[0001] 本实用新型涉及智能微电网技术领域，具体涉及一种用于微电网并网运行的实时通信装置。

[0002] 微电网由小型风力发电机、光伏发电、负荷、热泵等设备组成，微电网控制器统一对这些设备进行科学有效的管理，实现能量利用最大化。微电网的控制方式较为灵活，可以脱离主网孤岛运行，也可以连入主网并网运行。由于微电网一般位于城市郊区和工业园区，并网运行通常接入城市配电网，接受配电主站的调度。但由于微电网内部设备众多、结构复杂、负荷多变、出力不平衡，配电主站的调度命令如果不能及时到达微网发电设施，或者微网负荷及发电设施状态不能及时反馈到配电主站，将导致与其相连的配网供电质量发生变化。供电电压偏差、波动和闪变、不平衡度，供电频率偏差，波形畸变率等供电质量指标的变化给配网带来很大的不稳定因素，严重使可能导致配电供电失效。

[0003] 综上所述，微电网并网需要一种快速、实时的通信设备，使微网控制器能将微网负荷和出力状态及时反馈到调度主站，调度主站的命令能够及时送到微网控制器，实现微网设施的快速响应。此外，数字配电网的实施，以及微电网智能化也要求微网设备能实现快速相应。所以，在微电网控制器和与配电主站中心之间部署一种实时高速通信装置变得非常有必要和重要。实用新型内容

[0004] 为了解决上述问题，本实用新型提出了一种用于微电网并网运行的实时通信装置，使微网控制器连入城市配电主网，在配电主站控制下，实现并网运行，达到微网资产收益最大化。

[0005] 本实用新型通过下述技术方案实现：一种用于微电网并网运行的实时通信装置，包括主控模块、安全模块、FPGA通信加速模块、上行通信模块、微网通信模块、状态显示模块、存储模块和电源模块，所述主控模块分别与所述安全模块、所述上行通信模块、所述微网通信模块、所述状态显示模块、所述存储模块连接，所述FPGA通信加速模块分别与所述安全模块、所述上行通信模块、所述微网通信模块连接，所述电源模块为所有模块供电。

[0006] 进一步的，所述状态显示模块包括液晶显示屏和LED灯。

[0007] 进一步的，所述存储模块包括FLASH闪存和DDR3 SDRAM存储器。

[0008] 进一步的，所述上行通信模块包括电连接单元、光连接单元和MAC单元。

[0009] 进一步的，所述电连接单元设有PHY接口。

[0010] 进一步的，所述光连接单元设有PON接口。

[0011] 进一步的，所述微网通信模块设有工业以太网接口、EIA485总线接口和宽带PLC接口。

[0012] 本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

[0013] 1、本实用新型采用FPGA通信加速模块，微网控制器和配电主站的数据通信无需经过主控模块的处理，降低了时延。

[0014] 2、本实用新型内部的安全模块隔离了微网控制器和主网的通信，使微网厂商只关注于控制器的优化，无需关注和不同地域配网的安全通信。

[0015] 3、本实用新型中的上行通信模块包括光连接单元和电连接单元，对配电通信网的适应性强，接入方便，可有效安全地实现微网控制器和配电主站的通信。

[0016] 以下结合附图和具体实施例对本实用新型作详尽说明。

[0019] 实施例一：

[0020] 参见图1，一种用于微电网并网运行的实时通信装置，包括主控模块1、安全模块2、FPGA通信加速模块3、上行通信模块4、微网通信模块5、状态显示模块6、存储模块7和电源模块8，主控模块1分别与安全模块2、上行通信模块4、微网通信模块5、状态显示模块6、存储模块7连接，FPGA通信加速模块3分别与安全模块2、上行通信模块4、微网通信模块5连接，电源模块8为所有模块供电。

[0021] 参见图1，在本实施例中，主控模块1和状态显示模块6连接。状态显示模块6包含液晶显示屏和LED灯，显示实时通信装置的运行状态、微网连接状态、数据传输方向、报警信息、实时上行传输速率、实时下行传输速率、是否加密等信息。

[0022] 参见图1，在本实施例中，存储模块7和主控模块1连接，包括FLASH闪存和DDR3 SDRAM存储器，DDR3 SDRAM存储器作为主控模块程序的运行内存。FLASH闪存中保存引导程序、操作系统镜像以及日志文件等。

[0023] 参见图1，在本实施例中，电源模块8为实时通信装置中所有部件供电，连接上述所有模块。电源模块的输入为市电，通过内部变压，输出直流电压。

[0024] 参见图1，在本实施例中，上行通信模块4用于和配电通信网连接，包括电连接单元、光连接单元和MAC单元。上行通信模块4连接主控模块1和FPGA通信加速模块3。根据配电通信网的接入方式，可以采用电连接单元或者光连接单元，或者同时使用光连接单元和电连接单元。在实施中，电连接单元和光连接单元各自最少包括两个物理接口，电连接单元推荐使用自适应百兆工业以太网PHY接口，光连接单元推荐采用PON接口，支持EPON方式。MAC单元负责拥塞控制、传输和发送隔离和数据缓存等功能。

[0025] 参见图1，在本实施例中，微网通信模块5用于和微网控制器连接，将配电主站的控制命令转发到微网控制器，并将微网控制器的状态数据、微网的运行参数等关键指标传到配电主站。微网通信模块5连接主控模块1和FPGA通信加速模块3。微网通信模块内部包括工业以太网接口、EIA485总线接口和宽带PLC接口，用于和微网控制器连接。工业以太网接口至少两个，10/100Mbps速率自适应，标准RJ45接口。EIA485总线接口至少两路，支持波特率1200～115200bps。宽带PLC接口采用LME3460，最大数据传输率10Mbps。

[0026] 参见图1，在本实施例中，FPGA通信加速模块3连接上行通信模块4、微网通信模块5、安全模块2和主控模块1。此模块的功能是实现上行通信模块接入的城市配电网和微网通信模块连接的微网控制器之间的通信加速。该模块由一块Virtex‑6 HXT FPGA芯片和其外围电路组成，FPGA芯片内部的Block RAM作为数据缓存空间。FPGA通信加速模块内部实现了数据包的拆包和封装，因而能实现低延迟实时通信。

[0027] FPGA通信加速模块3可由Virtex‑6 HXT FPGA芯片实现，将微网通信模块5传递过来的微网运行数据包拆解，然后传输到安全模块2进行加密和签名，再将返回结果按照配电通信网定义的报文格式将数据组成以太网帧并发送到上行通信模块4。对于从上行通信模块4收到的配电主站传递的数据，FPGA通信加速模块3首先进行拆帧，将数据送到安全模块2进行校验并解密，得到原始数据再通过微网通信模块5传递到微网控制器。

[0028] 参见图1，在本实施例中，主控模块1是实时通信装置的核心部件之一，主控模块可以由ARMCortex‑A7架构的i.MX 7Dual芯片实现，具有低功耗和高性能的特点。主控模块1为整个装置的运行控制模块，主控模块连接实时通信装置中的所有部件。主控模块负责管理和控制实时通信装置中的所有部件。为了保证数据包传输的实时性，本实用新型的主控模块只负责管理实时通信装置的运行，进行模块初始化和参数配置。一旦参数配置完成，实时通信装置完成微网控制和配电主站的双向认证后，主控模块不参与微网控制和配电主站的数据传输。

[0029] 参见图1，在本实施例中，安全模块2连接主控模块1和FPGA通信加速模块3。安全模块内部包括经过电力行业全网认证的加密认证安全芯片和安全存储。加密认证安全芯片支持国产SM1、SM和SM3加密算法，以及AES\DES\SHA等国际通用加密算法。加密认证安全芯片还支持电网VPN连接标准。为了保证微网控制器接入配网后的信息安全，防止恶意攻击，通过本装置和配电主站的通信需要加解密，加解密的密钥通过和配电主站协商，配电主站下发后保存在安全模块专用的安全存储单元中。

[0030] 微电网并网运行的实时通信装置可以经由微网通信模块与微电网设备控制器连接，并且经由上行通信模块的电连接单元或者光连接单元与配电通信网连接。

[0031] 本实用新型的应用示例如图2所示。微网控制器通过本实用新型连入城区的配电通信网，和配电主站建立通信连接。此外，多个微网也可以各自通过微电网实时通信装置以及通信网络组成智能微电网通信环网，以采集各个微电网设备的工作参数，调控各个微电网设备的工作状态。

[0032] 微电网并网运行的实时通信装置的运行过程如下所述：

[0033] 1、当第一次将微网控制器和配电通信网连接时，需要和配电主站通信进行设备认证。主控模块通过安全模块获得设备编号和序列号，通过上行通信模块和配电主站交互，配电主站将认证结果发回上行通信模块，上行通信模块传递给主控模块，主控模块将认证结果发到安全模块进行校验。校验正确，认证过程结束，同时将传输密钥保存在安全模块的安全存储中。

[0034] 2、认证完成后，微网模块连接的微网控制器就可以和配电主站进行数据交互。微网控制将微网状态数据A传输到微网模块，微网模块将A传输到FPGA通信加速模块，FPGA通信加速模块将A送到安全模块，安全模块根据保存在安全存储中的密钥对A进行加密，得到数据B，并返回到FPGA通信加速模块。FPGA通信加速模块将数据B成帧，发到上行通信模块。上行通信模块的MAC层根据与配电通信网的连接方式，选择电连接接口或者光连接接口将帧发到配电主站。

[0035] 3、配电主站将加密的控制命令通过配电通信网发到上行通信模块的电连接接口或者光连接接口，再转到MAC层。MAC层对帧进行校验，校验正确将帧传输到FPGA通信加速模块，FPGA通信加速模块将该帧分解，获得其中的控制命令C，然后将C发往安全模块解密，得到返回结果D，将D传输到微网模块，微网模块根据连接方式，转换为相应的命令发到微网控制器，完成命令下发。

[0036] 最后需要说明的是，上面实施例仅用以说明本实用新型技术方案而非限制，虽然参照实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型的精神和相关范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围内。