方面所开发出的产品没有广泛的市场空间[14,15]。所以我国配电网通信技术还处于一个应用研究阶段。一方面，在配电网中所使用产品的统一规格不足，技术的兼容性不够好。另一方面，作为原有的电力体制对分布式能源和储能设置还有着排斥性[12,13]。
使用初期的国产MCU+MCU结构（单片机与单片机通过串口通信的结构），微控制器大部分还是51系列单片机。这类结构对数据并没有过多的处理，使得在一定范围内，限制了计算机的能力。目前，市场上出现了新的产品，该产品有两种结构，一个是采用了ARM集成DSP的结构，还有一个是DSP集成MCU的结构，这些产品的诞生，使得计算机对数据的处理有了良好的运用和决策。DSP用于测量数据信号，单片机或者ARM负责其他功能。这两种结构的产品虽然满足了性能要求，但不容易设计，十分复杂，并且不容易保证可靠性。在产品开发和应用过程中，所选择芯片的性能，关于输入信号的处理及采样点的数量，计算结果的误差大小都是关键的因素，这些都限制配电网系统的最终自动化[16]。
2.系统分析
2.1可行性分析
关于可行性的问题，将通过法律和技术方面对的智能配电终端网络通信系统进行必要的研究分析。
2.1.1法律可行性
根据《计算机软件保护条例》第二十一条规定，合法持有该软件副本的单位和公民有权在未经软件所有者同意的情况下享有下列权利。
1.根据需要将软件加载到计算机中。
2.制作备份副本进行归档。但是这些复制品不得以任何方式提供给他人。要是持有者失去了其所拥有的软件的持有权，那么这些制作备份的所有副本必须销毁。
3.对计算机的功能和在创作时所需的应用环境进行一定的修改。
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