【正文】 上的電力參數(shù)信息 ,當(dāng)存儲數(shù)據(jù)達到一定容量時 ,再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到 NAND Flash 中 ,保證了數(shù)據(jù)的實時性同時 ,事件計數(shù)器用于記錄需要抄寫的外部電能表的電能脈沖 ,這樣系統(tǒng)掉電時不會漏失任何的電能計量信息。 LCD 模塊的復(fù)位信號與其他外圍電路公用，由 GPIO 提供，而數(shù)據(jù)與其他控制信號由擴展總線提供，而 LED 則采用 3 個 ULN2021A 驅(qū)動，指示開關(guān)控控制信號、電源電路、電能計量和通訊電路的工作狀態(tài)。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 AT 91 S A M 7 S 256 G P R S 模塊 S I M 卡 圖 39 GPRS 模塊接口電路 鄧裕峰：智能配電網(wǎng)監(jiān)測終端的設(shè)計 26 第 4 章 電能表模塊的設(shè)計與實現(xiàn) 電能表模塊總體結(jié)構(gòu) 電能表模塊 的職責(zé)是采集電力系統(tǒng)的多項物理量。正常工作最大信號電平為 +，最大承受電壓為 +6V。合相有功功率按公式 4. 4 計算得到。 數(shù)據(jù)采集與處理電路如圖 46 所示。 其結(jié)構(gòu)圖如圖 45 所示。 起結(jié)構(gòu)框圖和管腳簡圖分別如圖 42 和圖 43 所示。 1 14 1 17 1 20 V2P/V2N V4P/V4N V5P/V5N 輸入 A, B, C 相電壓信道正、負模擬輸入引腳。 VR3 和 VR4 為自恢復(fù)保險，防止信號線過流， D22 為穩(wěn)壓管，防止信號線間過壓 。 按鍵控制與人機交互 在整個監(jiān)測終端，按鍵控制是最重要的輸入部件之一，用于手動操作終端實現(xiàn)諸如鄧裕峰：智能配電網(wǎng)監(jiān)測終端的設(shè)計 22 上翻、下翻、確定、取消和復(fù)位等功能。這樣 ,一旦掉電 ,會丟失部分電能脈沖值 ,造成電表精度降低。及狀態(tài)信息斷路器、隔離開關(guān)等設(shè)備的工況以及告警之類信號。配 電 網(wǎng) 電 流 信 號 采 集 是 通 過 LCTA21CE (40 A/20 m A)微型精密電 流變 換 器 ，再配合一定的外圍采樣電路，轉(zhuǎn)換成差分電壓信號送入 ADE7878 的電流信號輸入端。此方法軟件設(shè)計簡單 ,計算速度快 ,對采樣值只需作比例變換即可得到被測量的數(shù)值。而早建設(shè)好智能配電網(wǎng)，研制和利用好配電智能終端系統(tǒng)是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，目前配電系統(tǒng)中已有成熟的配電自動化終端，這些終端一般具備串行接口或者網(wǎng)絡(luò)接口，支持多種協(xié)議并可實現(xiàn)遙測遙控。 智能配電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)是充分利用現(xiàn)代化管理理念， 采用先進的計算機、電力電子、數(shù)字控制，通信、信息和傳感器等技術(shù)，實現(xiàn)配電網(wǎng)的高度融合，使配電網(wǎng)可靠性、運行效率、供電質(zhì)量和主要技術(shù)裝備達到更搞水平。因而，配電系統(tǒng)自動化的研究與應(yīng)用就顯得特別重要。 distribution monitoring terminal。 智能電網(wǎng)可以通過電子終端將用戶之間、用戶和電網(wǎng)公司之間形成網(wǎng)絡(luò)互動和即時連接，實現(xiàn)電力數(shù)據(jù)讀取的實時、高速、雙向，實現(xiàn)電力、電訊、電視、智能家電控制和電池集成充電等的多用途開發(fā)以及用戶富裕電能的回售；整合系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，完善中央電力體系的集成作用，實現(xiàn)有效的臨界負荷保護，實現(xiàn)各種電源和客戶終端與電網(wǎng)的無縫互連，提高整個電網(wǎng)的可靠性、可用性和綜合效率。但其機械結(jié)構(gòu)和電磁通量結(jié)構(gòu)一般比較復(fù)雜，測量的精度也是很難提高，并且無法提供諸如有功功率、功率因數(shù)等電矢量，難以輸出數(shù)字化信號，電網(wǎng)智能化工作因此很難 鋪展開來。片上資源豐富，具有 256 k 16 bit 的 Flash 存儲器 ， 34k 16bit 的 SRAM ， 3 個 32 位 CPU 定 時 器 ， 3 個 SCI(UART)模塊 ， 1 SPI 模塊 ， 1 路 I2C 總線 ， 2 通道 CAN 總線和 2 個多通道 Mc BSP 模塊等 。按鍵與及顯示模塊等組成。由于鐵電效應(yīng)是鐵電晶體所固有的一中偏振極化特性，與電磁作用無關(guān) ,所以存儲器的內(nèi)容不會受到外界條件諸如磁場因素的影響 ,能夠同普通存儲器一樣使用 ,具有易失性的存儲特性。 Z1 為 12V穩(wěn)壓管，用于濾除低于 12V 的干擾信號， D1 保護光禍免遭反向擊穿。反之，當(dāng) RS485 接收數(shù)據(jù)時， TXD鄧裕峰：智能配電網(wǎng)監(jiān)測終端的設(shè)計 24 輸出為高電平， D23 截止，信號經(jīng)由 R58 使非門輸入為高，則 DE 與 /RE 輸入為低，SN65LBC184D 接收器輸出使能。 ATT7022B 引腳描述 ATT7022B 的主要引腳布局如表 41 所示： 表 41 ATT7022B 主要引腳功能 引腳 標(biāo)識 特性 功能描述 1 RESET 輸入 復(fù)位管腳，地點憑有效 2 SIG 輸出 ATT7022B 上電復(fù)位或一場原因重新啟動時， SIG 變?yōu)榈碗娖?，?dāng)外部 MCU通過 SPI 寫入較表數(shù)據(jù)后， SIG立即變?yōu)楦唠娖?。可以對基波有功、無功功率進行測量，提供脈沖輸出 CF3 和 CF4 提供瞬時基波有功功率以及基波無功功率信息，可直接用于基波的校正。 電流輸入20 Ω1 . 2 K Ω1 . 2 K Ω10 nF10 K Ω10 K ΩVPVNR E F O U T1 . 5 （ 6 ） / 5 mA10 nF 圖 44 電流采樣輸入電路 電壓采樣輸入方案 電壓采樣輸入信號最高可達 500V，而 ATT7022B的電壓輸入范圍是 01 V(有效值 )，因此 ATT7022B 的電壓輸入采用內(nèi)部放大四倍。為了在上電和單片機復(fù)位后， ATT7022B 能與 STC12C5412 同步工作， ATT7022B 的復(fù)位需要由 STC12C5412 的P1. 0 口控制。 （ 4） 有 /無功電能測量： 有功能量： Ep= ∫p(t)dt () 無功能量： Eq = ∫q(t)dt () 合相代數(shù)和累加： Ept = Epa+ Epb+Epc () 合相絕對值累加： Eqt = Eqa+Eqb+Eqc () 有功 /無功能量通過瞬時有功 /無功功率對時間的積分得到。 27 CF1 輸出 有功電能脈沖暑促，其頻率反應(yīng)合相平均有功功率的大小。 三相電能計量芯片 ATT7022B 芯片簡介 表模塊的核心部件 ATT7022B 是珠海炬力公司推出的一款高可靠性、高精度、高穩(wěn)定性的三相基波 /諧波電能計量芯片，適用于三相三線或三相四線制應(yīng)用，在 1000:1 的動態(tài)范圍內(nèi)功率測量精度優(yōu)于 0. 1%，電流和電壓的有效值測量精度優(yōu)于 0. 5%。該接口允許在簡單的一對雙絞線上進行多點主從式半雙工通信，有良好的噪聲抑制和高度可靠性。 類似于高壓輸電側(cè)，配電側(cè)的電力系統(tǒng)開關(guān)包括斷路器、隔離開關(guān)等，所以開關(guān)量檢測應(yīng)包括開合狀態(tài)、保護信號、自動重合閘的動作狀態(tài)預(yù)計設(shè)備的運行狀態(tài)等信息。 數(shù)據(jù)分析與處理電路 (核心控制部件 ) 信號及數(shù)據(jù)采集電路 人機接口電路 數(shù)據(jù)通信接口電路 控制輸出電路 鄧裕峰：智能配電網(wǎng)監(jiān)測終端的設(shè)計 18 第 3 章 主控電路設(shè)計與實現(xiàn) 主控總體結(jié)構(gòu) 主控板是整個監(jiān)測終端的核心部分，主要負責(zé)接收主站的查詢及控制信息；對模塊的采集結(jié)果進行計算、統(tǒng)計分析生成各種統(tǒng)計量；監(jiān)測開關(guān)狀態(tài)，出現(xiàn)異常及時報警，并控制開關(guān)的分合；就地存儲、現(xiàn)實數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息。根據(jù)設(shè)計目標(biāo)，本設(shè)計中的配電網(wǎng)智能監(jiān)測終端的具體功能需求應(yīng)如下： （ 1） 對測量的數(shù)據(jù)饋入具有實時傳輸能力 可以整點或者定時記錄三相交流點的測量數(shù)據(jù)包括三相電壓、三相電流、視在功率、頻率以及諧波等物理量，并且統(tǒng)計各參數(shù)的峰值、平均值和超標(biāo)時間等等的數(shù)據(jù)，并可以在主站需要時及時發(fā)送。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 本文的主要內(nèi)容與結(jié)構(gòu) 本文在闡述了我國配電網(wǎng)現(xiàn)狀和實現(xiàn)配電監(jiān)控自動化的目的和意義的基礎(chǔ)上 ,分析了國內(nèi) 配電監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀 ,比較了目前各種配電監(jiān)測終端實現(xiàn)方法 ,針對實際應(yīng)用中存在的精度 、價格、通信、可靠性等問題 ,提出了一種高精度、高可靠性的配變監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案 ,并完成了樣機的制作與調(diào)試。目前電力技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)使電網(wǎng)主見呈現(xiàn)出諸多新特征諸如自愈、兼容、集成、優(yōu)化等，而電力市場的邊個，又對電網(wǎng)的自動化、信息化水平提出了更高的要求。本課題就是基于配電變壓器為主的智能監(jiān)測終端 而進行的一項設(shè)計。而智能監(jiān)測終端是在輸 /配電網(wǎng)智能化道路上非常關(guān)鍵的一個物理環(huán)節(jié)，為所有信息交互、電力調(diào)度等進一步智能化電網(wǎng)操作提供硬件支持，顯然有非常重要的意義。現(xiàn)有電網(wǎng)總體上是一個剛性系統(tǒng)，智能化程度仍然較低， 電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制能力不理想，系統(tǒng)自愈及自恢復(fù)能力完全依賴于物理冗余，對用戶的服務(wù)形式簡單，信息簡單，缺乏良好的信息共享機制。未然配電系統(tǒng)自動化的相關(guān)研究，如配電網(wǎng)的自動檢測、自動管理與自動控制逐漸成為一 個重要的額研究方向。隨著時代進步，電網(wǎng)也在不斷吸納工業(yè)化、信息化成果，使得各種先進技術(shù)在電網(wǎng)中得到集成應(yīng)用，與傳統(tǒng)電力技術(shù)有機融合，極大提升了電力系統(tǒng)功能。以往一般采 用多個采樣保持器加上多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和高速高分辨率的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器來構(gòu)成一個同步采樣模塊的方式逐漸為專于電力系統(tǒng)的高精度同步采樣模塊所取代如 TI 公司的 AD7864,AD 公司 ad73360 的等 ,尤其是帶功能的電能計量芯片出現(xiàn)以及嵌入式芯片從位發(fā)展到 16 位、 32 位 ,處理速度與集成度越來越高 ,為裝置的設(shè)計提供 了強大的技術(shù)支持。 配電終端設(shè)計需求 監(jiān)測系統(tǒng)需要監(jiān)測顯示的電網(wǎng)電量參數(shù)包括電壓有效值、電流有效值、三相總有功功率和實時頻率 。 本設(shè)計的智能監(jiān)測終端由信號及數(shù)據(jù)采集電路、數(shù)據(jù)分析與處理電路、控制輸出電路以及人機接口電路等組成，原理結(jié)構(gòu)簡圖如下： 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 圖 22 配電網(wǎng)智能監(jiān)測終端原理結(jié)構(gòu)圖 配變監(jiān)測管理系統(tǒng)將所有的分布在配電變壓器處的配變監(jiān)測終端聯(lián)接成一個系統(tǒng) ,并 可 將所有配變的運行狀態(tài)、配電網(wǎng)絡(luò)上所有負荷點的電能計量數(shù)據(jù)在配電網(wǎng)絡(luò)模型基礎(chǔ)上進行統(tǒng)一管理 ,形成配電管理系統(tǒng)本身及其它配電管理子系統(tǒng)共享的數(shù)據(jù)資源 ,從而實現(xiàn)配變運狀態(tài)分析、全網(wǎng)無功優(yōu)化、線損分析統(tǒng)計考核、電力市場析、系統(tǒng)經(jīng)營指標(biāo)分析等功能 。 總線和串口的擴展 系統(tǒng)采用 128Mbits 的 NAND FlashK9F2808U0A 存儲 LCD 顯示漢字庫、應(yīng)用程序備份以及各種參數(shù)，利用 AT91SAM7S256 的 12 路 GPI0 模擬外部總線所需的ALE/AD0`8 等信號，其總線擴展圖和中空模塊串行通信接口配置圖如下： 圖 33 主控模塊串行通信接口配置 表模塊通訊 GPRS 模塊 AT91SAM7S256 SC16IS752 RS485 通訊模塊 開關(guān)狀態(tài)采集 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 開關(guān)檢測和控制 開關(guān)采集電路的模塊主要用于監(jiān)測配電開關(guān)的狀態(tài)，并可以實時的把數(shù)據(jù)上傳到主控模塊，并得到主控模塊的回饋信息，對相應(yīng)的開關(guān)進行開合控制或者報警。 RS485 RS485 是電力系統(tǒng)行業(yè)應(yīng)用最為普及的一種標(biāo)準(zhǔn)接口，是一中對點、差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎庖?guī)范。 A T T 7022 B S T C 12 C 5412 上位機電壓信號轉(zhuǎn)換電流信號轉(zhuǎn)換電能脈沖輸出 圖 41 表模塊硬件結(jié)構(gòu)圖 經(jīng)過繼電器和互感器得到的弱電回路信號，在經(jīng)過 ATT7022B 采樣運算后，得到三相電壓、電流、功率因數(shù)等參數(shù)，再通過接口送到表模塊主空氣 STC12C5412，同時該主控器會接收 CPU的控制信號，對采集的數(shù)據(jù)驚醒初步處理，再通過自定義的串行通信協(xié)議將結(jié)果發(fā)送給主控板。 26 SEL 輸入 三項三線 (低電平 )/三相四線 (高電平 )選擇。 （ 3） 視在功率測量： PQS 視在功率： S = √P2 +Q2 () RMS 視在功率： S = Urms?Irms () 由于 ATT7022B 可以直接提供電流和電壓的有效值，所以本設(shè)計中僅采用RMS 視在功率計算。 SIG 是當(dāng) ATT7022B 上電或異常復(fù)位時， STC12C5412 的外部中斷 1 接收到的握手信號。根據(jù)最小絕緣間距、高精度和高穩(wěn)定性等原則，分壓網(wǎng)絡(luò)選用溫度特性較好的四個 590kΩ(600kΩ左右 )和一個 ，精度為1%的插件金屬膜電阻組成。提供兩類視在能量輸出，RMS 視在能量以及 PQS 視在能量， CF3