智能電力負(fù)荷監(jiān)測與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、智能電力負(fù)荷監(jiān)測與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過智能電力負(fù)荷控制與監(jiān)測系統(tǒng)可對(duì)智能配電設(shè)備的數(shù)字化信息進(jìn)行采集和處理，實(shí)現(xiàn)配電站少人或無人值守，為制定電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和電力生產(chǎn)計(jì)劃提供決策依據(jù)。本文著重給出了一種新型的電力負(fù)荷控制與監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。該方法在性能可靠、高精度、低功耗、小體積的基礎(chǔ)上，更能適應(yīng)負(fù)荷管理、電能分析、電量集抄、多種控制方式、優(yōu)化用電分析等功能需要，可滿足電力負(fù)荷側(cè)管理的各種應(yīng)用需求。l 系統(tǒng)工作原理圖1所示是本系統(tǒng)的工作原理框圖。本系統(tǒng)采用適合于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的LPC2132FBD64作為主處理器；接口電路主要完成對(duì)脈沖量、開關(guān)量及模擬量的采集，主處理電路負(fù)責(zé)對(duì)其進(jìn)行運(yùn)算，以形成

2、各種功率，電量，電表讀數(shù)、需量，電流、電壓等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。然后由主處理電路再根據(jù)這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及主站下發(fā)的工作參數(shù)進(jìn)行閉環(huán)管理，同時(shí)將這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過I2C總線送到顯示驅(qū)動(dòng)電路，再通過LCD液晶模塊進(jìn)行顯示。當(dāng)主站召測信息時(shí)，系統(tǒng)再將這些數(shù)據(jù)通過GPRS發(fā)回主站，與此同時(shí)，主處理板控制相應(yīng)的繼電器，以達(dá)到閉環(huán)控制和遙控的目的。本系統(tǒng)突出了模塊化設(shè)計(jì)，各部分功能相對(duì)獨(dú)立，并盡量避免了各模塊程序之間的交叉聯(lián)系。因而具有良好的伸縮性，可減少日后修改程序和維護(hù)程序的工作量，同時(shí)可提高程序的可讀性、可靠性和穩(wěn)定性，使遠(yuǎn)程升級(jí)和維護(hù)成為可能。2 主要模塊功能21 數(shù)據(jù)采集本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集首先是狀態(tài)量的采集。即

3、實(shí)時(shí)采集位置狀態(tài)和其它狀態(tài)信息，在發(fā)生變位時(shí)記入內(nèi)存，并將其根據(jù)需要設(shè)定為等待主站查詢或主動(dòng)上報(bào)主站兩種模式。其次就是電能表數(shù)據(jù)采集。通常終端可通過RS-485通訊接口，并按照設(shè)定的終端抄表日來采集、存儲(chǔ)電表的數(shù)據(jù)。每臺(tái)用電管理終端可以同時(shí)讀取多塊電度表。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)則可存儲(chǔ)兩個(gè)抄表周期的電量(月末或抄表日零點(diǎn)數(shù)據(jù))，并可在主站召測時(shí)發(fā)送給主站，也可定時(shí)發(fā)送給主站。交流模擬量采集指的是終端采用ATT7022B計(jì)量芯片來實(shí)時(shí)測量用戶側(cè)的三相電壓、電流、有功、無功、功率因數(shù)、有功電能、無功電能等瞬時(shí)值，精度通常為05。22 負(fù)控功能(1)功率定值控功率定值控可分四種控制方式，以其優(yōu)先級(jí)由低到高分別為時(shí)

4、段控、廠休控、營業(yè)報(bào)停控、當(dāng)前功率下浮控。終端可根據(jù)主站下發(fā)的功控時(shí)段、功率定值、定值浮動(dòng)系數(shù)、報(bào)警時(shí)間、控制輪次等指令進(jìn)行相應(yīng)的控制方式和控制參數(shù)的修改，并可通過音響告警通知客戶。在終端自動(dòng)執(zhí)行過程中，可在液晶上顯示定值、控制對(duì)象、執(zhí)行結(jié)果等。(2)電能量定值控電能量定值閉環(huán)控制可分為月電能量控制、購電能量(費(fèi))控制、催費(fèi)告警三種控制類型。(3)遙控功能終端接收到主站的跳閘控制命令后，將按設(shè)定的告警延遲時(shí)間和限電時(shí)間來控制被控負(fù)荷開關(guān)；同時(shí)終端應(yīng)有音響告警通知客戶，并記錄跳閘時(shí)間、跳閘輪次、跳閘前功率、跳閘后2 min功率等，同時(shí)終端顯示屏應(yīng)顯示執(zhí)行結(jié)果。當(dāng)終端接收到主站的允許合閘控制命令后

5、，由音響告警通知客戶，允許客戶合閘。當(dāng)終端接收到主站的允許禁止通話和允許禁止主動(dòng)上報(bào)命令時(shí)，終端將根據(jù)主站命令來控制通話并主動(dòng)上報(bào)系統(tǒng)。23 無線通訊功能本系統(tǒng)采用內(nèi)置GSMGPRS模塊通訊方式(也可采用外接無線電臺(tái)通訊方式，用戶可以自行選擇)。GPRS作為一種新的通訊手段，在配電自動(dòng)化應(yīng)用中有很多優(yōu)點(diǎn)。而基于GPRS通信的配電變壓器綜合管理系統(tǒng)是一個(gè)比較有應(yīng)用前景的實(shí)現(xiàn)方案。24 諧波分析與報(bào)警功能終端可根據(jù)電壓、電流諧波閥值對(duì)監(jiān)測點(diǎn)的電壓諧波、電流諧波進(jìn)行分析，并記錄分相219次諧波電壓含有率及總畸變率日最大值及發(fā)生時(shí)間，同時(shí)統(tǒng)計(jì)分相諧波越限數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)包括分相總畸變電壓含有率越限日累計(jì)時(shí)

6、間、分相219次諧波電壓含有率越限日累計(jì)時(shí)間、分相總畸變電流越限日累計(jì)時(shí)間、分相219次諧波電流越限日累計(jì)時(shí)間等。當(dāng)用戶的諧波超標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)報(bào)警。25 事件記錄及重要事件上報(bào)功能終端可記錄上電、掉電、編程、校時(shí)、需量清零、斷相、過壓、失壓、失流、逆相序、超負(fù)荷、三相電流不平衡、CT一次短路、CT二次短路、CT二次開路、計(jì)量箱開門等事件的發(fā)生時(shí)間、狀態(tài)、數(shù)據(jù)、事件類型及相關(guān)情況。并按照發(fā)生的時(shí)間順序分為一般事件和重要事件兩個(gè)隊(duì)列分別進(jìn)行記錄，每個(gè)隊(duì)列記錄的最大長度為255條，隊(duì)列則按先進(jìn)先出方式刷新。對(duì)于主站設(shè)置的重要事件(如功控跳閘、電控跳閘、遙控跳閘、重要參數(shù)變更等)，當(dāng)事件發(fā)生后，終端

7、可實(shí)時(shí)刷新重要事件計(jì)數(shù)器的內(nèi)容、作好記錄，并通過ACD置位直接主動(dòng)上報(bào)事件記錄。26 負(fù)荷曲線及歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及上報(bào)功能日負(fù)荷曲線數(shù)據(jù)每15分鐘采集，每天96個(gè)數(shù)據(jù)，通常保存最近10天的數(shù)據(jù)(包括有功、無功、電壓、電流等數(shù)據(jù))；并能根據(jù)設(shè)置上報(bào)主站。系統(tǒng)終端具有主動(dòng)上報(bào)功能，它可以將數(shù)據(jù)上報(bào)，也可以被動(dòng)上報(bào)(等待主站對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行招測)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的查詢功能。27 抄表測試功能為了方便用戶知道和終端相連的電能表是否能夠通信成功，也可以通過液晶屏和按鍵配合設(shè)置不同的表地址和通信速率來進(jìn)行手動(dòng)抄表。3 交流模擬量采集模塊的軟硬件實(shí)現(xiàn)31 交流模擬量采集模塊的硬件電路系統(tǒng)通過電壓互感器和電流互

8、感器后，可對(duì)采集到的用電設(shè)備的三相交流電壓值，三相交流電流值進(jìn)行處理，再送入ATT7022B芯片進(jìn)行測量和計(jì)算。圖2所示是本系統(tǒng)的電壓和電流采集電路。ATT7022B能夠測量各相以及合相的有功功率、無功功率、視在功率、有功能量以及無功能量，同時(shí)還能測量各相電流、電壓有效值、功率因數(shù)、相角、頻率等參數(shù)。ATT7022B芯片的外圍電路如圖3所示。ATT7022B片內(nèi)集成了7路16位的ADC，采用雙端差分信號(hào)輸入。最大輸入電壓是15 V，而可以輸入最大的正弦信號(hào)有效值是1V。實(shí)際應(yīng)用中，可以將電壓通道Un對(duì)應(yīng)到ADC的輸入選在05 V左有，而電流通道，Ib時(shí)的ADC輸入選在O1V左右。計(jì)量模塊主要是

9、對(duì)電壓、電流采樣通道采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行高通濾波和移相濾波或相位校正進(jìn)行計(jì)算，以得到所需要的參數(shù)量(包括電壓、電流有效值、功率、頻率、相位角等三相參數(shù))，并將這些參數(shù)存入相應(yīng)的寄存器中，然后通過SPI口將參數(shù)傳輸給MC-U。32 ATT7022B與微處理器的數(shù)據(jù)傳輸軟件流程圖4所示是基于ATT7022B的SPI通訊流程。本程序主要是完成ATT7022B的初始化工作。并根據(jù)LPC2132FBD64的查詢命令向其發(fā)送數(shù)據(jù)或修改ATT7022B寄存器中的參數(shù)。如果遇到異常情況，則由終端自動(dòng)向監(jiān)控中心發(fā)報(bào)警信息。ATT7022B與微處理器之間的數(shù)據(jù)傳輸是由LPC2132FBD64向SPI接口的DIN端送入8

10、位命令字啟動(dòng)的。命令分為讀取命令和寫入命令兩類，可通過命令字的最高位來區(qū)分。若最高位為1。則命令為寫命令，若最高位為0，則為讀命令。通過讀取命令，LPC2132FBD64可讀出ATT7022B中的各相以及合相的有功功率、無功功率、視在功率、有功能量以及無功能量，同時(shí)還能獲得各相電流、電壓的有效值以及功率因數(shù)、相角、頻率等參數(shù)。寫入命令即校表命令的相應(yīng)程序，主要完成對(duì)ATT7022B的參數(shù)精度修正。ATT7022B必須經(jīng)過參數(shù)精度修正后才能保證采集結(jié)果達(dá)到系統(tǒng)的精度要求。4 系統(tǒng)性能測試本產(chǎn)品現(xiàn)已通過了現(xiàn)場試驗(yàn)及專家鑒定，各項(xiàng)性能均可達(dá)標(biāo)。數(shù)據(jù)采集功能測試結(jié)果和計(jì)量中心測試結(jié)果的誤差在O2以內(nèi)。負(fù)控功能經(jīng)過了500次測驗(yàn)，沒有誤操作發(fā)生。其可靠性和穩(wěn)定性方面，除了液晶的工作溫度在-2070度外，其他所有器件的工作溫度都在-4085度，能夠應(yīng)對(duì)多種惡劣環(huán)境。5 結(jié)束語本系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)、精確地測量電網(wǎng)的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)信息，隨時(shí)獲取實(shí)時(shí)詳細(xì)的電能質(zhì)量監(jiān)測報(bào)告，并可直接對(duì)用電設(shè)置進(jìn)行管理和控制。故可以有效地改善用電負(fù)荷的曲