刍议智能配变电监控终端的设计应用.doc

1、刍议智能配变电监控终端的设计应用摘要：本文对配变电监控系统进行探究，分析配变电监控系统的组成，对其划分层次、制定方案，从整体上解析只能配变电监控系统的设计，对同行从业人员的设计方法有一定的参考价值。 关键词：智能配变电；监控系统；监控终端；设计应用 中图分类号：TM421 文献标识码：A 0 引言 配变电监控系统采用先进的 32 位 ARM 技术和新型电能测量集成芯片ADE7758，简化了配变电安全监控系统的设计难度，可以做到全电子或真正的固体化、静止化，利于提高性能，降低成本。本论文主要针对配变电监控体系的开发设计进行研究，以期实现配电网的智能监控与管理，并和同行分享。 1 配变电安全盆控系

2、统的硬件没计 根据实际要求，采用模块化设计，将系统划分为电源模块、信号采集、数据处理和存储、通信模块、人机接口模块和系统调试模块，具体内容参见本章后续小节。各功能模块有机的结合，则构成了一个系统，总体框图如下图所示: 电源模块分为常用供电电源模块、电源监控模块和备用电源模块两部分。当常用供电电源突然下降时，电源监控模块检测一个低压值，此时 CPU 立即启动控制信号，启用备用电源，为 CPU 和 FLASH 模块提供电源，保障将 CPU 里面的数据全部转移到 FLASH 中。 信号采集模块采样新型高精度 3 相电能测量集成芯片 ADE7758 将电流互感器(CT)和电压互感器(VT)输出的模拟信

3、号转换为数字信号并计算出三相电压、电流值，有功功率，无功功率，视在功率，有功电能，无功电能，功率因素，以及过零检测。 数据处理和存储主要是扩展 FLASH 和 SRAM 电路。通讯模块分为串口通讯(RS232 和 RS485)、无线模块、GPRS 模块和 USB 模块。人机接口电路分为键盘输入指示灯和 LCD 显示。 1.1ARM 技术特点。ARM 技术具有很高的性能和功效，容易被厂商接受。同时，合作伙伴的增多，可获得更多的第三方工具、制造和软件支持，又使整个系统成本降低，使产品进入市场的时间加快，从而具有更大的竞争优势。 1.2ARM 内核。传统的 CISC 结构有其固有的缺点，即随着计算机

4、技术的发展而不断引入新的复杂的指令集，为支持这些新增的指令，计算机的体系结构会越来越复杂，然而，在 CISC 指令集的各种指令中，其使用频率却相差悬殊，大约有 20%的指令会被反复使用，占整个程序代码的80%。而余下的 8 既的指令却不经常使用，在程序设计中只占 2 既，显然，这种结构是不太合理的。基于以上的不合理性，1979 年美国加州大学伯克利分校提出了租 RISC 的概念，RISC 并非只是简单地去减少指令，而是把着眼点放在了如何使计算机的结构更加简单合理地提高运算速度上。RISC 体系的一般特点有: 1)体积小、低功耗、低成本、高性能；2)绝大多数操作都在寄存器中进行，通过 Load/

5、Store 的体系结构在内存和寄存器之间传递数据；3)寻址方式简单；4)采用固定长度的指令格式；5)具有大量的寄存器；6)支持 Thumb16 位/ARM32 位双指令集能很好的兼容 8 位/16 位器件。 采用先进的 32 位 ARM 处理器 LPC2214 和新型高精度 3 相电能测量集成芯片 ADE7758，研究出一种全周波交流采样电路和信号处理电路。系统不仅拥有更高的工作频率和数据处理能力，为谐波测量和 FFT 运算提供了保证，而且降低了设计难度，弥补了传统设计方案中的不足。系统不仅能够抵抗高强度的电磁干扰，而且为配变电安全监控提供了保障。 2 配变电安全监控系统的软件设计 系统软件由

6、汇编语言和 C 语言编写。汇编语言编写 ARM 启动代码，在芯片上电或复位时，完成系统初始化。系统初始化后，最重要的一个操作就是检测系统供电电源是否正常。如果系统供电电源不正常，而进行运作，会导致非常严重的后果，不过，系统此时会立即启动备用电源，将当前数据、日数据、月数据都保存到 FLASH 里面。如果数据都保存完后，还未恢复正常供电，则关闭备用电源，系统自动光机。若系统恢复正常供电，则进入初始化程序，置供电正常标志。此时，其他程序都是以秒间隔为标志有序的循环运行。 配变电实时监控。主站可以通过 GPRS 或无线模块向配变电安全监控系统发出“请求 1 类数据”命令，实时监控配变电安全监控系统或

7、电力系统当前运行状况。以请求“FN25_当前三相及总有”无功功率、功率因数，三相电压、电流、零序电流”为例，叙述“请求 1 类数据”方法。 当前三相及总有无功功率、功率因数，三相电压、电流、零序电流菜单栏中的“负控命令”下拉选项中，选择“请求 1 类数据” 。弹出“测试 1 类数据”窗口， “选择”栏内的信息类标识 PN 的下拉列表中，选择“FN25_当前三相及总有”无功功率、功率因数，三相电压、电流、零序电流” ；信息点标识 PN 的下拉列表中，选择“PNI 测量点号 1”。然后点击”召唤数据”按键，请求配变电安全监控系统的相关信息。在”收发帧显示”框中，将显示“发送”和“接收”报文具体内容

8、；在“响应显示”框中，将显示当前三相及总有无功功率、功率因数，三相电压、电流、零序电流相关信息。 3 通信规约设计 主站和终端设备之间的远程通讯媒介原则上可以采用多种方式，本系统支持电话、载波、光纤、无线电台、以及目前流行的 SMS 短信、GPRS 技术，用户可以根据其实际情况和当地网络情况综合考虑、选择。考虑到本系统针对对象是地域分布广、数量大的专用和一些公用配电网，综合考虑电磁干扰、抗雷击、实时性、可靠性、施工方便、投资成本以及通讯发展走向等因素，使用公用无线信道的 SMS、GPRS 通信方式无疑是一个比较好的选择。下面简单分析基于无线 GPRS 技术的配变电监控终端通信方式。 当开关监控

9、单元 FTU 上的 GPRS 模块上电之后，即通过移动公司的网络连接到了互连网上，可以将其看作互连网上的一个客户端，当服务器端的 IP 地址及端口号确定之后，该 FTU 终端即可连接上服务器，而在互连网上端到端的连接采用 Socket 套接字通信是比较成熟的方式。 socket 实质上提供了进程通信的端点。进程通信之前，双方首先必须各自创建一个端点，否则是没有办法建立联系并相互通信的。正如打电话之前，双方必须各自拥有一台电话机一样。在网间网内部，每一个 socket 用一个半相关描述：一个完整的 socket 有一个本地唯一的 socket 号，由操作系统分配。 在配电网自动化系统的 GPRS

10、 通信中，应用程序的网络通信归根结底是利用相同的通信协议来完成信息的传输，应用程序和 Winsock 都工作在 Windows 的用户模式下，操作系统仅仅通过 Winsock 是不能完成网络间的通信，还需要底层的支持，而套接字仿真器（套接字核心模式驱动程序）和传输驱动程序接口是负责操作系统核心态环境下的网络通信，起到了 Winsock 和传输协议之间的通信桥梁作用，由于我们传输的对象多为配电系统的数据量文件，因此需要对系统的发送缓冲区和接收缓冲区作相应的设定，以保障大数据量的文件数据的发送和接收，从而实现在窄带环境下依然实现配电网自动化系统的相关数据的 GPRS 传输通信。 4 总结 配变电安

11、全监控系统具备计量电力参数、远程自动化实时抄表、电力异常信息自动报警、电能质量检测、用电检查和配电房温湿度调节等功能。系统能监控电力运行状况，自动进行无功补偿，减小供电线路中的有功损耗，降低变送电设备、供电线路、用电设备发热量，使得供电局工作人员迅速采取合理的措施，防止事故发生和遏止事故进一步扩大，防止灾害的发生。 参考文献: 1王斌，配电自动化系统终端的技术发展历程、现状和趋势J.电气应用，2005，24(7):14 一 16. 2韦文祥，基于 ARM 和 Uc/OS 一 11 的远程配变监控终端的研究与设计硕士学位论文D长沙:湖南大学，2006. 3赵会英，配网自动化与配变终端装置设计硕士学位论文D.南京:南京理工大学，2004. 4 董剑利,周丹.通用 GPS 授时同步监控系统的设计与实现J.计算机工程与设计,2007, 3006-3008.