CN101771296B - 电力信息检测与互联自决策分析方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种电力信息检测与互联自决策分析方法及装置，属于电力系统数据采集领域。电力信息检测与互联自决策分析装置包括有总站、控制器和负荷控制终端，控制器和控制器之间通过GPRS通讯；控制器包括处理器、可编程逻辑器件，A/D采样电路、模拟电压电流采集电路、光纤连接接口电路、GPRS模块，其中，模拟电压电流采集电路包括电压测量电路、交流电压信号调理电路、电流测量电路和交流电流信号调理电路，光纤连接接口电路包括一对光电收发器。将本发明装置置于电力网络中，各控制器之间互相通讯，有利于各小区间电力数据的相互监测；同时，由于故障自诊断功能，电力部门通过电力数据判断故障点和故障原因，有利于对电力系统的监控。

Description

电力信息检测与互联自决策分析方法及装置

技术领域

本发明属于电力系统数据采集技术领域，特别涉及一种电力信息检测与互联自决策分析方法及装置。

背景技术

随着经济的持续增长，电力工业在农业、服务业以及人民日常生活中起着重要作用，在日常生活中，电力企业进行电力数据采集，在已有的电力系统装置中，有以下几个部分：主站、GPRS通道、控制器、负荷控制终端及负荷，其中，主站负责远程监控与调度，它与各个控制器之间是通过GPRS通讯的，主站将调度命令通过GPRS通道发送到控制器上，控制器与负荷控制终端之间采用有线通讯和无线通讯两种方式进行通讯；其不足方面是：

1、在已有的控制器中只是简单地把电力数据采集来发送给总站，或者把总站的监控命令传送给负荷控制终端，采用的是点对点的通讯方式，控制器和控制器之间没有实现通讯；

2、已有的电力系统中，控制器不具有自诊断及控制器和控制器彼此之间互相诊断的功能；

3、已有的电力系统成本较高，且无法保证电力数据的采集效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种电力信息检测与互联自决策分析方法及装置，利用该分析方法及装置能够更加快速准确的采集电力系统数据。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明电力信息检测与互联自决策分析装置包括有总站、控制器和负荷控制终端。总站和控制器通过GPRS进行通讯连接，负荷控制终端和控制器通过光纤进行通讯连接，控制器和控制器之间通过GPRS进行通讯连接。

数据采集装置核心部件控制器包括处理器、可编程逻辑器件CPLD、A/D采样电路、模拟电压电流采集电路、光纤连接接口电路、GPRS模块。

其中，模拟电压电流采集电路包括电压测量电路、交流电压信号调理电路、电流测量电路、交流电流信号调理电路；光纤连接接口电路包括光电收发器。连接关系如下：处理器分别与可编程逻辑器件CPLD、光纤连接接口电路及A/D采样电路连接，可编程逻辑器件CPLD分别与光纤连接接口电路和A/D采样电路连接，A/D采样电路分别与处理器和模拟电压电流采集电路相连，GPRS模块与串口电路连接。

所述的可编程逻辑器件CPLD的输出端与A/D采样电路的片选输入端连接，可编程逻辑器件CPLD的输出端通过一个门电路与光电收发器连接。

电力系统数据信号分为数字量、开关量信号和模拟量信号两种，其中，对数字量、开关量电力信号的采集过程如下：负荷控制终端接收数字信号、开关量信号，传递给控制器；模拟量信号的采集过程如下：负荷控制终端采集模拟电压、电流信号，分别经过电压测量电路、电流测量电路后进入交流电压调理电路和交流电流调理电路，经交流电压调理电路和交流电流调理电路输出的电压、电流信号经A/D采样电路进入控制器。

电力信息检测与互联自决策分析方法，包括控制器间互诊断方法和控制器自诊断方法，其中控制器互诊断方法步骤如下：

步骤1：控制器通过GPRS进行通讯；

步骤2：各控制器间发送检测消息；

步骤3：当某个控制器不能正常工作，则返回故障信息给相邻控制器；

步骤4：相邻控制器将故障信息报告总站；

步骤5：结束；

控制器自诊断方法步骤如下：

步骤1：控制器定时向自身各个部分发送检测信息，

步骤2：控制器中的处理器根据返回信息判断是否出现系统故障，如出现故障，分析故障原因并将分析结果及数据发送给总站；

步骤3：结束；

有益效果：将本发明装置置于电力网络中，各控制器之间互相通讯，有利于各小区间电力数据的相互监测；同时，由于故障自诊断功能，电力部门通过电力数据判断故障点和故障原因，有利于对电力系统的监控，本发明电力系统运行成本低，智能分析处理功能强，使电力行业更好地为用户服务。

附图说明

图1为本发明电力信息检测与互联自决策分析装置结构原理图；

图2为本发明电力信息检测与互联自决策分析装置结构框图；

图3为本发明电力信息检测与互联自决策分析装置主控原理图；

图4为本发明电力信息检测与互联自决策分析装置A/D采样电路电原理图；

图5为本发明电力信息检测与互联自决策分析装置光电收发器电原理图；

图6为本发明可编程逻辑器件与A/D采样转换装置、光纤连接接口电原理图；

图7为本发明ISPLSI1016、MAX1316及光纤连接接口电原理图；

图8为本发明电压测量电原理图；

图9为本发明交流电压信号调理电原理图；

图10为本发明电流测量电原理图；

图11为本发明电流信号调理电原理图；

图12为本发明电力信息检测与互联自决策分析装置控制器主程序流程图；

图13为本发明电力信息检测与互联自决策分析装置报警子程序流程图；

图14为本发明电力信息检测与互联自决策分析装置控制器连接图；

图15为本发明电力信息检测与互联自决策分析装置串口电原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明电力信息检测与互联自决策分析装置由总站、控制器和负荷控制终端组成，其中总站是指上位机，总站通过GPRS与控制器进行通讯连接，负荷控制终端通过光纤与控制器进行通讯连接，控制器和控制器之间通过GPRS进行通讯连接，如图1所示。

其中，控制器包括处理器、可编程逻辑器件CPLD、A/D采样电路、模拟电压电流采集电路、光纤连接接口电路、GPRS模块，其中，模拟电压电流采集电路包括电压测量电路、交流电压信号调理电路、电流测量电路、交流电流信号调理电路；光纤连接接口电路包括光电收发器。连接如下：处理器分别与可编程逻辑器件CPLD、光纤连接接口电路及A/D转换电路相连，可编程逻辑器件CPLD分别与光纤连接接口电路和A/D采样电路相连，A/D采样电路分别与处理器和模拟电压、电流采集电路相连，GPRS模块与串口电路相连，如图2所示。

本装置处理器为LPC2106 ARM7TDMI-S处理器，可编程逻辑器件CPLD为ISPLSI1016，A/D采样电路采用为MAX1316；连接如下：LPC2106 ARM7TDMI-S的外设端I/O1与CPLD的外设端IO0连接，LPC2106 ARM7TDMI-S的外设端SCL，SDA，I/O2～I/O7，CONVST依次与MAX1316的外设端SCL，SDA，I/O2～I/O7，CONVST连接，如图3、图4所示；

LPC2106 ARM7TDMI-S的端口TXD1，RXD1依次连接光纤连接接口电路端口TXD1，RXD1，光纤连接接口发射过程为：LPC2106 ARM7TDMI-S的TXD1端发出信号，经过一个与CPLD连接的电路74LS02，再经过一个已连接高电平的电路74HC00的驱动放大，进入光电收发器中，将电信号就被转换为光信号，并传送到负荷控制终端；接收过程为：从终端传送回来的光信号经过光电转换后进入LPC2106的RXD1端口，本实施例设计的控制器中有8个这样的光电转换电路，每对光电收发器与一个负荷控制终端连接，其中只是一对，其他电路与其完全相同，如图5所示。

所述的可编程逻辑器件CPLD的输出端与A/D采样装置的片选输入端连接，可编程逻辑器件CPLD的输出端通过一个门电路与光电收发器连接，如图6所示，其中，光电收发器为HFBR-0500Z系列光电收发器，按传输要求，选用该系列中输出速度为5Mbd的HFBR-1521Z；连接为：ISPLSI1016的外设端IO3～IO5依次连接MAX1316的外设端CS，SHDN，ALLON；ISPLSI1016的外设端IO8与或非门电路74LS02的端脚1A连接，输出引端1Y与74HC00连接，低电平的片选端连接A/D转换器和光纤连接接口电路的片选，如图7所示。

电力数据信号分为数字量和模拟量信号两种，其中，对数字量电力信号的采集过程如下：负荷控制终端接收数字信号，传递给控制器；模拟量信号的采集过程如下：负荷控制终端采集模拟电压、电流信号，分别经过电压测量电路、电流测量电路后进入电压、电流调理电路，经电压、电流调理电路输出的电压、电流信号经A/D转换装置输入控制器。

电压测量电路如图8所示，端子JP4接主发电机三相馈线和中线，压敏电阻RC1、RC2、RC3分别和三个变压器的原边并联，防止因为雷击等因素使变压器过压，损害控制电路，变压器副边星点和控制电路的模拟地AGND连接，电压信号Va、Vb、Vc经端子JP5与交流信号调理电路的输入端Va、Vb、Vc分别连接。

图9为交流信号调理电路的电原理图。

以电压测量电路输出电压信号Va为例，电压测量电路的输出电压信号Va与交流信号调理电路的输入端相连。电压测量电路输出的电压信号范围是-10V～+10V，而A/D转换芯片MAX1316的输入电压范围是0～3V，故需要经过由三级高性能运算放大器TL084构成的交流信号调理电路，将双极性的电压信号转变为0～3V内的单极性电压信号，

电压信号Va经由电阻RA1和RA2构成的分压电路分压后，送到第一级运算放大器，此级放大电路采用射极跟随器方式提高输入阻抗和带负载能力，第一个放大器的输出A点电压为：

$V_A=\frac{\mathrm{RA}2}{\mathrm{RA}1+\mathrm{RA}2}\×\mathrm{Va}$

第二级放大器构成反相比例放大器，通过可调电阻RA5调节放大倍数可以使信号电压在-1.5~+1.5V之内，选择电容器CA1的容值，对输出信号的移相作用做适当的补偿，滤除高次谐波，第二个放大器的输出(B点电压)为：

$V_B=-\frac{\mathrm{RA}5}{\mathrm{RA}3}\left(\frac{1}{1+\mathrm{RA}5\×\mathrm{CA}1\×S}\right)\×V_A$

为了使双极性的电压信号转变为0~3V内的单极性电压信号，第三级放大器构成了一个反相加法器，在输入端增加一个偏移电压输入电路，用电阻RA6和RA7串联在-5V电源上进行电位偏移，调整RA7的阻值，使得当V_B＝0V时，放大器输出电压V_D＝1.5V。如果选择RA8＝RA9＝RA11＝10KΩ的话，就把C点电压调到-1.5V，则第三个放大器的输出(D点电压)是：

$V_D=-\left(\frac{1}{1+\mathrm{RA}11\×\mathrm{CA}2\×S}\right)\×V_B+1.5$

V_B在-1.5～1.5V变化时，V_D的变化范围为0～3V，完成从双极性信号到单极性信号的调理功能。

电流测量电路如图10所示。端子JP1接收负荷终端采集来的三路电流互感信号，分别串联电阻R1、R2和R3后星形连接，将电流信号转变成电压信号，用两套独立的模块电源分别为ISO122P的原侧和副侧供电，副侧就可以得到与原侧电气隔离的、相位和幅值和原侧完全一样的电压信号，经过电流调理电路后，如图11所示，送到采样电路中进行A/D采样，检测三相电流值。

经过电压、电流测量电路和调理后的模拟电压、电流信号由CH0-CH5路进入A/D转换器中。

电力信息检测与互联自决策分析方法，包括控制器间互诊断方法和控制器自诊断方法，其中控制器互诊断方法步骤如下：

步骤1：控制器通过GPRS进行通讯；

步骤2：各控制器间发送检测消息；

步骤3：当某个控制器不能正常工作，则返回故障信息给相邻控制器；

步骤4：相邻控制器将故障信息报告总站；

步骤5：结束；

控制器自诊断方法步骤如下：

步骤1：控制器定时向自身各个部分发送检测信息，

步骤2：控制器中的处理器根据返回信息判断是否出现系统故障，如出现故障，分析故障原因并将分析结果及数据发送给总站；

步骤3：结束；

如图12所示，电力信息检测与互联自决策分析方法在计算机中运行过程如下：

步骤1：系统初始化；

步骤2：初始化中断向量，禁止所有中断；

步骤3：使能外部中断；

步骤4：初始化定时器；

步骤5：初始化A/D；

步骤6：判断采集指令开通，开通执行步骤7，否则执行步骤6；

步骤7：发指令给相应负荷控制终端；

步骤8：延时2.5ms使A/D采样完成；

步骤9：判断故障信号，存在故障信号则执行步骤10，否则执行步骤6；

步骤10：报警子程序；

步骤11：结束。

其中，系统初始化包括对LPC2106进行设置：

1、定义常量；

2、系统配置，状态寄存器初始化；

3、中断向量表的初始化；

4、通用I/O口的初始化。

报警子程序过程如下，如图13所示：

步骤1：接收到故障信息；

步骤2：根据故障信号判断系统故障，故障执行步骤3，否则执行步骤5；

步骤3：分析出现故障的原因；

步骤4：向总站发送分析结果及数据；

步骤5：向总站发送相应故障码；

步骤6：结束。

每个控制器每天定时向自身各个部分发送检测信息，并根据返回信息判断是否出现系统故障，如出现故障，分析故障原因并将分析结果及数据发送给总站；

各控制器之间可以通过GPRS方式通讯，每个控制器通过负荷控制终端采集来的电力数据都可传输到其他各个控制器中，在故障检测过程中，每个控制器向其他各控制器发送检测消息并等待，当某个控制器因为某种原因不能正常工作时，就会根据故障类型返回相应的故障信息给相邻的控制器，相邻的控制器可以通过故障码将故障信息报告给总站。总站就会根据预先确定好的协议，得知出现故障的支路及故障类型，实现控制器的故障自诊断功能，如图14所示；

GPRS模块与串口电路相连如图15所示，控制器与总站、各控制器之间都是通过GPRS网络通讯的，而本实施例采用的GPRS DTU通过串口RS-232与控制芯片连接，RS-232的TXD0、RXD0分别与LPC2106 ARM7TDMI-S的端脚TXD0、RXD0连接。

Claims (1)

1.一种电力信息检测与互联自决策分析方法，采用电力信息检测与互联自决策分析装置，其中所述装置是由总站、控制器和负荷控制终端组成，总站和控制器通过GPRS进行通讯连接，负荷控制终端和控制器通过光纤进行通讯连接，其特征在于：控制器和控制器之间通过GPRS进行通讯连接；控制器包括处理器，可编程逻辑器件CPLD、A/D采样电路、模拟电压电流采集电路、光纤连接接口电路、GPRS模块和串口电路；

其中，模拟电压电流采集电路包括电压测量电路、交流电压信号调理电路、交流电流信号调理电路、电流测量电路，光纤连接接口电路包括光电收发器，部件连接：处理器分别与可编程逻辑器件CPLD、光纤连接接口电路、串口电路及A/D采样电路连接，可编程逻辑器件CPLD分别与光纤连接接口电路和A/D采样电路连接，A/D采样电路分别与处理器和模拟电压电流采集电路连接，GPRS模块与串口电路连接；

所述的可编程逻辑器件CPLD的输出端与A/D采样电路的片选输入端连接，可编程逻辑器件CPLD的输出端通过一个门电路与光电收发器连接；

所述电力信息检测与互联自决策分析方法，包括控制器间互诊断方法和控制器自诊断方法，其中控制器间互诊断方法步骤如下：

步骤1：控制器通过GPRS进行通讯；

步骤2：各控制器间发送检测消息；

步骤3：当某个控制器不能正常工作，则返回故障信息给相邻控制器；

步骤4：相邻控制器将故障信息报告总站；

步骤5：结束；

控制器自诊断方法步骤如下：

步骤1：控制器定时向自身各个部分发送检测信息，

步骤2：控制器中的处理器根据返回信息判断是否出现系统故障，如出现故障，分析故障原因并将分析结果及数据发送给总站；

步骤3：结束。

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