電力運行信息監測系統開發及應用的若干研究

黃拓 丁銳 馮蕾

摘 要：文章結合某企業的電力運行信息監測系統的實際情況，闡述了該系統的組成和工作原理，并對系統串行接口及其工作機制進行重點討論。

關鍵詞：電力運行信息；監測系統；開發及應用；數字通信接口

電力運行信息采集工作直接反映企業電力生產運行的各種質量狀況，對企業各個部門的成本核算和經濟效益都發揮著重要作用。為滿足日益提高的電能要求，對電力運行信息計算機監測系統的設計開發就顯得尤為重要。文章結合某企業的實際情況，以該公司的局域網作為電力運行信息計算機監測系統的依托，運用計算機接口和數字通信技術，以能源調度室主機為主操作站，連接多功能電能表，構成網絡化計算機監測系統，以實現對電力運行信息的有效監測。

1 系統體系結構

企業需要系統具有以下四種功能：數據采集，即自動采集和整理電力生產運行過程中的狀態量、模擬量和數字量；數據處理，即依據各種工作模式和工況的實際要求，計算采集來的數據，按照各自程序進行控制監視，定值給定和最佳運行，并對給定年中每月末的數據進行保存，以供主站的隨時調用[1]；數據通信，即給調度中心傳送電力運行中的有功功率、電量、電流、瞬時電壓等各種狀態參數；顯示與打印，即在多媒體外設的人機界面上進行信息的查詢、瀏覽和打印。

2 系統工作原理

電力運行信息計算機監測系統包括數據采集層、集中監控層、管理檢測層三個層次。其中以單片機為核心的多功能電表采集終端和集中器是數據采集層的主要組成，前者主要負責對電力運行各種信息的采集，后者主要負責集中從終端到主機的數據，并進行數據發布和命令傳遞。數據采集層能夠有效減輕主機的負擔[2]，提高遠程高速通信線路的利用率。而集中監控層是以工控機為核心的上位機和多媒體外設共同組成的集中監控受理中心，工控機是專門為工業現場設計的計算機，具有良好的兼容性、抗干擾能力、防沖擊、防塵防磁等性能，集中監控層主要是負責提供人機界面，進行自動抄表、故障報警、信息顯示等工作。管理監測層是由各科室計算機共同組成的，通過對監測軟件和數據庫軟件的利用實現對電力運行信息的隨時隨地的查詢瀏覽[3]，以供管理人員進行正確決策。電力運行信息計算機監測系統在工作時，將各種電能信號通過費率裝置轉換成脈沖信號，脈沖專線會將電度量傳送到數據采集模塊進行脈沖累加和存儲，最終的電度量由脈沖常數、電度表常量和脈沖量的乘積可得。集中器會對數據進行定時的讀取，并對電度量進行存儲和計算。管理中心計算機會接收集中器通過光纜傳送來的信息，并對各個電端口信息進行統計、分類和存儲。

3 系統接信接口

3.1 數據采集層網絡結構

總線型拓撲結構是該系統數據采集層的網絡結構，其中一共有109個數據采集點。為了提高抗干擾能力，會采用IBM-PC總線型系列工控機作為系統的主機，并利用不同的適配器和相對應的主機連接，從而形成多主機網絡，這些主機會按照工況需要被放置在不同位置，且共享所有網絡資源，該系統還對熱機備用、與其他計算系統連接等問題進行了綜合的考慮[4]。

3.2 系統串行通信接口電路

該系統采用半雙工通信方式，多點采集終端和上位機之間利用一對線路實現總線方式聯網。該企業的電能表使用的是RS-485接口，但是PC機只有RS-232標準的COM串行通信接口，這兩種接口是不能兼容的，需要電平轉換。如圖1所示，電力運行信息計算機監測系統的主機采用的是RS-485的MAX489接口總線實現與采集終端（電能表）的連接以進行通信。

圖中A、B之間的電阻式120Ω匹配電阻，能夠將總線上的反射信號吸收掉，可以有效將信號質量提高。

3.3 系統串行接口工作機制

智能電能表單片機上的接口是RS-485標準串行接口，11位幀格式，可變波特率的異步串行通信方式是該接口的工作方式，另外將RB8、TB8規定為奇偶校驗碼[5]。并對每個電能表都配置了相對應的地址，以保障電能表和上位機之間的可靠通信，其工作流程是電能表的地址通過廣播方式由上位機發出，相對應的電能表發回地址響應幀，將數據傳輸率設置為1200波特，根據公式，

和已知的單片機內部定時器T1的溢出率和波特率倍增位SMOD，可以計算得出晶振頻率fosc=11.0592MHz，設SMOD是0，則T1計數初值是EBH。Windows管理著上位機的串行通信，每個通信設備都有相對性的輸出輸入緩沖區，Windows中的串行驅動程序每接收一個緩沖區的字符就會出現一個低級硬件中斷，從而可實現對串行通信的控制。另外，Windows應用程序接口API中可運行整套串行通信函數，以文件方式打開串口便可以保證通信的順利進行，還會將數據存入緩沖區。而且在現場工控機和遠程訪問用戶之間也可以實現通信，主要是依靠LAN的網絡形式。

3.4 采集終端與主設備的串行連接

電能表自帶的RS-485接口和主設備的串行通信線之間是相互連接的，且為了提高抗干擾能力，如圖2所示，兩者之間安裝了電阻為120Ω的匹配電阻。

圖2 電能表通信接口與通信主設備的串行連接

圖2中的電能表是DSSD51型三相電子式多功能表，其采用的是大規模集成電路，具有后備電池、實時時鐘、LCD顯示器、跳閘報警電路、IC卡接口、運動脈沖輸出、RS-485接口、電流電壓緩沖放大器以及高速高精度模/數轉換器和內含CPU等功能模塊。能夠通過串行接口進行10個日時段、4個時區和4種費率等設置，對數據根據需量和相應費率進行處理，還可以對三相正向和反向的有功、無功電能量、功率、頻率、電流、電壓等電參數進行準確的測量，而且DSSD51型三相電子式多功能表具有非易失性RAM，即使掉電，其中保存的數據在十年內也不會丟失。

4 結束語

電力運行信息計算機監測系統能夠有效降低工作人員的負擔，減少數據誤差，提高工作效率，實現人力資源的優化配置，對實現企業用電生產管理的現代化發展有著重要意義。

參考文獻

[1]吳雷.電能集中自動計量系統的設計[J].自動化儀表，2012（1）：7-8.

[2]劉井密，李彥，楊貴.智能變電站過程層交換機延時測量方案設計[J].電力系統保護與控制，2015（10）：11-12.