摘要：本文对GIS智能终端进行了简单介绍，并从功能、硬件设备与软件系统三个层面对智能控制单元进行了详细分析，旨在明确智能控制单元的功能优势与结构优势，加速其推广应用，为智能终端一体化发展打下基础。
关键词：GIS；智能终端；智能控制单元
引言：GIS智能终端是一种体积小、可靠性高、响应迅速的一次电气控制设备。是变电站智能化管理转型实现的主要手段之一。而智能控制单元作为智能终端中的重要组成部分，是其体积小、可靠性高等优点的主要来源。
1 GIS智能终端的功能分析
智能终端是变电系统中对一次电气设备进行监测与控制的智能化设备，是一种变电系统自动保护实现手段，也是变电系统自我保护执行主体。其功能实现的主要手段为通过对变电系统运行产生信息的采集、合并、处理，最终控制断路器与隔离开关执行命令。
现阶段应用范围较广的智能终端通常有两部分结构组成，即信息处理及指令发出的区域——智能终端总控系统与智能终端中负责信息采集与响应的前端结构——智能控制单元。
智能终端主控系统的功能主要有：
第一，数据的采集转换与通信功能，主要负责一次电气设备信息的上传与二次电气设备信息的响应。
第二，接口便捷查看功能。
第三，自我检测及异常警报功能。
第四，接收B码同步信号。
第五，一次设备信息采集功能，即能够接收智能控制单元的多种信号并自动进行整理。
智能控制单元功能在下一章节会详细介绍。
2 智能控制单元分析
不同于传统继电保护中使用的简单逻辑回路，智能控制单元是多种技术综合运用开发而出的体积小型化、功能一体化的继电保护设备。其开发进程中涉及到微电子技术、智能控制技术、数据采集技术与光纤通讯技术，具备较高的实际应用价值[1]。
2.1 智能控制单元功能分析
2.1.1数据采集功能
数据采集是智能控制单元的基础功能，也是继电保护实现的必备流程，其采集的数据形式主要包含两种：
第一种为电气设备运行中产生的直接信号，如断路器、隔离开关等具备开合功能设备的开合状态，是电气设备运行状态判断与自我保护实现的基础参考信息。
第二种为电气设备运行中数据的模拟信号，如电流、温度、湿度、压力等状态反映信息。这些信息是电气设备运行故障判断依据，也是继电保护实现的必备数据支撑。
2.1.2开关设备控制功能
开关设备控制功能是智能控制单元中，“控制”的主要体现，也是当电气设备运行故障时，继电保护的执行手段。从理论上分析，开关设备控制功能的实现并不复杂，仅仅是对上端信号的解读及开关的控制。智能控制单元在开关设备控制功能层面最大的特色在于其控制实现的手段是软件编程而非逻辑回路，这也就导致了智能控制单元中导线结构设计较为简单，且其通过光纤网络通信的方式，在高稳定性的同时，也节省了大量的电缆铺设。总的来说，智能控制单元开关设备控制最大的优势在于其物理结构简单，节省了大量线路铺设成本，为设备整体精简化、小型化提供了可能性。
2.1.3报文通信分析
报文通信分析功能是智能控制单元正确解读二次电气设备信息，并向一次电气设备发出准确指令的基础。为保证信息传递的正确性，现阶段GIS系统中采用的通信方式为面向通用对象的GOOSE报文通信方式。该种通信方式最大的优点在于其采用P2P高效传递方式，传输过程中数据直接作用于链路层，避免了变电站网络中大量数据传输产生的信息接收延迟，一次电气设备控制具备更高的实时响应效果。此外，该种通信方式采用一对多信息传递逻辑，能够实现多个电气设备的同时控制。但需要注意的是，智能控制单元相较于传统一对一电缆控制结构，其基础逻辑并未发生变化，主要优点在于节省了大量的电缆布置结构，在大量信息同时处理、响应进程中具备一定的优势。
2.1.4 状态信息可视化功能
状态信息可视化功能的存在主要为变电站工作人员操作便捷，其不作为智能控制单元的基础功能。状态信息可视化也是通过外接显示设备实现的，也就是状态信息可视化功能对于智能控制单元功能的完善性与结构的全面性无影响，本文在功能分析与后续硬件、软件分析中均不作为重点内容论述。
2.2 智能控制单元硬件设备分析
硬件设备是智能控制单元的载体，也是其命令执行的结构，硬件设备质量对于智能控制单元功能正常发挥有重大价值。而硬件设备的质量主要包含两方面内容：第一，硬件设备功能的完备性与可靠性，即能稳定支撑智能控制单元软件系统发挥其功能，且仍具备一定的剩余空间；第二，运行环境的适应，在变电站中主要指电磁干扰的抵抗。GIS运行中电磁干扰的主要来源有：第一，周边电缆中高额电流产生的磁场或者电缆故障时发射的高频载波；智能控制单元运行进程中内部电感、电容互相感应产生的电磁干扰。现阶段智能控制单元中常用的电磁干扰规避技术有滤波器的添加、接地疏导释放能量、冲击防护装置、电容并联等。需要注意的是，这些防护措施是针对不同种类电磁干扰现象，不同措施之间不具备相互替代的功能，实际使用进程中需要结合实际需求从中选择多项或者全部，保证硬件设备的正常运转。
智能控制单元硬件设备基础结构有处理器模块、电源电路模块、复位电路模块、端口模块、储存电路模块、通信模块、开关控制模块、模拟量处理模块。每个模块都拥有自身不可替代的功能与特殊设计需求，如处理器模块，其功能为信号的接受、解析与指令的发出，其设计需求主要为高运行容量、操作系统支持、中断功能提供、数据接收、解析与传出等。因此，在芯片选择进程中要以上述功能为主要衡量标准；如电源电路模块，其主要功能为芯片运转支撑，因此，其设计思路也为芯片功能满足为核心，加之一定的稳定性要求与自我保护措施。如复位电路主要功能为故障发生时帮助主电路恢复正常工作，其设计核心为可远程操控特定脉冲发出控制芯片。
2.3 智能控制单元的软件系统分析
软件是智能控制单元功能实现主要的逻辑操控系统，同样作为智能控制单元的基础组成结构[2]。软件设计的主体思路为依据系统需要的功能，针对性设计软件系统结构，并通过不同的模块实现不同的功能需求，这种设计模式具备逻辑结构清晰，运行稳定的特征。软件系统设计的基础要求为准确性高、安全性强、稳定性好、具备良好的延展性与简单明了的逻辑结构。软件系统设计的主要步骤有主程序设计、系统采集程序设计与网络通信程序设计，与硬件设备选择与设计类似，每个模块均担负有不同的职责，如主程序主要负责子程序的调用与软件系统的自我检验，是智能控制单元功能实现的第一步；数据采集程序即，开关信号及模拟信号收集控制的主要手段；网络通信程序是信号传输与分析实现的主要区域。出于变电站数据量大、信息种类多等特点考量，软件设计进程中采用的基础语言逻辑必须具备较强的兼容性与适应性，能够实现多种功能的编辑。这种背景下，C语言为最佳选择，且现代智能控制单元软件系统设计中C语言也是应用最为广泛的语言逻辑。但作为一种调用极少的语言逻辑结构，软件开发进程常需要消耗大量的时间进行逻辑校对。
结论：智能控制单元是现代变电站中应用较为广泛的一次电气设备控制手段，其具备响应时间短、精准程度高、消除了传统技术手段中复杂导线结构的优点，有较为强大的技术优势与广阔的应用前景，值得加大研究力度与推广力度。
参考文献：
[1]李三百,陈伟.一种基于GIS的综合业务接入区规划功能的研究[J].电信科学,2019,35(S1):230-235.
[2]王湘涛. 小型化GIS智能终端的研制[D].西安工程大学,2017.