【正文】 nt power remote monitoring system of technology for the reference field, and mainly power remote monitoring system of the specific function realization and the whole structure analysis and design, on the whole structure by using multilevel circuit boards, terminal on by RS 485 munication interface, Modbus munication protocol, to finally reached the expected to research and design target. Keywords: Electric power systems。 master station 。 第1章 緒論 引言電力系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，電力供應(yīng)和生產(chǎn)晝夜不息，變化頻繁，運(yùn)行狀態(tài)復(fù)雜、信息量大。電力遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)是將數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程傳輸和智能化信息處理應(yīng)用于電能供用與管理系統(tǒng)中的一項(xiàng)綜合性新技術(shù)。目前，美國、歐洲等發(fā)達(dá)國家已把自動(dòng)抄表技術(shù)及電能質(zhì)量的遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)廣泛應(yīng)用于配電管理。隨著電力市場管理改革的不斷深入，對電力遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)的研究必將成為熱點(diǎn)與方向。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，用戶對電能質(zhì)量的要求也愈來愈高，傳統(tǒng)的管理模式不能適應(yīng)用戶的要求。一戶一表的實(shí)施給電力企業(yè)增加了大量的工作量，一個(gè)中等城市戶表數(shù)可達(dá)數(shù)十萬臺(tái)之多。這種變化暴露出了常規(guī)抄表方法越來越多的質(zhì)量和效率問題：錯(cuò)抄、漏抄、估抄。電力遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)正是在這種形勢下應(yīng)運(yùn)而生了。因此，基于自動(dòng)抄表技術(shù)的電力遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)是提高電力營業(yè)管理自動(dòng)化水平的一項(xiàng)重要技術(shù)手段。電力遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對配電變壓器參數(shù)及居民用戶用電量的自動(dòng)抄收，不僅能夠方便廣大用戶、提高供電企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量、樹立電力企業(yè)的良好形象，而且能夠?qū)嵭须娏ζ髽I(yè)的減員增效、降低用電成本，同時(shí)對于加強(qiáng)用電管理、防止國家電力資源的大量流失、杜絕貪污腐敗現(xiàn)象都具有積極的意義。這些系統(tǒng)的實(shí)施給供電企業(yè)和廣大用戶提供了簡捷、準(zhǔn)確的監(jiān)測方式和收繳電費(fèi)手段，抄錄數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，同時(shí)也給用電管理、分析、監(jiān)察、線損計(jì)算提供了有效依據(jù)，提高了用電管理水平。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國從事電力遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)生產(chǎn)和研制的單位已有100余家，國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局受理的自動(dòng)抄表系統(tǒng)的專利已有200多項(xiàng)。主站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)己從單機(jī)、雙機(jī)系統(tǒng)發(fā)展到網(wǎng)絡(luò)，操作系統(tǒng)已從DOS發(fā)展到Windows95／98／NT，系統(tǒng)功能也從單純的抄表功能發(fā)展到具有實(shí)時(shí)線損、遠(yuǎn)程控制、計(jì)費(fèi)及銀行聯(lián)網(wǎng)等功能，有的系統(tǒng)還可以通過實(shí)時(shí)用電統(tǒng)計(jì)監(jiān)測用戶偷電行為。下行信道也從485總線方式發(fā)展到載波方式，終端采集和傳輸產(chǎn)品也呈現(xiàn)了多樣化的局面，產(chǎn)品包括總線采集器／集中器、載波采集器／集中器、單表載波模塊、單表集中器等多種類型。其次，配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的通信系統(tǒng)曰臻完善，也為公用配電變壓器的遠(yuǎn)程監(jiān)測、控制提供了有利條件。 電力遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展趨勢在計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的迅速發(fā)展下，電力遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的方案將會(huì)層出不窮。 基于三網(wǎng)合一的電力遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)三網(wǎng)合一是將通信廣播電視、電信業(yè)務(wù)和多媒體傳輸?shù)榷喾N信息服務(wù)納入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，統(tǒng)一規(guī)劃建立一個(gè)寬頻帶、大容量、高速率的公用信息網(wǎng)絡(luò)?；谌W(wǎng)合一的電力遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的整體采用星型結(jié)構(gòu)，它是以安裝在供電局管理中心的系統(tǒng)工作站為中心，以發(fā)散的形式通過三合一網(wǎng)與分散于個(gè)客戶的抄表器相連接，形成1對N的連接形式。 基于電網(wǎng)的電力遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)近年來，信號處理技術(shù)、通信技術(shù)的進(jìn)步，使得低壓電力載波通信得到了迅速發(fā)展。低壓電力載波通信的歷史可追溯到很遠(yuǎn)，但低壓電力載波通信相比高壓電力載波通信還不太成熟。特別是線路上的寬帶噪聲污染使通信的誤碼率大大增加。這種芯片已有很多公司推出，但仍然存在種種問題(主要是通信距離和穩(wěn)定性)。 基于移動(dòng)通信網(wǎng)的電力遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)目前蜂窩移動(dòng)無線網(wǎng)(GSM)覆蓋面幾乎遍及全國，因此構(gòu)建這種電力遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)時(shí)，完全可以利用現(xiàn)成的GSM無線網(wǎng)絡(luò)而不必重新建設(shè)新的基站。在移動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)的電力遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)中，用電管理中心與各個(gè)集中器都裝有這種無線通信模塊，它們之間的通信是通過撥號接入GSM網(wǎng)，以短消息SMS的模式進(jìn)行上傳數(shù)據(jù)、下達(dá)命令的。由于現(xiàn)階段其價(jià)格偏高(批量購買WAVECOM無線通信模塊約700元人民幣)，所以只能用于抄表系統(tǒng)的上層?；谝苿?dòng)無線網(wǎng)絡(luò)的電力遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)是一種很有潛力的抄表方案，其特點(diǎn)是不許重新組網(wǎng)，方案無需變更就可以推廣到不同地域使用。第2章 電力遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于VB與LabView的電力遠(yuǎn)程監(jiān)測管理系統(tǒng)是一個(gè)三級分布式檢測系統(tǒng)，主要由主站、集中器、采集單元、通信信道、采集終端等5部分組成，如圖1所示。采用電話線撥號方式，通過MODEM的調(diào)制和解調(diào)功能，能夠及時(shí)、方便地進(jìn)行系統(tǒng)的遠(yuǎn)程信息傳輸，與主集中器實(shí)現(xiàn)信息交換；每臺(tái)主集中器通過CAN總線，可以管理10 km內(nèi)安放在各配電變壓器附近的從集中器；從集中器通過RS一485總線，管理變壓器采集單元和低壓居民住戶采集終端；每個(gè)采集終端可以實(shí)現(xiàn)1～16戶居民用戶的電量采集與采集信息傳輸。主站是公用配電變壓器 遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的核心，完成低壓配電變壓器實(shí)時(shí)監(jiān)測和低壓用戶遠(yuǎn)程抄表后的信 息分析與處理，完成監(jiān)測信息輸出、報(bào)警、詩制等功能。計(jì)算機(jī)主站是系統(tǒng)最主要的人機(jī)界面。集中器的作用是對配變數(shù)據(jù)、低壓用戶參數(shù)進(jìn)行采集，并完 成下行信道與上行信道的轉(zhuǎn)換。同時(shí)，集中器還要完成主姑對采集終端、測量終 端的隨機(jī)測量與控制命令傳輸。(3)采集單元采集單元（Acquisition Unit) —一是指實(shí)時(shí)采集臺(tái)區(qū)變壓器電能質(zhì)量參數(shù)（如 電壓、電流、功率因數(shù)、變壓器油溫等）的設(shè)備。5通信接口，集中器可隨時(shí)對其進(jìn)行數(shù)據(jù) 的采集和命令的發(fā)布。采集模塊（Acquisition Module)——采集模塊是指用于采集單個(gè)用戶電能表 電能量信息，并將它處理后通過信道將數(shù)據(jù)傳送到上一級設(shè)備（中級器或集中器） 的專用模塊，采集模塊與采集單元一起，均被安裝在臺(tái)區(qū)變壓器附近。(4)通信信道通信信道一一信號（數(shù)據(jù)）傳輸?shù)拿襟w，如無線電、電力線、電話線等。(5)采集終端采集終端（AcquisitionTerminal)采集終端是指用于采集多個(gè)客戶電能表電能量信息，并經(jīng)處理后通過信道將數(shù)據(jù)傳送到系統(tǒng)上一級（中繼器或集中器）的設(shè)備。在本系統(tǒng)中，采集終端安裝在居民區(qū)，通過導(dǎo)線連接若干個(gè)（1?16個(gè)）居民用戶表（脈沖表）,進(jìn)行脈沖數(shù)累加和存儲(chǔ)。 系統(tǒng)的工作原理 系統(tǒng)的工作過程參見圖1系統(tǒng)初次上電時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行系統(tǒng)的配置狀態(tài)檢查：主站計(jì)算機(jī)發(fā) 送點(diǎn)名命令，查詢從集中器（CAN節(jié)點(diǎn)）個(gè)數(shù)、采集模塊個(gè)數(shù)和采集終端個(gè)數(shù)，并根據(jù)集中器安置情況和采集終端安裝情況自動(dòng)生成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。 主集中器上行信道電力遠(yuǎn)程監(jiān)測管理系統(tǒng)以安裝在供電局的主站為中心，以發(fā)散的形式通過電話線與各臺(tái)變區(qū)域帶MODEM的集中器(該集中器被稱為主集中器,不帶MODEM 的則被稱為從集中器）相連，形成1對N的連接方式，因此，主集中器的上行信 道就是模擬電話線。 MODEM即調(diào)制解調(diào)器，它是Modulator (調(diào)制器）與Demodulator (解調(diào)器） 的簡稱，是最重要的串口通信設(shè)備之一。MODEM和計(jì)算機(jī)RS232的接口連線如圖 2 所示。主站計(jì)算機(jī)端的MODEM從主站串行接收數(shù)據(jù)，經(jīng)過調(diào)制，將該數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，通過電話線網(wǎng)絡(luò)傳送到主集中器端的MODEM。通過MODEM進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)的過程如圖3 所示。AT是Attention(“引起注意”)的縮寫，所有的MODEM命令都由這個(gè)特定的AT命令前綴開始，再以一個(gè)單字符的命令結(jié)束標(biāo)志(回車符)結(jié)尾。PhoneNoamp。其中： 。 主集中器下行信道電力遠(yuǎn)程監(jiān)測管理系統(tǒng)的主、從集中器之間通過CAN總線相連，因此，主集中器的下行信道就是CAN總線，而CAN總線節(jié)點(diǎn)便是從集中器節(jié)點(diǎn)。在實(shí)際運(yùn)行過程中，主集中器收到主站的命令或數(shù)據(jù)后，便將該命令或數(shù)據(jù)通過CAN通信信道傳送給CAN節(jié)點(diǎn)——從集中器；然后，從集中器再將該命令或數(shù)據(jù)下傳到其底層的RS．485總線，并進(jìn)行相關(guān)操作。CAN總線具有以下幾個(gè)重要特點(diǎn)：(I)報(bào)文以短幀傳送，標(biāo)識(shí)符連同RTR位共同規(guī)定了報(bào)文的優(yōu)先權(quán)(其中標(biāo)識(shí)符的高7位不能全為1)，總線按優(yōu)先權(quán)進(jìn)行非破壞性仲裁。其任意節(jié)點(diǎn)任何時(shí)刻都可向總線發(fā)送信息，各節(jié)點(diǎn)通過ACR、AMR進(jìn)行報(bào)文濾波。(4)CAN上某一節(jié)點(diǎn)通過發(fā)送遠(yuǎn)程幀可以申請其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。(5)CAN總線的通信波特率最高可達(dá)1Mbps，通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km，其節(jié)點(diǎn)最多可達(dá)110個(gè)?？梢酝ㄟ^對SJAl000的位定時(shí)寄存器BTR0、BTRl進(jìn)行設(shè)置來實(shí)現(xiàn)不同通信波特率的要求，CAN總線的通信波特率與通信距離有著密切的關(guān)系，一般來說，波特率越高，距離越短，反之亦然。要實(shí)現(xiàn)CAN總線增強(qiáng)模式的選擇，只要設(shè)置SJAl000時(shí)鐘寄存器的第7位一cDR位為“1”即可。 從集中器下行信道當(dāng)從集中器收到來自CAN總線上的命令或數(shù)據(jù)后，便將該命令或數(shù)據(jù)下傳到其底層的RS485總線，并進(jìn)行其相關(guān)操作。建議性標(biāo)準(zhǔn)RS485作為一種多點(diǎn)、差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎庖?guī)范已成為業(yè)界應(yīng)用最為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)通信接口之一。正因?yàn)槿绱?。這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)得到廣泛接受的另外～個(gè)原因是它的通用性，RS485標(biāo)準(zhǔn)只對接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及插件、電纜或協(xié)議，在此基礎(chǔ)上用戶可以建立自已的高層通信協(xié)議。該標(biāo)準(zhǔn)采用集成電路，在一對平衡的互連電纜上傳送差分信號，接收端用差分接收器進(jìn)行信號判決。在使用雙絞線，信號速率小于100kbps時(shí)，傳輸距離可達(dá)1200km?？偩€上掛接的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)因選用的接口驅(qū)動(dòng)芯片而異，最多可接256個(gè)節(jié)點(diǎn)。200mV(7)接收器輸入阻抗：≥12KΩ(8)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：總線型 變壓器運(yùn)行參數(shù)計(jì)算在本系統(tǒng)中，從集中器硬件傳送來的三相電壓和四線電流都是平均值，而計(jì)算機(jī)只能顯示參數(shù)的有效值，因此，必須要進(jìn)行平均值到有效值的轉(zhuǎn)換。電流有效值的轉(zhuǎn)換與其類似。對于一個(gè)周期信號來說，電壓u的有效值就是其均方根值，即 ………………………()另外我們知道，在實(shí)踐中用到的電壓平均值的計(jì)算公式為 ....................()而對于一個(gè)周期正弦電壓信號，由于 ..............