電力負(fù)荷管理系統(tǒng)的應(yīng)用研究

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司 肇慶供電局 526000

摘要：隨著我國(guó)電力事業(yè)的不斷發(fā)展和電力系統(tǒng)對(duì)輸配電要求的提高。電力負(fù)荷管理系統(tǒng)將被廣泛地用于冶金、電力、交通、樓宇控制等自動(dòng)化控制場(chǎng)合，具有廣闊的市場(chǎng)前景。本文介紹了基于大宗電力用戶的電力負(fù)荷管理系統(tǒng)，論述了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和工作原理，介紹了系統(tǒng)的主站設(shè)計(jì)和通信實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：大宗電力；負(fù)荷；管理系統(tǒng)；研究

1引言

在企業(yè)改革不斷深入發(fā)展的過(guò)程中，對(duì)用電進(jìn)行科學(xué)有效的管理越來(lái)越受到重視。如何能準(zhǔn)確、快速、經(jīng)濟(jì)地獲得用電的各類數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行用電分析、負(fù)荷管理、表計(jì)運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)、電費(fèi)自動(dòng)結(jié)算，不但有利于供電部門(mén)對(duì)電力負(fù)荷的管理、保證供電和用電電量的平衡，同時(shí)也是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的有力手段。而電力負(fù)荷控制系統(tǒng)的目的就是通過(guò)控制用戶的用電開(kāi)關(guān)，使得一些負(fù)荷在用電低谷的時(shí)段運(yùn)行，從而起到了削峰填谷，平衡整體的負(fù)荷曲線，提高供用電經(jīng)濟(jì)效益。

此外，由于國(guó)家對(duì)大中型工業(yè)企業(yè)節(jié)能降耗的要求不斷地提高，工業(yè)企業(yè)已經(jīng)越來(lái)越關(guān)注電能消耗這一重要問(wèn)題。在工業(yè)供電系統(tǒng)中，企業(yè)通過(guò)全面掌握供電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，不僅可以提高供電系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，而且還能加強(qiáng)對(duì)重要負(fù)荷的電能監(jiān)測(cè)，掌握分時(shí)段電能計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而合理安排生產(chǎn)，減少用電消耗和降低生產(chǎn)成本。同時(shí)，企業(yè)對(duì)其內(nèi)部供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量分析、配電系統(tǒng)的運(yùn)行管理有了更高的需求[1]。為了滿足其需求，新一代的電力負(fù)荷管理系統(tǒng)開(kāi)始逐漸應(yīng)用到大宗電力用戶供電系統(tǒng)中，電力負(fù)荷管理系統(tǒng)是現(xiàn)代企業(yè)管理不可或缺的組成部分。

2 電力負(fù)荷管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

電力負(fù)荷管理系統(tǒng)由主站軟件、通信管理終端、電力負(fù)荷管理終端組成。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2-2。

圖2-2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

電力負(fù)荷管理終端對(duì)電流、電壓、功率等實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)和用電量進(jìn)行測(cè)量和計(jì)量，通過(guò)RS-485數(shù)字通信信號(hào)接入到設(shè)在當(dāng)?shù)氐耐ㄐ沤K端，通信終端將數(shù)據(jù)采集、處理，由通信通道網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)主站。主站按照應(yīng)用軟件和通信協(xié)議處理數(shù)據(jù)，計(jì)算出分時(shí)電量、負(fù)荷曲線、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等，為負(fù)荷管理、科學(xué)用電提供數(shù)據(jù)。

2.2系統(tǒng)的工作原理

電力負(fù)荷管理終端安裝于設(shè)備側(cè)，通過(guò)計(jì)量芯片采集設(shè)備電流、電壓、功率、電量等數(shù)據(jù)，并且將電能表采集到的用電數(shù)據(jù)采集過(guò)來(lái)，再經(jīng)由Modbus數(shù)據(jù)總線與通信終端連接，最后將采集到的數(shù)據(jù)上報(bào)給計(jì)算機(jī)主站。主站按照Modbus通信協(xié)議規(guī)定來(lái)處理數(shù)據(jù)，計(jì)算出分時(shí)電量、負(fù)荷曲線、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、分析報(bào)告等，為負(fù)荷管理和企業(yè)運(yùn)營(yíng)提供數(shù)據(jù)。

2.3 系統(tǒng)的主要功能

電力負(fù)荷管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如2-2所示，其除了具有系統(tǒng)管理功能、負(fù)荷管理功能和事件管理功能外，還必須具有數(shù)據(jù)管理等功能。

3電力負(fù)荷管理系統(tǒng)Modbus通信協(xié)議

采用的是PHILIPS公司生產(chǎn)的ARM7處理器系列中的LPC2131處理芯片，通過(guò)使用高級(jí)語(yǔ)言Delphi編程實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與下位機(jī)的RS485串行通信，并成功實(shí)現(xiàn)了用單臺(tái)微機(jī)與多臺(tái)ARM控制器的通信控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)多臺(tái)配電智能終端的靈活控制。

3.1 串行通信線路的連接

本項(xiàng)目是用于企業(yè)內(nèi)部的電能管理，屬于分布式控制系統(tǒng)，通信距離較長(zhǎng)，一般都在1000米以內(nèi)，而RS485具有傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾性好等特點(diǎn)，在波特率為100kbit/s時(shí)其通信距離可達(dá)到1200m[2]，因此采用RS485通信。圖l為PC機(jī)與多臺(tái)ARM控制器串行通信的連接圖，這里只重點(diǎn)突出了PC機(jī)與ARM控制器RS485的接口部分。

由于多數(shù)微機(jī)僅具有RS232接口而沒(méi)有RS485接口，所以圖中的PC機(jī)是通過(guò)“RS232/485轉(zhuǎn)換器”將PC機(jī)的RS232接口轉(zhuǎn)換成RS485接口，由此實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與多臺(tái)ARM控制器的RS485通信連接，這種連接最多可達(dá)32臺(tái)ARM控制器。每臺(tái)ARM控制器都可以在內(nèi)部以參數(shù)或跳線的形式設(shè)定一個(gè)唯一的地址碼，以此作為通信時(shí)ARM控制器的識(shí)別碼，這樣PC機(jī)便能通過(guò)RS485通信線對(duì)掛接在上面的所有ARM控制器按照通信協(xié)議進(jìn)行控制操作。

圖1：系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)

但一般的PC機(jī)上沒(méi)有RS485接口，且RS485與RS232電平不同，想通過(guò)計(jì)算機(jī)的RS232接口與系統(tǒng)的終端相連，就必須有相應(yīng)的RS232-RS485的雙向轉(zhuǎn)換器。

3.2 與ARM控制器之間的通信協(xié)議

1978年由施耐德公司制定了Modbus協(xié)議，當(dāng)時(shí)它主要是用于電子控制器上的一種通信語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)控制器之間、控制器和其他設(shè)備之間的通信。在1996年施耐德公司又推出了基于TCP＼IP的Modbus協(xié)議。Modbus協(xié)議是一種應(yīng)用層報(bào)文傳輸協(xié)議，從功能上看，它可以認(rèn)為是一種現(xiàn)場(chǎng)總線。該協(xié)議已成為通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。采用Modbus協(xié)議，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備通過(guò)Modbus接口可以相互連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的集中監(jiān)控。

3.2.1ARM控制器串口通信方式

LPC2131處理芯片寬范圍的串行通信接口，其RS485通信接口也符合一般串行口的異步通信格式：1位起始位+5～8位數(shù)據(jù)位+0～1位奇偶校驗(yàn)位+1～2位停止位。波特率可根據(jù)需要選擇，最高可達(dá)到19.2kbit/s。

此處，我們將變頻器的RS485通信接口設(shè)定為：1位起始位+7位數(shù)據(jù)位+1位偶校驗(yàn)位+1位停止位，即一個(gè)字符共11bit。

3.2.2 ARM控制器的通信協(xié)議

Modbus通信協(xié)議是工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中用于對(duì)自控設(shè)備進(jìn)行訪問(wèn)控制的主/從（Master/Slave）式通信協(xié)議，由Modicon公司開(kāi)發(fā)，在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用。[3]已有以下特點(diǎn)：

物理界而符合EIA-485規(guī)范；組成主從訪問(wèn)的單主控制網(wǎng)絡(luò)；通過(guò)簡(jiǎn)單的通信報(bào)文完成對(duì)從節(jié)點(diǎn)的讀寫(xiě)操作；通信速率可達(dá)19.2kbps；在主節(jié)點(diǎn)輪詢即逐一單獨(dú)訪問(wèn)從節(jié)點(diǎn)時(shí)，要求從節(jié)點(diǎn)返回一個(gè)應(yīng)答信息；主節(jié)點(diǎn)也可以對(duì)網(wǎng)段上所有的從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行廣播通信。

Modbus通信采用主—從方式，即僅某一設(shè)備（主設(shè)備）能主動(dòng)傳輸（查詢），其它設(shè)備（從設(shè)備）根據(jù)主設(shè)備查詢提供的數(shù)據(jù)做出響應(yīng)。

Modbus通信協(xié)議具有兩種報(bào)文幀格式：ASCII和RTU（Remote Terminal Unit）報(bào)文幀格式。本系統(tǒng)采用RTU報(bào)文格式，如表1所示，其中T表示一個(gè)字符的發(fā)送時(shí)間該報(bào)文以4個(gè)T的空閑時(shí)間標(biāo)志報(bào)文的開(kāi)始和結(jié)束，中間包括地址域、功能域、數(shù)據(jù)域和CRC校驗(yàn)域。

表1 Modbus通信協(xié)議的RTU報(bào)文格式

前導(dǎo)標(biāo)志碼地址域功能域數(shù)據(jù)域校驗(yàn)域結(jié)束碼

T1-T2-T3-T48位8位n個(gè)8位16位T1-T2-T3-T4

3.3串口通信控制軟件的設(shè)計(jì)

在標(biāo)準(zhǔn)串口通信方面，選擇使用相對(duì)簡(jiǎn)單的SPCOMM控件。該控件