配電自動化課程設計

1、. 引言 隨著我國社會主義經濟的開展和完善, 全國城鄉(xiāng)的負荷都與日俱增, 并希望得到充足可靠、合格廉價和高質量的電能。尤其是承諾制的推行, 對于電能質量提出了更高的要求, 因而電網的改造勢在必行。而且近年來電力系統(tǒng)經營和管理體制的改革使電力已作為商品進入了市場, 因而電力系統(tǒng)的平安經濟運行就直接影響著電力行業(yè)的興衰和電力企業(yè)的效益。目前大量存在的人工抄表的方法已遠不能適應現代化管理的需要, 而由此帶來的線損率的增高也必然影響著電力行業(yè)經營管理指標的完成。線損率較高的主要原因之一就是抄表、計算和管理手段落后, 管理損耗增大。現供電局管轄大用戶計費電能表、居民生活用電能表和變電站關口表及其它重要表

2、計根本上還在采用人工讀表、監(jiān)視和維護, 這樣不僅浪費人力物力, 而且效率極低。如果實施電能表自動抄收系統(tǒng), 不僅可以大大提高電網運行的可靠性, 而且可以充分利用現有設備的能力, 降低勞動強度, 從而給用戶和電力公司均能帶來可觀的收益。 電能計量的概念：電力系統(tǒng)中裝設了各種各樣的測量表計，用于檢測所需要的各種參量，如電壓、電流、功率、頻率、電能等。這些儀表中有的反映瞬時值，有的記錄累積值，電能表是專門用來測量電能累積值的儀表。1系統(tǒng)的根本構造 電能表自動抄收是對電網中的所有計量電能表進展遠方實時監(jiān)視、協(xié)調及控制的一個集成系統(tǒng), 它是近幾年來開展起來的新興技術, 是電子技術、電能表技術和現代計算機

3、技術、通訊技術在電網改造中的結合和應用。當前 發(fā)作為專門采集處理各種電能量也可根據實際需要輔助采集電流、電壓、功率等相關參數 供有關部門進展網損計算、線損計算、用電核算、用電收費以及進展相應控制和管理的電能表自動抄收系統(tǒng)已成為電力企業(yè)必須配備的計量核算手段該系統(tǒng)的主要二作原理是將智能型電能表具有數據傳輸功能的所有數據輸人與其相匹配的集抄器集合, 該集抄器不對數據進展任何處理, 它配有調制解調器可將數據通過通訊網絡遠傳給后臺監(jiān)控主站假設在變電站中使用, 該集抄器具有一發(fā)兩收功能, 即也可將數據傳給當地變電站計算機, 門場地計算機及時記錄和就地完成電量平網分別與地調、用電、生技等有關單位實行數據共

4、享。2系統(tǒng)功能2.1 抄表系統(tǒng)功能 自動完成每日整點、每日零點、每月零點電能表數據的抄錄, 建立數據庫, 存儲一個月的每日整點電量和 年的每月零點電量。實現人機對話, 可實現隨機數據采集, 并監(jiān)測表計運行狀況, 具備表計異常報警功能斷壓、斷流、表計故障等, 也可對通訊錯誤的電能表實現報警和重新抄錄功能。電能表數據抄錄應包括以下容 有功總電量、有功頂峰電量、有功低谷電量、無功總電量、無功頂峰電量、無功低谷電量、每相電流值、每相電壓值及斷相次數和斷相時間。集抄器應確保完成只有、無功表計的抄錄、傳輸工作, 通訊距離.停電后數據應保存年以上, 送電后可實現重新抄錄。實現變電站母線電量平衡分析, 母線三

5、側電量平衡分析及站損分析。對系統(tǒng)下屬各表計可以實現統(tǒng)一校時。 2.2數據綜合應用軟件的功能數據管理提供系統(tǒng)運行參數的設置、備份、恢復及原始數據的整理、壓縮、備份和恢復信息查詢維護提供抄表系統(tǒng)信息查詢、電表檔案維護、用戶檔案信息查詢、回路旁帶情況登記和計量點地理分部信息圖。其中電表檔案維護能夠為用戶建立詳細的電能表檔案資料及換表情況登記。3電網領域自動抄表3.1485總線方式系統(tǒng)由主站、集中器、采集終端、電表組成。集中器與采集終端之間采用RS485總線通信方式組建抄表網絡，數字采集終端通過RS485總線和電表連接，脈沖采集終端每個脈沖端口只能接一塊脈沖表。 系統(tǒng)采用RS485專線通信，具有抄表速

6、度快，通信可靠，可以保證每天24h的實時通信的特點。計量方面具有系統(tǒng)采用一體化的RS485表，電表計量精度高，通信的時候能直接讀取電表的存電能量數據，防止了電能量的二次計量。 其缺點是由于系統(tǒng)需要鋪設通信線路，所以適用于電表集中安裝、工程施工方便、容易鋪設通信線路的小區(qū)，鋪設線路費用昂貴。 3.2電力線載波抄表抄表系統(tǒng)由主站、集中器、載波式電能表組成。系統(tǒng)的主站與集中器之間通過PSTN公用網來進展遠程通信，集中器與表計之間采用低壓電力線載波通信方式組建抄表網絡。 系統(tǒng)采用電力線載波通信，無需架設額外的通信線路，載波表只需要接上電源即可，工程施工和日后的系統(tǒng)維護方便。適用那些對遠程停送電實時性要

7、求不高、電表分散、工程施工難度大的地方。 系統(tǒng)采用一體化的電力線載波表，電表計量精度高，通信的時候直接讀取電表的存電能量數據，防止了電能量的二次計量。 其缺點是由于現場條件下電力線存在有斷續(xù)的尖峰噪聲干擾、負載阻抗隨機變化和信號衰減強烈，因此電力線的通信條件非常惡劣。不同的時間，不同的地點，不同的調試方法，都有可能導致低壓電力線載波通信實時性和可靠性有很大的差異。目前電力線通信技術依然在開展階段，尚不能保證實時通信，所以系統(tǒng)僅適用那些不需要遠程停送電功能、月用電量少、電表特別分散、工程施工難度很大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農村地區(qū)。 3.3RS485總線無線抄表系統(tǒng)由主站、無線集中器、無線數字采集終端、RS48

8、5電能表組成。系統(tǒng)的主站與集中器之間通過PSTN公用網來進展遠程通信，集中器與采集終端間采用短距離無線通信，采集終端和表計之間通過RS485總線方式組建抄表網絡。 系統(tǒng)的集中器和采集終端間采用小區(qū)短距離無線通信，無需架設額外的通信線路，工程施工方便。電表采用RS485表，采集終端通過485總線和電表連接。 系統(tǒng)采用一體化的RS485表，電表計量精度高，通信的時候直接讀取電表的存電能量數據，防止了電能量的二次計量。 無線的實時性要比電力線載波通信的實時性高，所以本系統(tǒng)適用對遠程停送電實時性要求高，工程施工難度大，電表集中的居民小區(qū)。 其缺點是通信距離比擬短，一般為可視距離100m之，即集中器和采

9、集終端之間最好不要有障礙物，如果有障礙物的話，可以通過設置中繼來處理，最多可設置4級中繼。 3.4RS485總線載波抄表系統(tǒng)由主站、集中器、載波采集終端、電能表組成。系統(tǒng)的主站與集中器之間通過PSTN公用網來進展遠程通信，集中器與采集終端之間采用電力線載波通信，采集終端和表計之間RS485總線方式組建抄表網絡。 系統(tǒng)的集中器和采集終端間采用電力線載波通信，無需額外架設額外的通信線路，工程施工方便。采集終端通過通信線和電表連接。適用那些對遠程停送電實時性要求不高、工程施工難度大、電表集中的舊居民小區(qū)。 多適用于由于現場條件下電力線存在有斷續(xù)的尖峰噪聲干擾、負載阻抗隨機變化和信號衰減強烈的場所，因

10、此電力線的通信條件非常惡劣。不同的時間，不同的地點，不同的調試方法，都有可能導致低壓電力線載波通信實時性和可靠性有很大的差異。目前電力線通訊技術依然在開展階段，尚不能保證實時通信，所以系統(tǒng)適用那些不需要遠程停送電功能、月用電量少、電表特別分散、工程施工難度很大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農村地區(qū)。 3.5CATV網絡遠程抄表基于CATV網絡傳輸的遠程抄表系統(tǒng)不受傳輸距離的限制，傳輸通道干凈、無雜波干擾，傳輸數據不會產生丟包的現象。CATV網絡同軸電纜都已經接入到每個小區(qū)至戶，而且距離電表箱較近，無需重復布線。 采集終端設備是采用一種采集器與集中器一體的設備，將采集到的電表讀數通過廣電的同軸電纜傳輸數據的設備，能夠

11、對電表的數據進展實時的讀取并可存儲，以備電網主站人員調用； 采集終端帶有繼電器控制IO接口，對普通485不可控電表實現遠程停送電的操作。目前為止國最為高效、穩(wěn)定的抄表方式。 基于CATV網絡傳輸的遠程抄表系統(tǒng)不受傳輸距離的限制，傳輸通道干凈、無雜波干擾，傳輸數據不會產生丟包的現象。CATV網絡同軸電纜都已經接入到每個小區(qū)至戶，而且距離電表箱較近，無需重復布線。 采集終端設備是采用一種采集器與集中器一體的設備，將采集到的電表讀數通過廣電的同軸電纜傳輸數據的設備，能夠對電表的數據進展實時的讀取并可存儲，以備電網主站人員調用； 采集終端帶有繼電器控制IO接口，對普通485不可控電表實現遠程停送電的操

12、作。目前為止國最為高效、穩(wěn)定的自動抄表方式。CATV網絡遠程抄表方式主要突出幾大特點：不再需要更換小區(qū)電表，防止重復投資，通過新型采集終端設備的技術整合，傳統(tǒng)單一功能的485電表即可擴大為先進多功能電表所具備的遠停遠送遠抄功能，更方便的為用戶提供遠程效勞； 不用重新鋪設網絡，防止重復投資?，F有居民樓都已鋪設CATV網絡，網絡接入口與電表箱距離“少則一米以，至多不超過五米，網絡搭建本錢成倍降低；適應城市居民社區(qū)、公變臺區(qū)用戶、農村用戶等各種用電環(huán)境，從而使擴大低壓集抄圍到100%成為可能。解決了以上四大低壓集抄抄表效率低的問題。原低壓集抄技術，由于GPRS信號不穩(wěn)定、低壓線路信號干擾、485線路

13、通訊傳輸距離近等原因，抄表數據不是產生丟包、漏包的現象就是產生誤抄的現象，無法100%一次性抄到到所有的低壓用戶。通過CATV網絡平安可靠的信道通訊，使抄表率到達100%。 可采用廣電CATV網絡閉路電視系統(tǒng)的信息群發(fā)技術。通過供電局側主站與廣電公司接口的傳輸，對應供電公司營銷系統(tǒng)的客戶信息唯一標識，在廣電CATV信息發(fā)布平臺上可以確保催繳電費信息，準確的送達需要進展電費信息通知的客戶家中電視上，而不對其他客戶造成影響。并可通過機頂盒遙控器方式進展電視在線繳納電費。真正的解決了“抄表送單收費催費的全過程自動化問題。解決了人工送單、人工停復電催費的效勞模式。通過廣電OSD信息發(fā)布，使全面取消人工

14、送單成為可能。 具備廣域的傳遞電網最新信息峰谷用電通知、每戶量身訂制的階梯電價科學用電方式至客戶電視機上引導用戶節(jié)能用電手段。形成全民參與科學用電，緩解目前供電負荷的不平衡供電系統(tǒng)的峰谷差較大，用電頂峰時電力非常緊的局面； 基于CATV網絡抄表準確率100%、抄表響應時間2s。遠停遠送效勞10s、設備在線率100%、遠控失誤率0%。 國遠程抄表比照表國常見自動抄表方式與最新CATV網絡自動抄表技術的比照： 傳統(tǒng)組網方式組網模式傳輸信道傳輸距離通訊效果安裝本錢總線模式RS4851000m100%較高無線模式GPRS800 m90%較高電力載波電力線1000 m90%低CATV組網方式RS485+

15、RFCATV網絡大于1000M100%低4自動抄表系統(tǒng)研究的目的和意義自動抄表系統(tǒng)研究的目的和意義十分廣泛，對用電管理部門而言，主要表達在如下幾個方面：有利于減輕傳統(tǒng)人工抄表工作的勞動強度；有利于提高抄表工作的效率；有利于用電數據的有效存儲和歷史數據的快速查詢；能夠實現用電數據的自動統(tǒng)計分析，用電管理部門能夠及時掌握電網供電狀況以及負載的變化情況，有利于提高配電管理和電網改造決策的科學性；有利于實現用電管理的規(guī)化和標準化；能夠實現用電標準的動態(tài)制定，有利于提高用電收費管理的科學性與合理性；順應歷史開展的需要，應用電子與計算機技術實現自動抄表，有利于提高用電管理部門的管理與決策水平；有利于國家對

16、用電管理部門的統(tǒng)一集成。采用計算機自動抄錄用戶電表數據、自動計費報表時用電管理開展的必然趨勢。針對普通用戶開發(fā)一個經濟適用、可靠的自動抄表系統(tǒng)，可以增強用電管理部門用電經營管理的效率，提高配電管理與決策的科學性，減少人力資源的浪費。另外利用抄表系統(tǒng)自動傳輸和記錄電表數據，吐過遇到用電收費糾紛，還可以實時查驗和查詢歷史用電數據。這樣是我國公用事業(yè)的收費工作方式得到有效改善。抄表系統(tǒng)的研制成功，必將帶來一定的經濟效益和社會效益。 5系統(tǒng)構建各個監(jiān)控現場一般距離主站系統(tǒng)較遠，假設要掌握多個監(jiān)控現場的情況，把各個監(jiān)控現場的電壓、電流、功率、以及度數等數據信息傳送到主站系統(tǒng)，需要建立一個星型的測控通信網

17、絡，解決數據遠程傳輸問題。由于GPRS通信是基于IP地址的數據分組通信網絡，配電中心計算機主機配置固定的IP地址，各個電表數據采集點采用GPRS模塊和該主機進展通信。51 遠程電量監(jiān)控系統(tǒng)的總體構造整個監(jiān)控系統(tǒng)由一個主站系統(tǒng)和假設干個現場站點組成，而現場站點一般包含有前端數據采集器和現場下位機，系統(tǒng)構架見圖1所示。主站系統(tǒng)(中央管理器)主要工作是監(jiān)視和記錄各現場站點的工作狀態(tài)，從而到達遠程控制現場站點的目的?，F場站點主要對電量的各種參數進展采集與傳送，中央管理器可對各現場站點的歷史記錄進展查詢，從而到達對電力運行過程進展科學管理、預防事故發(fā)生的目的。中央管理器和各現場站點之間GPRS相連，由中

18、央管理器主動建立，現場站點接到呼叫后應答進展數據傳輸。這樣做的好處是可以防止多個現場站點同時呼叫，防止出現網絡阻塞。GPRS數據傳輸方式及網絡構造：通過GPRS效勞，設備可采用互聯(lián)網Internet的標準方式與在互聯(lián)網上的效勞器交換數據。GPRS的根底是以IP包的形式進展數據的傳輸，GPRS無線終端接入GPRS網絡的方法與普通有線MODEM類似，都采用建立PPP(PointtoPoint Protoco1)連接方式。PPP協(xié)議是一種被廣泛采用的串行點對點鏈路上傳輸數據包的方法，包括LCP、PAP、IPCP、NCP等。GPRSMODEM通過PPP協(xié)議獲得動態(tài)分配的IP地址。連接建立后，在PPP協(xié)

19、議的根底上通過數據傳輸協(xié)議，如TCP、UDP等實現與互聯(lián)網上其它計算機的數據通訊。GPRS傳輸方式：在遠程終端，采集數據通過AD接口送入GSMGPRS無線通信控制終端，GSMGPRS無線通信控制終端首先將數據打包成TCPIP數據包，再轉換成GPRS數據包，通過無線鏈路傳送到無線數據交換中心(MDEC)。MDEC再剝離GPRS數據包并通過GGSN網關將TCPIP數據包傳送到Internet，再由Internet傳送到通信控制計算機，通信控制計算機通過Socket套接字承受TCPIP數據包，并把它復原成原始數據。當數據由監(jiān)控中心到遠程終端方向時，情況是類似的。52 監(jiān)測站點的硬件組成設計監(jiān)測站點由

20、前端數據采集器和現場下位機構成，其中前端數據采集器采用CS5460模塊和LPC932單片機構成，它負責采集監(jiān)控現場的各項數據并存儲。線路的部經過嚴格的電磁隔離，測量電路經過采樣、AD轉換處理后形成的數字信號再經過光電耦合由信號適配器向從單片機LPC932傳送，主單片機與從單片機之間可采用I0口模擬時序的方式進展串口通信?，F場下位機局部是整個系統(tǒng)的工作核心，既負責和前端數據采集器之間的通信，又負責和中央管理器的數據通信，即將轉換和處理后的信號送到中央管理器，還要負責和“時鐘+看門狗電路及顯示電路的通信。因此，這局部電路至關重要。針對系統(tǒng)的要求和實際應用條件的情況，選用高性能的rabbit單片機作

21、為系統(tǒng)的監(jiān)控核心，Rabbit2000是專門為嵌入式控制，通信和以太網連接而設計的微處理器，具有非常低的電磁干擾。Rabbit2000是Rabbit半導體公司為嵌入式環(huán)境設計的高性能低價位的8位微處理器，以其C語言友好指令集和快速數字處理功能而受到矚目。Rabbit2000的構造以Zilog公司的原始Z80微處理器為根底，但作了幾項改良：不像Z80指令集那樣使用16位尋址覆蓋存儲空間，而用1個20位或l兆字節(jié)的實際存儲空間：采取直接與靜態(tài)存儲器相連接的方式，有3條存儲芯片選擇線路和2組寫入輸出啟動線路。Rabbit2000的系統(tǒng)工作頻率最高可達2949MHz。Rabbit2000片上外設包括5

22、個8位并行I0端口、4個串行端口、1個子端口、5個8位定時器、1個lO位定時器、準確脈沖發(fā)生硬件和電池支持的RTC。其串口可采用同步或異步傳輸方式，采用294912MHz的系統(tǒng)頻率，異步傳輸速率最高可達916kbps?，F場下位機局部主要包括：主從芯片單片機、顯示電路、時鐘+看門狗電路、GPRS等局部。它與前端數據采集器一起構成了現場站點。 6主站系統(tǒng)的總體設計主站系統(tǒng)由個人計算機加上管理軟件構成。該局部由Pc機、Windows操作系統(tǒng)、應用軟件和數據庫組成。數據庫采用Access數據庫，將不同現場站點的狀態(tài)參數以及現場信息存儲在不同的表格。簡單來說，這局部的軟件設計主要以下幾局部工作：21 設

23、置動態(tài)數據庫在管理監(jiān)控中心計算機中要設置動態(tài)數據庫，用以存放各現場采集的數據、上下限告警值、參數整定值等。22 設置各種通訊標志位由于通訊任務分為定時通訊，隨機通訊和緊急通訊，通過合理地分配各種通訊位標志，依據通訊位標志進展程序的分支轉移，以實現不同的動作。應用軟件需自行開發(fā)，主要實現以下功能：(1)提供與操作者交互的人機界面，使用Windows操作界面，操作簡單、快捷。(2)與現場站點建立通訊并交換數據。(3)各站點數據的顯示、存儲及檢索查詢，存儲大量的歷史數據，可以根據用戶的需要生成統(tǒng)計報表、營業(yè)抄表或者曲線、圖表等形式。(4)通過現場站點單片機實現遠程監(jiān)測的功能，在中央管理器端具有多項設

24、置功能，包括報警或預警參數的選擇，門限值的設定，用電設備維護人的呼叫、手機(或BB機)都可以方便地設置。(5)添加、刪除現場站點等系統(tǒng)維護功能。根據以上功能要求，對中央管理器端的軟件系統(tǒng)做出了如下圖流程。7課程設計心得體會通過此次課程設計，使我更加扎實的掌握了有配電網遠方抄表方面的知識，在設計過程中雖然遇到了一些問題，但經過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經歷缺乏。實踐出真知，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。過而能改，善莫大焉。在課程設計過程中，我們不斷發(fā)現錯誤，不斷改正，不斷領悟，不斷獲取。最終的檢測調試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉的知行觀。這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多問題，最后在教師的指導下，終于游逆而解。在今后社會的開展和學習實踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現問題所在，然后一一進展解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠不