CN103558785A

CN103558785A - 一种电力系统多功能多通道通信测控集成方法

Info

Publication number: CN103558785A
Application number: CN201310530209.4A
Authority: CN
Inventors: 姚普粮; 傅春盛; 叶华; 吴恒春; 龙光成; 张晟; 黄镜彬; 林朝光; 欧世文; 韦甘铭
Original assignee: BEIHAI SHENLAN SCIENCE AND TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: BEIHAI SHENLAN SCIENCE AND TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2013-11-01
Filing date: 2013-11-01
Publication date: 2014-02-05

Abstract

一种电力系统多功能多通道通信测控集成方法，其特征为：在控制设备中设置多通道通信模块，所述的多通道通信模块设置多个不同地址及IP并同时与多个后台通信，多通道通信模块与控制设备中的智能控制器相连并受该智能控制器控制。本发明为电力系统多功能测控提供了较为完美的技术方案。

Description

一种电力系统多功能多通道通信测控集成方法

技术领域

本发明属于电力工程技术领域，特别是涉及到电力系统的测控。

背景技术

能源是人类赖以生存的物质基础，是社会发展的主动力。随着经济的发展和生活水平的提高，能源匮乏问题日益彰显。电力作为一种方便优质的二次能源，为人们的生产生活带来了诸多便利。支撑电网的安全稳定高效运行，需要各种测控系统，这些测控系统现在是分别独立运行的，并且均要通过一定的通信手段，与电力系统内的相应数据管理系统相联接,以实现其管理系统要求的功能。特别在电力系统400伏低压变压器侧，一般安装有二套以上的系统，这样导致三个问题的出现：一是增加了安装工作量及成本，每增加一个系统，就要增加一个测量控制装置，安装工作及成本的增加是不可避免的；二是不简洁，各种接线众多，导致了安全隐患的增加；三是数据管理系统增加，导致管理成本增加及数据的共享容易出现问题。

为了克服以上容易出现的问题，电力工程技术领域，特别是涉及到电力系统测控的技术人员，一直都努力研究电力系统多功能测控集成方法，如申请号为 200620119072.9，发明创造名称为“综合电力测控装置”的实用新型申请，公开了一种综合电力测控装置，该测控装置有以下优点：体积小巧，机箱高度为2U，宽度为19英寸，为现有测控装置机箱高度的一半；它可以采集被控现场交流电压信号和交流电流信号以及开关量信号，计算有功功率、无功功率，功能集成度高；该实用新型还设有CAN总线通讯接口和485总线通讯接口，可以通过CAN总线和485总线实现联网控制和数据的实时传输；并通过超大液晶显示屏和多个LED指示灯显示测控装置的工作状态和所测量的参数。该实用新型的优点是：能够采集多种信号，系统集成度高；体积小巧；通讯方式多，可实现联网控制，数据的实时传输，系统响应性能好，可靠性高；人机交互性能好。但该实用新型只能采集被控现场交流电压信号和交流电流信号以及开关量信号，计算有功功率、无功功率，系统测控集成度低。

如申请号为 201110051840.7，发明创造名称为“电网故障点及故障严重程度的确定方法”的发明专利申请，公开了电力系统测控技术领域中的一种电网故障点及故障严重程度的确定方法。包括：在电网中安装测量单元；将各测量单元划分成不同的测量集合；当电网发生故障时，各测量单元分别同时测量设定时长的电压和电流行波数据；在各测量集合内，确定首先到达的测量单元；针对各测量集合内行波波头首先到达的测量单元，确定整个电网中行波波头首先到达的测量单元，该测量单元所在的测量集合即为故障点所在的测量集合；确定故障点所在的具体位置；计算第一个行波扰动功率峰值，确定故障的严重程度。该发明通过比较电网中不同地点测量的电压或电流行波数据波形的相似度最大值提取时差并计算故障点的位置，提高了测量的准确度和可靠性。但该发明只能测控电网故障点及故障严重程度，系统测控集成度很低。

又如申请号为 201110392648.4，发明创造名称为“单CT输入双精度采样测控保护一体化装置”的发明专利申请，该发明涉及单CT输入双精度采样测控保护一体化装置，装置的硬件输入为保护CT，保护CT的电流接入装置经过装置内部二次CT变换为电流小信号；然后同时接入2种不同比例的放大回路，将输入小信号电流同时转换为测控用小信号电压和保护用小信号电压(电流)。实现对保护CT电流不同的采样精度，达到同时满足保护逻辑功能需要的大动态范围电流测量需求和电力系统测控功能的电流高精度采样需求，使得保护功能和测控功能可以共用保护CT电流，简化测控保护一体化装置的外部接线，同时简化了设计、安装和调试各个环节，提高系统运行的可靠性。但该发明只能采样测控保护，系统测控集成度也是很低。

现时为了支撑电网的安全稳定高效运行，测控系统可归结为几大系统：1.负荷控制管理系统，使用电力负荷管理终端完成对客户侧实时用电数据、计量工况和事件等数据采集，并及时向电力负荷管理系统主站传送采集的数据和信息，以及能接收和执行主站的设置或控制等命令的设备，包括安装在公配变侧的无控制功能的终端；2.配电监测管理系统，对配电系统所需参数进行监测；3.无功补偿控制系统，对系统的无功进行自动补偿，以利于系统经济安全运行；4.集中抄表系统，对变压器下所接的用户电表进行集中管理； 5.安全保护系统，对变压器相应的安全状态进行管理，如遇盗，油温过高，油液位过低，震动等进行报警及视频信号上传等。如果有一种方法将上述的测控系统能集成一体化使用于电力工程，一定会得到电力管理部门的青睐，因为一方面是节约了安装工作量及成本，每增加一个系统，则要增加一个测量控制装置，安装工作及成本的增加是不可避免的；另一方面是接线简洁，杜绝了安全隐患的产生；再一方面是数据管理系统简约，造价低廉以及数据的共享可靠性提高。但是直到目前为止，仍然没有这种电力系统多功能测控集成方法出现。

发明内容

本发明的目的是设计一种电力系统多功能多通道通信测控集成方法，以克服当前电力系统实施测控功能单一，而要安装多套以上的系统，又导致安装工作量及成本增加，各种接线众多，留下众多安全隐患，数据管理系统的增加导致管理成本的增加及数据共享容易出现问题的缺点。

本发明的目的是这样达到的：一种电力系统多功能多通道通信测控集成方法，其特征为：在控制设备中设置多通道通信模块，所述的多通道通信模块设置多个不同地址及IP并同时与多个后台通信，多通道通信模块与控制设备中的智能控制器相连并受该智能控制器控制。

多通道通信模块的通信方式是GPRS或CDMA或ADSL。

控制设备主要包括负荷控制管理系统输入输出外围硬件、配电监测管理系统输入输出外围硬件、无功补偿控制系统输入输出外围硬件、集中抄表系统输入输出外围硬件、安全保护系统输入输出外围硬件、显示部份、备用系统输入输出外围硬件、按键部份，其特征为：所述的负荷控制管理系统输入输出外围硬件、配电监测管理系统输入输出外围硬件、无功补偿控制系统输入输出外围硬件、集中抄表系统输入输出外围硬件、安全保护系统输入输出外围硬件、显示部份、备用系统输入输出外围硬件、按键部份、多通道通信模块，上述部件与同一个智能控制器相连并受该智能控制器控制。

一种电力系统多功能多通道通信测控集成方法，软件实现功能增减软件流程为：1.从系统功能菜单列表进入到“负荷控制管理系统运行否？”，是则进入运行负荷控制管理系统功能，到置本系统的地址及IP，再进入下一步，否则直接进入下一步；2.进入“配电监测管理系统运行否？”，是则运行配电监测管理功能，到置本系统的地址及IP，再进入下一步，否则直接进入下一步；3.进入“无功补偿控制系统运行否？”，是则运行无功补偿控制系统功能，到置本系统的地址及IP，再进入下一步，否则直接进入下一步；4.进入“集中抄表系统运行否？”，是则运行集中抄表系统功能，到置本系统的地址及IP，再进入下一步，否则直接进入下一步；5.进入“安全保护系统运行否？”，是则运行安全保护系统功能，到置本系统的地址及IP，再进入下一步，否则直接进入下一步；6.进入“备用系统运行否？”，是则进入运行备用系统功能，到置本系统的地址及IP，再返回系统功能菜单列表，否则直接返回系统功能菜单列表。

一种电力系统多功能多通道通信测控集成方法，硬件实现功能增减流程为：1.从系统功能菜单列表进入“负荷控制管理系统运行否？”，是则进入接入负荷控制管理系统输入输出外围硬件，再进入下一步，否则直接进入下一步；2.进入 “配电监测管理系统运行否？”，是则进入接入配电监测管理输入输出外围硬件，再进入下一步，否则直接进入下一步；3.进入“无功补偿控制系统运行否？”，是则进入接入无功补偿控制系统输入输出外围硬件，再进入下一步，否则直接进入下一步；4.进入“集中抄表系统运行否？”，是则进入接入集中抄表系统输入输出外围硬件，再进入下一步，否则直接进入下一步；5.进入“安全保护系统运行否？”，是则进入接入安全保护系统输入输出外围硬件，再进入下一步，否则直接进入下一步；6.进入“备用系统运行否？”，是则进入接入备用系统输入输出外围硬件，再进入结束，否则直接进入结束。

智能控制器为高速、大容量、高性能的单片机或DSP。

同一个电力系统多功能多通道通信测控智能控制器，要使用多通道通信模块，可以同时有多个不同地址及IP，同时与多个后台通信。这样，可实现一个控制器根据不同的功能对应不同的后台，实现一机多后台运行，解决一个后台只能对应一个控制器问题。

采用以上措施的本发明，克服了当前电力系统实施测控功能单一，而要实现多项测控则要安装多套以上的系统，又导致安装工作量及成本的增加、各种接线众多使安全隐患易于发生、一套数据管理系统只能对应一个终端的缺点，本发明克服了传统电力测控管理成本增加及数据的共享容易出现问题的缺点，为电力系统多功能测控提供了较为完美的技术方案。

附图说明

附图1是本发明的硬件装置结构方框图；

附图2是本发明的软件实现功能增减软件流程图；

附图3是本发明的硬件实现功能增减流程图；

附图4、附图5、附图6、附图7、附图8、附图9、附图10是本发明实施例的电路图。

下面再结合附图和实施例对本发明作进一步详述。

具体实施方式

本发明是用一个大容量高速多功能的智能控制器，主要由单片机或DSP加其它大容量的存贮芯片组成，将电力系统测控的负荷控制管理系统、配电监测管理系统、无功补偿控制系统、集中抄表系统、安全保护系统的功能硬件上进行优化，以便于集成，再将全部功能集成在一起，进行统一管理，也可根据实际情况，用软件进行系统的裁剪，这样可减少系统管理的成本，安装更加简洁，硬件的成本更加减少，并且以后系统需要增加新的功能，相应功能软件增加，硬件上只需要增加相应的输入输出外围电路，与控制器联接在一起即可。

附图1给出了本发明的硬件装置结构方框图。参考附图1。本发明的硬件装置主要有负荷控制管理系统输入输出外围硬件、配电监测管理系统输入输出外围硬件、无功补偿控制系统输入输出外围硬件、集中抄表系统输入输出外围硬件、安全保护系统输入输出外围硬件、显示部份、备用系统输入输出外围硬件、按键部份。本发明的负荷控制管理系统输入输出外围硬件、配电监测管理系统输入输出外围硬件、无功补偿控制系统输入输出外围硬件、集中抄表系统输入输出外围硬件、安全保护系统输入输出外围硬件、显示部份、备用系统输入输出外围硬件、按键部份均与同一个智能控制器相连并受该智能控制器控制。

附图2给出了本发明的软件实现功能增减的软件流程图。参考附图1。软件实现功能增减软件流程为：1.从系统功能菜单列表进入到“负荷控制管理系统运行否？”，是则进入运行负荷控制管理系统功能，到置本系统的地址及IP，再进入下一步，否则直接进入下一步；2.进入“配电监测管理系统运行否？”，是则运行配电监测管理功能，到置本系统的地址及IP，再进入下一步，否则直接进入下一步；3.进入“无功补偿控制系统运行否？”，是则运行无功补偿控制系统功能，到置本系统的地址及IP，再进入下一步，否则直接进入下一步；4.进入“集中抄表系统运行否？”，是则运行集中抄表系统功能，到置本系统的地址及IP，再进入下一步，否则直接进入下一步；5.进入“安全保护系统运行否？”，是则运行安全保护系统功能，到置本系统的地址及IP，再进入下一步，否则直接进入下一步；6.进入“备用系统运行否？”，是则进入运行备用系统功能，到置本系统的地址及IP，再返回系统功能菜单列表，否则直接返回系统功能菜单列表。

根据以上的软件实现功能增减的软件流程图，即可编出软件实现功能增减的软件源程序。

附图3是本发明的硬件实现功能增减的软件流程图，参考附图3。硬件实现功能增减软件流程为：1.从系统功能菜单列表进入“负荷控制管理系统运行否？”，是则进入接入负荷控制管理系统输入输出外围硬件，再进入下一步，否则直接进入下一步；2.进入 “配电监测管理系统运行否？”，是则进入接入配电监测管理输入输出外围硬件，再进入下一步，否则直接进入下一步；3.进入“无功补偿控制系统运行否？”，是则进入接入无功补偿控制系统输入输出外围硬件，再进入下一步，否则直接进入下一步；4.进入“集中抄表系统运行否？”，是则进入接入集中抄表系统输入输出外围硬件，再进入下一步，否则直接进入下一步；5.进入“安全保护系统运行否？”，是则进入接入安全保护系统输入输出外围硬件，再进入下一步，否则直接进入下一步；6.进入“备用系统运行否？”，是则进入接入备用系统输入输出外围硬件，再进入结束，否则直接进入结束。

根据以上的硬件实现功能增减的软件流程图，好即可编出硬件实现功能增减的软件源程序。

附图4、附图5、附图6、附图7、附图8、附图9和附图10给出了本发明实施例的电气原理图。

实施例共集成了五个系统，分别是负荷控制管理系统、配电监测管理系统、无功补偿控制系统、集中抄表系统、安全保护系统，此五个系统分别有不同的地址及IP，可以同时与五个不同的后台通信。

本实施例使用的主控制单片机为意法半导体的STM32F103ZE，是32位基于ARM核心的带512K字节闪存的微控制器，USB、CAN、11个定时器、3个ADC 、13个通信接口；大容量的FLASH芯片为NAND512W3A,FRAM 为FM28V100，此三芯片容量及性能能满足集成系统的要求。

其中各子系统所用硬件输入输出外围硬件如下:

1.负荷控制管理系统。

a)检测系统。使用1个计量芯片，检测三相四线中三相电压，三相电流，三相功率因数，三相有功功率，三相无功功率等,带有功无功校对功率脉冲输出，可直接校表。

b)继电器控制输出。4个开／合双位置控制继电器输出，最多可控4路开关。

c)状态输入。4个开关状态位，用于检测开关开闭状态；一个门开闭状态位，用于检测控制器门的开闭状态；2个脉冲输入，与脉冲电能表相关标准规定的脉冲参数配合；1路预留，用于检测扩展状态功能用。

d)按键。使用5个按键，分别是确认（RETUR），+(UP)，-(DOWN)，左（LEFT），右（RIGHT）,此5个键的配合使用，完成所有系统的按键功能。

e)显示，用192×64点阵LCD，显示所有系统所需信息。

f)通信接口。1个GPRS或CDMA多通道通信模块，用于控制器与后台的远程通信；

1个短距离无线通信，用于短距离通信管理，可与PDA或其它短距离无线通信模块通信，实现所需功能；1个RS-485串行接口,用于对多功能表的管理；1个RS-485串行接口，用于其它表计对本控制器数据的读取。

2.配电监测管理系统；

a)继电器控制输出。8 路1PDT 继电器接点输出信号，最多可控8路开关。

c)状态输入。８路状态量信号输入，用于检测8个状态。

d)提供1 路状态量辅助电源输出，电压为DC12V±10%，输出电流不小于100mA。

3.无功补偿控制系统；

考虑到集成系统的端子用得较多，不采用输出直接电平控制开关投切的形式，而用1路RS-485串行口控制,使用MODBUS总线控制电容投切开关的控制，因用总线控制，控制开关的总数得到了扩充，最多可控32个开关。

4.集中抄表系统；

a)载波表抄表。

使用载波模块直接通过电源线载波管理带载波功能表计；

b)RS-485总线表抄表，用RS-485总线直接管理带485总线的表计；

c)级联功能。通过1个485接口，实现级联功能。

5.安全保护系统。

与负荷控制管理系统的短距离无线通信模块共用，安全保护系统中的各保护功能模块通过短距离无线模块实现数据通信。

下面结合实施例，具体说明各器件的功能。

一、控制用相关芯片。

参考附图4、附图5、附图6，本实施例使用的主控制单片机为意法半导体的STM32F103ZE，大容量的FLASH芯片为NAND512W3A，容量达64M字节，并可随意扩展，SRAM使用FRAM(铁电体)为FM28V100，容量为128K字节，用作一天数据缓冲存贮，此三芯片容量及性能可满足集成系统的要求。

附图5中的集成电路U4为监控/复位芯片，型号为IMP708SESA,用于电源管理，防止数据破坏。集成电路U5、集成电路U6、集成电路U7、集成电路U8为RS232串行口变换为RS-485通信方式用。

附图6中的集成电路U3为二串行口扩展芯片，与单片机用SPI总线方式相连，此芯片除了二串行口扩展功能外，还带有一个8位状态输入,本实施例将此8个状态输入作配电监测系统的8个状态监测。

二、串行口安排（参考附图4、附图5及附图10）

1. RS232串行口1, 用于短距离无线通信，使用标识号为RxD0,TxD0,直接与短距离无线通信模块相联；

2. RS232串行口2, 使用标识号为RxD1,TxD1,DSR，DTR，直接与多通道通信模块相联，多通道通信模块可以是GPRS或CDMA或其它方式。

3. RS-485串行口3，用于集中抄表或配电监测时，管理具有485接口的采集器或电表，实现数据的采集，使用标识号为RxD2,TxD2，对外485标识为AA485,AB485。

4. RS-485串行口4,用于级联,作为其它没有远程通信工具的设备的上传通道，使用标识号为RxD3,TxD3, 对外485标识为BA485,BB485。

5. RS232串行口5, 使用标识号为RxD4,TxD4,用于载波通信, 直接与载波通信模块相联；在集中抄表时，管理载波表；

6. RS-485串行口6,用于无功补偿，控制具有总线通信功能的电容投切开关的投切，这是扩展串行口中的第1个，使用标识号为RXB2,TXB2,对外485标识为CA485,CB485。

7. RS-485串行口7,用于安全保护系统，控制具有485总线通信功能的视频设备工作，这是扩展串行口中的第2个，使用标识号为RXA2,TXA2,对外485标识为DA485,DB485。

有了7个串行口，当要增加系统时，增加的通信功能均可分解、归类,安排在此7个串行口中,不用再增加新的通信硬件。

三、计量功能。

参考附图8。使用专用计时芯片ATT7022E，此芯片能将三相四线供电系统中的三相电压，三相电流经过电压、电流互感器输入，直接计量电压值，电流值，有功功率，无功功率，功率因数等，与单片机通信用SPI

总线。

四、显示功能.

参考附图8,使用专用192×64点阵模块YXD-19264显示全部系统所需显示功能，模块与单片机之间的通信使用并行通信总线。

五、时钟功能。

参考附图7, 使用专用时钟芯片 RX-8025TSA,实现精确计时功能，芯片与单片机之间的通信使用IIC总线。

六、负控系统输出用继电器控制功能及状态检测功能。

参考附图7, 使用集成电路U2（ULN2003）及集成电路U4（74HC273），四个单刀双掷继电器FHK1-FHK4，实现负控继电器输出功能。

参考附图4、附图5, 单片机中负控系统状态检测功能管脚用FHGPIO0-FHGPIO3检测四个开关的状态，GPIO4P及GPIO6P作脉冲输入，GPIO5M作控制器门接点状态检测，GPIO7Y作备用状态检测。

七、配电监测系统输出用继电器控制功能及状态检测功能。

参考附图7, 使用集成电路U7（ULN2003）及集成电路U3（74HC273）、与三极管N2相连的元件、8个单刀单掷继电器JCKQ1-FJCKQ8，实现配电监测系统继电器输出功能。

参考附图6, 集成电路U3二串行口扩展芯片SC16IS752IPW的管脚GPIO0-GPIO7检测8个开关的状态，T0CAP0 与单片机相连，用于串行信号或状态改变中断检测。

八、电源供给。

参考附图9,电源输出3个直流电压，一个为3.3V,一个为5.0V,一个为12V。

九、其它功能。

1.报警功能。

参考附图7,与三极管及喇叭相连的元件，实现声音报警功能，控制管脚为FMQC。

2.运行指示。

参考附图7,电阻R7，LED灯二极管D1，共同构成正常运行指示。

3.保护指示。

参考附图7,电阻R18，LED灯，二极管D2，共同构成保护动作指示。

4.调试接口。

参考附图6,与J1相连的元件，共同构成ARM调试接口。

Claims

1.一种电力系统多功能多通道通信测控集成方法，其特征为：在控制设备中设置多通道通信模块，所述的多通道通信模块设置多个不同地址及IP并同时与多个后台通信，多通道通信模块与控制设备中的智能控制器相连并受该智能控制器控制。

2.根据权利要求1所述电力系统多功能多通道通信测控集成方法，其特征为：多通道通信模块的通信方式是GPRS或CDMA或ADSL。

3.根据权利要求1所述电力系统多功能多通道通信测控集成方法，其特征为：软件实现功能增减软件流程为，从系统功能菜单列表进入到“负荷控制管理系统运行否？”，是则进入运行负荷控制管理系统功能，到置本系统的地址及IP，再进入下一步，否则直接进入下一步；进入“配电监测管理系统运行否？”，是则运行配电监测管理功能，到置本系统的地址及IP，再进入下一步，否则直接进入下一步；进入“无功补偿控制系统运行否？”，是则运行无功补偿控制系统功能，到置本系统的地址及IP，再进入下一步，否则直接进入下一步；进入“集中抄表系统运行否？”，是则运行集中抄表系统功能，到置本系统的地址及IP，再进入下一步，否则直接进入下一步；进入“安全保护系统运行否？”，是则运行安全保护系统功能，到置本系统的地址及IP，再进入下一步，否则直接进入下一步；进入“备用系统运行否？”，是则进入运行备用系统功能，到置本系统的地址及IP，再返回系统功能菜单列表，否则直接返回系统功能菜单列表。

4.根据权利要求1所述电力系统多功能多通道通信测控集成方法，其特征为：硬件实现功能增减流程为，从系统功能菜单列表进入“负荷控制管理系统运行否？”，是则进入接入负荷控制管理系统输入输出外围硬件，再进入下一步，否则直接进入下一步；进入 “配电监测管理系统运行否？”，是则进入接入配电监测管理输入输出外围硬件，再进入下一步，否则直接进入下一步；进入“无功补偿控制系统运行否？”，是则进入接入无功补偿控制系统输入输出外围硬件，再进入下一步，否则直接进入下一步；进入“集中抄表系统运行否？”，是则进入接入集中抄表系统输入输出外围硬件，再进入下一步，否则直接进入下一步；进入“安全保护系统运行否？”，是则进入接入安全保护系统输入输出外围硬件，再进入下一步，否则直接进入下一步；进入“备用系统运行否？”，是则进入接入备用系统输入输出外围硬件，再进入结束，否则直接进入结束。