时间：2014-03-15 分类：微电子
摘要：作者结合实践经验介绍GPRS配电变压器远程监控系统的功能、硬件结构和主站软件平台的设计。分析GPRS网络的配电变压器远程监控的解决方案，实现了对配电变压器的在线实时监测、数据采集、无功补偿控制、电能质量监测、无功补偿控制等功能, 利于运行人员对配变负荷情况的及时掌握, 改善了电能质量、降低了线损从而产生良好的经济效益和社会效益。
关键词：微电子应用论文发表,论文发表期刊网,GPRS ,配电变压器,功能设计,远程监控
引言：变压器监控终端是装设在变压器旁监测变压器运行状态的终端设备。变压器监控终端用于对变压器的信息采集和控制，它实现监测配电变压器的运行工况，完成传统电压表、电能表、功率因素表、以及负荷指示仪和电压监视仪等的功能。他能与其他后台设备通信，提供配电系统运行控制及管理所需的数据。一般要求变压器监控终端能实现监测线路、柱上配电变压器或者箱式配电变压器的运行工况，及时发现和处理事故和紧急情况，就地或者远方进行无功补偿，实现有载调压配电变压器的自动调压功能。
1 系统模型
配电变压器监测系统是配电自动化系统的重要组成部分。基于GPRS 的配电变压器智能系统由变压器监测终端、通信网络、数据中心组成。变压器监测终端置于变压器现场，通过电流互感器(CT)对变压器二次侧的电气参数进行采集，然后发送给GPRS模块，最后GPRS模块把数据通过GPRS网络传输至数据中心服务器。同时当变压器终端出现异常报警时，主动发送报警信息给相关人员。数据中心服务器端也可以通过监视控制软件进行变压器终端参数的设置和修改。变压器监测终端完成配电网参数的检测、配电变压器运行工况监测、数据分析与处理、控制命令执行、无功补偿、远程抄表等任务。
2 监控系统主站的功能设计方案
2.1 数据采集子模块的设计
数据采集子系统经参数初始化之后，建立Socket对象等待采集服务器登录连接，并创建通信线程，若现场终端采集服务器成功，则采集服务器根据通讯协议是UDP还是TCP协议创建相应的收发线程，并启动监听服务线程以及数据和命令转发线程，开始接收终端信息和通信通道资源信息，同时Socket对象对接收到的数据包进行解包和校验，在将其存于原始数据库的同时，根据数据类型进行相应显示和报警处理。相应的在主站数据库服务器、采集服务器以及现场终端成功连接后，现场终端可以经过采集服务器转发主站所下发的数据召测等命令。相反，若采集服务器没有成功连接上主站数据库服务器，则断开Socket连接，清理参数并释放相应的资源，采集服务器连接时所创建的通信线程资源以及线程池也必须释放以等待下一次创建时使用。
系统根据采集服务器所接入的计量终端设备额的数量和系统负载情况，自适应动态产生线程池来完成数据采集任务，单个采集任务之间实现负载均衡。在数据分析处理流程，对各类计量遥测数据、电能质量数据、电网运动状况数据以及终端设备状态等进行分析、完整性检查，并实时地刷新采集系统实时数据库，对异常情况实时地给予报警，各类即时数据实时地显示，同时也将其写入主站系统原始数据库中。对采集失败的任务，系统可以自动补抄。
2.2监控系统主站功能要求
(1)数据采集，软件支持遥测以上规约定义的各种电能量数据和电气参数，主要包括数据项目：负荷类数据、电能量类数据、电能质量数据、电表数据、计量设备工况数据;
(2)负荷管理子模块，负荷管理子模块在功能上可以划分为负控定值设置、负荷控制、户控操作流程管理等模块;
(3)Web展现，Web展现通过IE浏览器对系统进行日常的管理，维护，分析和监控，包括用户管理，档案管理，任务管理，日常维护，查询分析，以及各种高级应用等功能;
(4)自动补抄管理，自动补抄管理主要通过对系统的原始数据进行定时或手工检测，找出数据不全的终端，以多种的方式发出报警，以便值班人员进行人工召抄。也可以根据判断条件，在系统恢复正常时，应能自动补测;
(5)规约转换管理，规约转换管理是实现了许多通讯扩展功能，包括数据加密和压缩传输，终端远程升级等功能;
(6)报表管理，报表管理是通用的数据库查询和报表定制软件。其基本原理是将报表生成分为指标定义、构造查询和合成报表三步。用户可按照自己的需要自由地生成各种查询进而得到完美的报表。
3 配电变压器监控终端硬件设计方案
基于GPRS通讯网络的电能量遥测系统终端硬件各个模块的功能。系统以高速DSP为核心。系统需要扩展USB模块，与USB接口的外设进行通信;扩展RS232口，下载程序用于调试，也可用于功能扩展，例如现场的控制接口;扩展GPRS模块，进行基于GPRS网络进行SOCKET通讯;扩展红外口，与PDA进行通信;扩展RS485通信模块，与表计进行通信;扩展LED显示，用于现场显示终端工作状态。各个模块详细介绍如下：
(1)ADE7758:一种具有六路A/D采样通道,可将电流电压模拟信号转换为数字信号。#p#分页标题#e#
(2)高速DSP为核的微处理器，是整个板子的核心。
(3)UART：是一个双通道通用异步收发器，可支持最高达4Mbps的通讯速度。在本系统中使用该芯片可以从并口中获得两个串口通分别接至485通讯口和红外通讯口。
(4)IrD：红外通讯模块，用于同PDA通讯。
(5)CMS91：Cellon公司的GPRS模块。
4 配电变压器监控终端软件设计方案
由于配电变压器监控终端需要实现实时数据采集、无功补偿计算、数据转发、数据管理等复杂功能，传统的前后台系统已经无法满足终端对实时性和可控性的要求。随着硬件条件的改善以及嵌入式系统应用领域日益扩大，所提供的功能越来越复杂，实时性也得到很大的改善，基于嵌入式实时系统的软件结构设计已成为配电变压器监控终端的最佳选择。
配电变压器监控终端是建立在嵌入式软件平台的基础上，以任务为主脉络，以实时性为优先级，并综合嵌入式平台的软硬件资源进行设计的。整个终端软件采用模块化结构设计，每个模块被设计成只负责单独的一项功能，其优点是利于软件的移植和修改，利用现有的通用软件包，可得到事半功倍的效果，并且方便调试和修改。四配电变压器监控终端软件主要由数据采集与处理模块、事件监测与主动上报模块、数据存取模块、无功补偿控制模块、终端通信处理模块、键盘显示模块、抄表处理模块、级联处理模块等组成。
配电变压器监控终端软件的开发流程如下：
(1)把实时嵌入式操作系统移植到微控制器上。
(2)编写微控制器主控制电路外围器件的底层驱动函数。
(3)在实时嵌入式系统接口函数的基础上开发用户应用程序，编写各模块的功能实现程序代码。
(4)对各个模块进行实时性优先级分类，把每个功能模块嵌入到嵌入式平台的各个子任务中，实现各个任务的合理调度。
5 配电变压器监控终端硬件功能结构四大部分
(1)配电变压器数据采集模块。通过电流互感器(CT)对变压器二次侧的电气参数进行采集。
(2)抄表与级联模块。配电变压器监控终端周期性地通过RS-485接口获取最多8块多功能电能表的实时数据，同时周期性巡查级联从终端的主动上报需求。
(3)通信模块。用于实现配电变压器监控终端的几种通信方式，包括本地RS-232串口通信、近距离微功率无线通信和远程GPRS通信三种通信方式，其中本地串口通信用于终端本地调试和参数设置，微功率无线通信用于手持PDA现场参数设置和数据查询，GPRS通信用于主站与终端之间的远程数据传输。
(4)无功补偿控制模块。每隔一段时间计算出无功补偿量，并通过智能复合开关控制相应电容器组投切动作。
结束语
配电变压器的实时远程监控和低压电网的无功补偿已成为配电自动化系统的重要组成部分之一。配电变压器监控系统对数据传输可靠性和实时性的要求，探讨一种无线通信的配电变压器监控系统的设计与实现，提出将GPRS通信技术、低压无功补偿技术、嵌入式技术应用于配电变压器的智能监控，可以对大量的配电变压器进行实时监控，并对配电变压器低压侧电网进行动态无功补偿，对加强配电变压器的智能化管理、提高供电质量和增强供电可靠性有着重要的意义。
