CN206757703U - 一种基于嵌入式系统的电力系统短期负荷预测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于嵌入式系统的电力系统短期负荷预测系统，包括110kV变电站、电流互感器、电压互感器、真有效值采集模块、A/D采集模块、单片机、通信模块、移动终端、上位机、PC终端、WiFi模块、手机APP、显示屏和电源模块。本实用新型通过电压互感器和电流互感器对110kV变电站的电压信号和电流信号进行采集，真有效值采集模块进行放大和有效值处理后传输至单片机的模数转换模块，经单片机对转换后的信号进行处理，生成实时负荷功率或负荷预测结果，并通过四种方式进行显示，多方式显示提高了本系统的实用性和实时性，避免错失信息。

Description

一种基于嵌入式系统的电力系统短期负荷预测系统

技术领域

本实用新型属于电力系统技术领域，具体涉及一种基于嵌入式系统的电力系统短期负荷预测系统。

背景技术

短期负荷预测在整个电力调度工作中起关键作用，它为基本发电计划、计算机在线电网控制、系统安全分析等提供基础数据，从而使得电力调度工作更贴合实际。其预测的精准性与电力市场运行的经济性、工厂的效益密切相关。负荷预测不仅增强电力系统的安全性，同时也能改善系统运行的经济性。现有电力系统是将采集的数据送至国网调度中心进行处理，得到实时负荷和短期电力负荷的预测结果，除现场电力调度人员外，其他人员均无法实时收到相关数据。

实用新型内容

本实用新型提供了一种基于嵌入式系统的电力系统短期负荷预测系统，解决了现有技术中电力实时负荷大小和负荷预测均依赖于国网调度中心系统，致使其他电力相关技术人员不能及时掌握和查看实时负荷大小和短期负荷预测结果等技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种基于嵌入式系统的电力系统短期负荷预测系统，包括110kV变电站、电流互感器、电压互感器、真有效值采集模块、A/D采集模块、单片机、通信模块、移动终端、上位机、PC终端、WiFi模块、手机APP、显示屏和电源模块，电压互感器并联设置在110kV变电站的母线上并将110kV变电站的电压信号传输至真有效值采集模块内；电流互感器串联在110kV变电站的母线上并将110kV变电站的电流信号传输至真有效值采集模块内；真有效值采集模块将接收到的电压信号和电流信号进行初步处理后与A/D采集模块进行模数转换后传输至单片机内，单片机将接收的信号进行处理后，通过通信模块将处理结果以短信发送给移动终端；通过上位机将处理结果显示在各PC终端上；通过WIFI模块将处理结果发送到手机APP内；通过显示屏直接显示；电源模块给单片机供电。

所述A/D采集模块为单片机内部的ADC转换器。

所述真有效值采集模块包括OP07双极性运算放大器和真有效值转换芯片AD637，OP07双极性运算放大器的正极输入端和负极输入端分别与电源互感器或电流互感器的输出端连接；且OP07双极性运算放大器的正极输入端接地；OP07双极性运算放大器的负极输入端经并联设置的电感C19和电阻R12后与OP07双极性运算放大器的输出端连接；OP07双极性运算放大器的输出端经跳冒H1X2之后与真有效值转换芯片AD637的管脚VIN连接，真有效值转换芯片AD637的管脚-VS与工作电源-15V连接，真有效值转换芯片AD637的管脚+VS与工作电源+15V连接；真有效值转换芯片AD637的管脚BufOut与单片机的AD接口连接；且真有效值转换芯片AD637的管脚BufOut经电容C22和电阻R13与真有效值转换芯片AD637的管脚Bufin连接后经电容C20接地；真有效值转换芯片AD637的管脚DEN-IN和管脚RMS-OUT相连接后经电阻R14连接在电容C22和电阻R13之间，管脚CAV经电容C21与管脚RMS-OUT相连接。

所述电流传感器的型号为LVQB-123W2；所述电压传感器的型号为JDCF-110kV。

所述单片机的型号为STM32F103RBT6。

所述显示屏的型号为TFT9341液晶显示屏；所述通信模块采用GSM/GPRS模块，型号为SIM900；所述WiFi模块的型号为ESP8266。

本实用新型通过电压互感器和电流互感器将110kV变电站的电压信号和电流信号采集出来，并通过真有效值采集模块进行放大和有效值处理后传输至单片机的模数转换模块，经模数转换后，由单片机对转换后的信号进行处理，生成实时负荷功率或负荷预测结果并通过四种方式进行显示，不再仅依赖于国网调度中心的系统，多方式显示提高了本系统的及时性，避免错失信息，方便电力相关人员及时了解实时负荷的大小和随时掌握短期负荷预测的结果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的原理框图。

图2为本实用新型的真有效值采集模块的电路图。

图3为本实用新型单片机控制电路图。

图4为本实用新型显示屏的电路图。

图5为本实用新型电源模块的电路集成图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种基于嵌入式系统的电力系统短期负荷预测系统，包括110kV变电站、电流互感器、电压互感器、真有效值采集模块、A/D采集模块、单片机、通信模块、移动终端、上位机、PC终端、WiFi模块、手机APP、显示屏和电源模块。所述A/D采集模块为单片机内部的ADC转换器。且所述单片机的型号为STM32F103RBT6。

所述电流传感器的型号为LVQB-123W2，适用于额定频率50Hz或60Hz、额定电压110kV的电力系统中，作电能计量、电流测量和继电保护用。

所述电压传感器的型号为JDCF-110kV，用于50HZ，110kV输出变电线路和电站作电能计量，电压测量和电气保护作用。JDCF-110(GY,W1,W2)型电压互感器为单相接地电压互感器具有高精度，保护功能强等特点，系油浸串级式全密封微正压结构。

所述显示屏的型号为TFT9341液晶显示屏；所述通信模块采用GSM/GPRS模块，型号为SIM900。所述WiFi模块的型号为ESP8266。

电压互感器并联设置在110kV变电站的母线上并将110kV变电站的电压信号传输至真有效值采集模块内。电流互感器串联在110kV变电站的母线上并将110kV变电站的电流信号传输至真有效值采集模块内。

真有效值采集模块将接收到的电压信号和电流信号进行初步处理后与A/D采集模块进行模数转换后传输至单片机内，单片机将接收的信号进行处理后，通过通信模块将处理结果以短信发送给移动终端；通过上位机将处理结果显示在各PC终端上；通过WIFI模块将处理结果发送到手机APP内；通过显示屏直接显示；电源模块给单片机供电。

具体地，所述真有效值采集模块，如图2所示，包括OP07双极性运算放大器和真有效值转换芯片AD637，OP07双极性运算放大器的正极输入端和负极输入端分别与电源互感器或电流互感器的输出端连接；且OP07双极性运算放大器的正极输入端接地；OP07双极性运算放大器的负极输入端经并联设置的电感C19和电阻R12后与OP07双极性运算放大器的输出端连接；OP07双极性运算放大器的输出端经跳冒H1X2之后与真有效值转换芯片AD637的管脚VIN连接，真有效值转换芯片AD637的管脚-VS与工作电源-15V连接，真有效值转换芯片AD637的管脚+VS与工作电源+15V连接；真有效值转换芯片AD637的管脚BufOut与单片机的AD接口连接；且真有效值转换芯片AD637的管脚BufOut经电容C22和电阻R13与真有效值转换芯片AD637的管脚Bufin连接后经电容C20接地；真有效值转换芯片AD637的管脚DEN-IN和管脚RMS-OUT相连接后经电阻R14连接在电容C22和电阻R13之间，管脚CAV经电容C21与管脚RMS-OUT相连接。

所述单片机控制电路图，如图3所示，单片机的引脚PC0，PC1，PC2，PC3作为ADC的采集接口，单片机引脚的PA9，PA10和ESP8266的TXD，RXD相连实现与WIFI模块ESP8266的数据传输。

单片机STM32F103RBT6芯片的PA5，PA6，PA7，PC4，NRST与液晶显示屏的CLK，CS，SDI，DC/RS，RESET引脚相连，单片机STM32F103RBT6的串口1用于与上位机进行数据的传输，单片机STM32F103RBT6芯片的串口2用来控制SIM900A芯片，USART2_RTS、USART2_RX为输入端口，模式定义为悬浮USART2_CTSUSART2_TX为输出端口，模式定义为推拉输出。

所述通信模块采用GSM/GPRS模块，采用SIMCom公司的新型紧凑型产品SIM900A，它属于双频GSM/GPRS模块，完全采用SMT封装形式，性能稳定，外观精巧，性价比高，并且能够满足用户的多种需求。在实现断线自动重连功能时，涉及到DCD、RI两个引脚的使用。DCD引脚用来实现模数转换，当模块掉线时，会给DCD引脚一个高电平，当这个电平被DCD引脚检测到之后，模块就是采取相应的动作，来重新连接上线。RI引脚在模块上线之后，就一直保持高电平，在有电话和短信进来的时候，RI管脚就会有一个低电平出现，当RI引脚检测到这个低电平的时候，模块就会采取相应动作，进入到短信或者电话模式。

短信功能的实现主要涉及到两个关键部分，一个是AT命令，另一个是串口的读写。AT命令是主控芯片STM32和SIM900A之间的通信协议，完成对SIM900A的控制。短信的收发主要有两种模式，一种是文本模式，该模式只支持英文内容，另一种是PDU模式。本模块在完成初始化之后，首先通过USART向SIM900A发送“AT+回车”命令来检查AT命令是否正常工作，如果返回OK，则表示能够进行接下来的短信功能。

SIM900A的短信功能主要分为两个部分，第一：读取短消息。读取短消息的设置命令为：AT+CMGR，该命令生效后有两个返回值：index和mode，index就是接收到的短信的编号，我们将接收到的index内容放在一个长度为30的buf中，再将buf写入到串口3中，然后再读取串口3中的内容，这样，短信的编号就获取完毕。获取了短信的编号之后，就能去获取短信的具体内容，而短信的内容则存放在alpha中，它处于响应的第三个位置，通过get_fw（at_string，phnum，19，2）可将短信的内容取出来，这样短信的内容就获取到了。第二：发送短消息。发送短消息的设置命令为：AT+CMGS，首先将发送短信的电话号码存入到一个buf中，将这个buf写入到串口2中，以此获取手机号码。而短信在发送的时候，短信内容之前会带一个“》”号，单片机只要检测到“》”号时，“》”号后面的内容也就是短信发送的内容，单片机最后将短信的内容写到串口2即可。通过SIM900A可以将短时负荷预测结果以短信的形式显示在调度人员的手机移动终端。

显示屏的电路图如图4所示，采用2.2寸串口TFT SPI液晶屏彩屏模块9341高清240X320的分辨率。可进行负荷功率的实时显示和预测结果的显示。

所述电源模块集成电路图如图5所示，电源模块给单片机STM32F103RBT6供的是3.3V电压，如图5a所示，3.3V电源由TPS7350QD芯片输出的5V电压接线性稳压芯片TPS7333QD的第3,4引脚IN端，GND引脚接地，第2引脚EN和第3引脚IN之间接一个0.1uf的电容，第8引脚RESET和第5引脚OUT之间接一个10K的电阻，第5引脚和地之间接一个10uf的电容，第5引脚OUT端输出3.3V电压。

给SIM900A和TFT9341液晶屏提供的是5V电压，如图5b所示，5V 电源由12V电压接线性稳压芯片TPS7350QD的第3,4引脚IN端，GND引脚接地，第2引脚EN和第3引脚IN之间接一个0.1uf的电容，第8引脚RESET和第5引脚OUT之间接一个250K的电阻，第5引脚和地之间接一个10uf的电容，第5引脚OUT端输出5V电压。

给AD637提供的是+15V电压，如图5c所示，+15V电源由12V电压经过由芯片MC34063构成的升压模块升至+15V，12V接芯片MC34063的6引脚VCC，VCC引脚和7引脚LPK之间接一个0.24欧姆的功率电阻，1引脚和8引脚之间接一个170uH的电感和180欧姆的电阻，2引脚接地，3引脚接一个1.5nf的电容后再接地，4引脚接地，1引脚接一个型号SS14的肖特基二极管，5引脚CIN接一个滑动变阻器RP1可以调节输出电压的大小，这里我们调节输出电压大小为+15V。

给OP07提供的是-15V电压，如图5d所示， -15V电源由5V电压经过由芯片MC34063构成的降压模块升至-15V，5V接芯片MC34063的第6引脚VCC，VCC引脚和第7引脚LPK之间接一个0.24欧姆的功率电阻，第2引脚和地之间接一个170uH的电感和180欧姆的电阻，第3引脚接一个1.5nf的电容后再接地，第4引脚接地，第1引脚和第8引脚直接相连，第5引脚CIN接一个滑动变阻器RP2可以调节输出电压的大小，这里我们调节输出电压大小为-15V。

工作原理为：110kV变电站电压通过电压互感器JDCF-110kV经过OP07双极性运算放大器变成二进制信号进入到AD637的13管脚VIN，10管脚-VS和11管脚+VS分别接工作电源-15V，+15V。14管脚BUFOUT输出一相线电压到A/D采集模块中，采集到的电压进入单片机进行数据处理，电流互感器LVQB-126W2采集到的电流经过A/D转换模块后进入单片机进行数据处理，将单片机处理后得到的负荷功率和负荷预测结果进行显示。

显示方式有4种： 1）、经SIM900A将实时负荷大小或短期负荷预测结果以短信的形式显示在调度人员的手机移动终端；2）、经上位机通过AccessPort将实时负荷功率或短期负荷预测结果显示在国网的PC终端；3）、直接由单片机输出到TFT液晶显示屏上进行负荷功率的实时显示或短期预测结果的显示；4）、经ESP8260将实时负荷功率或负荷短期预测结果在APP终端上进行显示。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于嵌入式系统的电力系统短期负荷预测系统，其特征在于：包括110kV变电站、电流互感器、电压互感器、真有效值采集模块、A/D采集模块、单片机、通信模块、移动终端、上位机、PC终端、WiFi模块、手机APP、显示屏和电源模块，电压互感器并联在110kV变电站的母线上并将110kV变电站的电压信号传输至真有效值采集模块内；电流互感器串联在110kV变电站的母线上并将110kV变电站的电流信号传输至真有效值采集模块内；真有效值采集模块将接收到的电压信号和电流信号进行初步处理后，经A/D采集模块进行模数转换后传输至单片机内，单片机将接收的信号进行处理后，通过通信模块将处理结果以短信发送给移动终端；通过上位机将处理结果显示在各PC终端上；通过WIFI模块将处理结果发送到手机APP内；通过现场显示屏直接显示；电源模块给单片机供电。

2.根据权利要求1所述的基于嵌入式系统的电力系统短期负荷预测系统，其特征在于：所述A/D采集模块为单片机内部的ADC转换器。

3.根据权利要求1所述的基于嵌入式系统的电力系统短期负荷预测系统，其特征在于：所述真有效值采集模块包括OP07双极性运算放大器和真有效值转换芯片AD637，OP07双极性运算放大器的正极输入端和负极输入端分别与电源互感器或电流互感器的输出端连接；且OP07双极性运算放大器的正极输入端接地；OP07双极性运算放大器的负极输入端经并联设置的电感C19和电阻R12后与OP07双极性运算放大器的输出端连接；OP07双极性运算放大器的输出端经跳冒H1X2之后与真有效值转换芯片AD637的管脚VIN连接，真有效值转换芯片AD637的管脚-VS与工作电源-15V连接，真有效值转换芯片AD637的管脚+VS与工作电源+15V连接；真有效值转换芯片AD637的管脚BufOut与单片机的AD接口连接；且真有效值转换芯片AD637的管脚BufOut经电容C22和电阻R13与真有效值转换芯片AD637的管脚Bufin连接后经电容C20接地；真有效值转换芯片AD637的管脚DEN-IN和管脚RMS-OUT相连接后经电阻R14连接在电容C22和电阻R13之间，管脚CAV经电容C21与管脚RMS-OUT相连接。

4.根据权利要求1或3所述的基于嵌入式系统的电力系统短期负荷预测系统，其特征在于：所述电流传感器的型号为LVQB-123W2；所述电压传感器的型号为JDCF-110kV。

5.根据权利要求1或2或3所述的基于嵌入式系统的电力系统短期负荷预测系统，其特征在于：所述单片机的型号为STM32F103RBT6。

6.根据权利要求1所述的电力系统短期负荷预测系统，其特征在于：所述显示屏的型号为TFT9341液晶显示屏；所述通信模块采用GSM/GPRS模块，型号为SIM900；所述WiFi模块的型号为ESP8266。