電力負荷管理系統的應用研究

廣東電網有限責任公司 肇慶供電局 526000

摘要：隨著我國電力事業的不斷發展和電力系統對輸配電要求的提高。電力負荷管理系統將被廣泛地用于冶金、電力、交通、樓宇控制等自動化控制場合，具有廣闊的市場前景。本文介紹了基于大宗電力用戶的電力負荷管理系統，論述了系統的結構、功能和工作原理，介紹了系統的主站設計和通信實現。

關鍵詞：大宗電力；負荷；管理系統；研究

1引言

在企業改革不斷深入發展的過程中，對用電進行科學有效的管理越來越受到重視。如何能準確、快速、經濟地獲得用電的各類數據，從而進行用電分析、負荷管理、表計運行狀況監測、電費自動結算，不但有利于供電部門對電力負荷的管理、保證供電和用電電量的平衡，同時也是提高企業經濟效益的有力手段。而電力負荷控制系統的目的就是通過控制用戶的用電開關，使得一些負荷在用電低谷的時段運行，從而起到了削峰填谷，平衡整體的負荷曲線，提高供用電經濟效益。

此外，由于國家對大中型工業企業節能降耗的要求不斷地提高，工業企業已經越來越關注電能消耗這一重要問題。在工業供電系統中，企業通過全面掌握供電系統的運行狀況，不僅可以提高供電系統的可靠運行，而且還能加強對重要負荷的電能監測，掌握分時段電能計量的標準，進而合理安排生產，減少用電消耗和降低生產成本。同時，企業對其內部供電系統的電能質量分析、配電系統的運行管理有了更高的需求[1]。為了滿足其需求，新一代的電力負荷管理系統開始逐漸應用到大宗電力用戶供電系統中，電力負荷管理系統是現代企業管理不可或缺的組成部分。

2 電力負荷管理系統體系結構

2.1 系統總體結構

電力負荷管理系統由主站軟件、通信管理終端、電力負荷管理終端組成。系統的結構見圖2-2。

圖2-2系統結構圖

電力負荷管理終端對電流、電壓、功率等實時運行參數和用電量進行測量和計量，通過RS-485數字通信信號接入到設在當地的通信終端，通信終端將數據采集、處理，由通信通道網絡傳輸到計算機主站。主站按照應用軟件和通信協議處理數據，計算出分時電量、負荷曲線、統計報表等，為負荷管理、科學用電提供數據。

2.2系統的工作原理

電力負荷管理終端安裝于設備側，通過計量芯片采集設備電流、電壓、功率、電量等數據，并且將電能表采集到的用電數據采集過來，再經由Modbus數據總線與通信終端連接，最后將采集到的數據上報給計算機主站。主站按照Modbus通信協議規定來處理數據，計算出分時電量、負荷曲線、統計報表、分析報告等，為負荷管理和企業運營提供數據。

2.3 系統的主要功能

電力負荷管理系統功能結構圖如2-2所示，其除了具有系統管理功能、負荷管理功能和事件管理功能外，還必須具有數據管理等功能。

3電力負荷管理系統Modbus通信協議

采用的是PHILIPS公司生產的ARM7處理器系列中的LPC2131處理芯片，通過使用高級語言Delphi編程實現PC機與下位機的RS485串行通信，并成功實現了用單臺微機與多臺ARM控制器的通信控制，進而實現了對多臺配電智能終端的靈活控制。

3.1 串行通信線路的連接

本項目是用于企業內部的電能管理，屬于分布式控制系統，通信距離較長，一般都在1000米以內，而RS485具有傳輸距離遠、抗干擾性好等特點，在波特率為100kbit/s時其通信距離可達到1200m[2]，因此采用RS485通信。圖l為PC機與多臺ARM控制器串行通信的連接圖，這里只重點突出了PC機與ARM控制器RS485的接口部分。

由于多數微機僅具有RS232接口而沒有RS485接口，所以圖中的PC機是通過“RS232/485轉換器”將PC機的RS232接口轉換成RS485接口，由此實現PC機與多臺ARM控制器的RS485通信連接，這種連接最多可達32臺ARM控制器。每臺ARM控制器都可以在內部以參數或跳線的形式設定一個唯一的地址碼，以此作為通信時ARM控制器的識別碼，這樣PC機便能通過RS485通信線對掛接在上面的所有ARM控制器按照通信協議進行控制操作。

圖1：系統通信結構

但一般的PC機上沒有RS485接口，且RS485與RS232電平不同，想通過計算機的RS232接口與系統的終端相連，就必須有相應的RS232-RS485的雙向轉換器。

3.2 與ARM控制器之間的通信協議

1978年由施耐德公司制定了Modbus協議，當時它主要是用于電子控制器上的一種通信語言，實現控制器之間、控制器和其他設備之間的通信。在1996年施耐德公司又推出了基于TCP＼IP的Modbus協議。Modbus協議是一種應用層報文傳輸協議，從功能上看，它可以認為是一種現場總線。該協議已成為通用工業標準。采用Modbus協議，不同廠商生產的控制設備通過Modbus接口可以相互連成工業網絡，進行整個系統的集中監控。

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位數據位+0～1位奇偶校驗位+1～2位停止位。波特率可根據需要選擇，最高可達到19.2kbit/s。

此處，我們將變頻器的RS485通信接口設定為：1位起始位+7位數據位+1位偶校驗位+1位停止位，即一個字符共11bit。

3.2.2 ARM控制器的通信協議

Modbus通信協議是工業控制網絡中用于對自控設備進行訪問控制的主/從（Master/Slave）式通信協議，由Modicon公司開發，在工業控制中得到廣泛應用。[3]已有以下特點：

物理界而符合EIA-485規范；組成主從訪問的單主控制網絡；通過簡單的通信報文完成對從節點的讀寫操作；通信速率可達19.2kbps；在主節點輪詢即逐一單獨訪問從節點時，要求從節點返回一個應答信息；主節點也可以對網段上所有的從節點進行廣播通信。

Modbus通信采用主—從方式，即僅某一設備（主設備）能主動傳輸（查詢），其它設備（從設備）根據主設備查詢提供的數據做出響應。

Modbus通信協議具有兩種報文幀格式：ASCII和RTU（Remote Terminal Unit）報文幀格式。本系統采用RTU報文格式，如表1所示，其中T表示一個字符的發送時間該報文以4個T的空閑時間標志報文的開始和結束，中間包括地址域、功能域、數據域和CRC校驗域。

表1 Modbus通信協議的RTU報文格式

前導標志碼地址域功能域數據域校驗域結束碼

T1-T2-T3-T48位8位n個8位16位T1-T2-T3-T4

3.3串口通信控制軟件的設計

在標準串口通信方面，選擇使用相對簡單的SPCOMM控件。該控件