李建華

天津泰達(dá)電力公司，天津 300457

電力負(fù)荷管理終端研究

李建華

天津泰達(dá)電力公司，天津 300457

電力負(fù)荷管理終端作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，隨著我國電力市場經(jīng)濟(jì)改革的不斷深入與發(fā)展，傳統(tǒng)的電力負(fù)荷管理終端已經(jīng)不能滿足目前的發(fā)展。為了適應(yīng)新形勢的發(fā)展，本文提出了一種基于ARM微控制器的電力負(fù)荷控制終端。該終端通過采用32位ARM處理器AT91SAM9260作為控制核心，可以實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量芯片采集和處理現(xiàn)場電網(wǎng)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳榆和異常事件監(jiān)測等功能。

電力負(fù)荷管理終端；ARM；AT91SAM9260

隨著我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)自動(dòng)化和智能化水平的不斷提高，電力負(fù)荷管理終端已經(jīng)不能完全滿足現(xiàn)有的電力負(fù)荷管理系統(tǒng)的需求。為了適應(yīng)新形勢的發(fā)展和需求，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)研究勢在必行。電力負(fù)荷管理終端是未來電力系統(tǒng)信息化、智能化和自動(dòng)化的必然發(fā)展趨勢。電力負(fù)荷管理終端通過對(duì)電力運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視、控制及管理，從而來提高供電質(zhì)量、服務(wù)質(zhì)量，它具有非常廣闊的發(fā)展空間和市場前景。

1 電力負(fù)荷管理終端

電力負(fù)荷管理終端的主要功能是完成對(duì)客戶側(cè)實(shí)時(shí)用電數(shù)據(jù)等信息的數(shù)據(jù)采集工作情況，從而來及時(shí)向電力負(fù)荷管理系統(tǒng)主站傳送采集的數(shù)據(jù)和信息，它能夠接收和執(zhí)行主站的設(shè)置或控制等命令，安裝在公用配變側(cè)的無控制功能的終端也被包括其中。

電力負(fù)荷控制終端的典型基本結(jié)構(gòu)主要由主控制單元、GPRS、開關(guān)電源、輸入輸出接口和調(diào)制解調(diào)器等部分構(gòu)成，電力負(fù)荷管理終端的典型基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 電力負(fù)荷管理終端示意圖

由圖1可知，電力負(fù)荷管理終端的核心是主控制單元，它的主要功能是控制數(shù)據(jù)的采集和處理、信息的交換和傳輸，從而來協(xié)調(diào)各個(gè)單元有條不紊工作；GPRS的功能是把采集到的數(shù)據(jù)傳輸及進(jìn)行語音通信；開關(guān)電源的功能是為各個(gè)模塊提供工作電源；顯示模塊的功能是在終端上顯示實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)、基本的參數(shù)、電表的狀態(tài)等；輸入輸出單元主要用來實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)及隔離、輸入信號(hào)的調(diào)制及隔離；調(diào)制與解調(diào)模塊的功能是把采集來的信號(hào)調(diào)制成適合信道傳輸信號(hào)的形式。

2 硬件設(shè)計(jì)

本文的嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)核心是采用Atmel公司的AT91SAM9260芯片，該芯片是32位的高性能和具有實(shí)時(shí)處理能力的CPU芯片。電力負(fù)荷管理終端的外部模塊主要由電源模塊、LCD顯示單元、RAM、GPRS 通信模塊，RS485模塊、UART接口電路和JTAG接口電路等部分構(gòu)成。電力負(fù)荷管理終端硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

Atmel公司生產(chǎn)的AT91SAM9260處理器，不僅具有快速ROM和RAM存儲(chǔ)器，而且還包括廣泛的外部接口，如USART，SPI，TWI以及計(jì)時(shí)器控制器，同步串行控制器，ADC以及多媒體卡接口。AT91SAM9260處理器集成了嵌入以太網(wǎng)MAC，一個(gè)USB設(shè)備端口和USB主控制器。該處理器的CPU頻率為400MHz，系統(tǒng)總線最高可達(dá)至130MHz。

本文所設(shè)計(jì)的電力負(fù)荷管理終端的基本功能主要具有遠(yuǎn)程抄表管理、數(shù)據(jù)采集分析、負(fù)荷控制、監(jiān)測及告警功能及遠(yuǎn)程升級(jí)維護(hù)等功能。

圖2 電力負(fù)荷管理終端硬件結(jié)構(gòu)圖

2.1 遠(yuǎn)程抄表

電力負(fù)荷管理終端能通過RS485總線通信接口對(duì)連接在RS485總線網(wǎng)絡(luò)上的各種智能電表進(jìn)行數(shù)據(jù)抄讀和參數(shù)設(shè)置，然后將抄讀到的電表數(shù)據(jù)上報(bào)給主站，主站可以通過服務(wù)器數(shù)據(jù)共享方式將電表數(shù)據(jù)傳送給計(jì)量收費(fèi)部門，從而來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的自動(dòng)抄表功能。

2.2 數(shù)據(jù)采集

電力負(fù)荷管理終端的數(shù)據(jù)采集功能主要由脈沖采集、交流采樣、直流采集和電能表數(shù)據(jù)采集等內(nèi)容構(gòu)成。其中，數(shù)據(jù)采集的各類數(shù)據(jù)和測量數(shù)據(jù)不僅包括對(duì)有功電量的測量，而且還包括對(duì)無功電量及功率因數(shù)等數(shù)據(jù)的測量。

2.3 負(fù)荷控制

電力負(fù)荷管理終端的負(fù)荷控制又可以稱為負(fù)荷管理，它可以動(dòng)態(tài)的監(jiān)測用戶電力負(fù)荷，從而為電力需求側(cè)管理來提供及時(shí)和準(zhǔn)確的電力負(fù)荷數(shù)據(jù)，并且可以根據(jù)具體的需要通知客戶并通過拉閘進(jìn)行控制負(fù)荷。

2.4 監(jiān)測及告警

電力負(fù)荷管理終端的監(jiān)測與告警是指系統(tǒng)各監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)該能夠監(jiān)測電能量、負(fù)荷、抄表狀況、工況和電能質(zhì)量等數(shù)據(jù)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生異常情況時(shí)應(yīng)該能夠及時(shí)產(chǎn)生告警并記錄事件，從而來供相關(guān)單位或用戶及時(shí)處理故障。

2.5 遠(yuǎn)程升級(jí)與維護(hù)

電力負(fù)荷管理終端應(yīng)該能夠支持系統(tǒng)編程和在線編程這兩種軟件編程方式。其中，系統(tǒng)編程即本地下載，它是由專用終端編程器通過終端主板上的本地編程接口直接對(duì)Flash編程，整個(gè)程序的燒寫只需要短暫的幾十秒時(shí)間。

3 結(jié)論

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，本文設(shè)計(jì)了一種基于ARM AT91SAM9260的電力負(fù)荷控制終端。ARM AT91SAM9260處理器具有很強(qiáng)的處理性能，它通過GPRS方式與主站之間進(jìn)行通訊連接。本文設(shè)計(jì)的電力負(fù)荷管理終端經(jīng)過試驗(yàn)證明，該終端具有運(yùn)行穩(wěn)定、性能良好和費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)，符合當(dāng)前技術(shù)條件下電力市場的需求，具有非常廣闊的發(fā)展空間和市場前景。

[1]張利敏，丁堅(jiān)勇.嵌入式技術(shù)及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].繼電器，2002，30(3)：43-46，47.

[2]王苗苗．嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例開發(fā)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003：7.

[3]GB/T 17626.11 電壓暫降、短時(shí)中斷和電壓變化抗擾度試驗(yàn).

[4]DL/T 790.31-2001 采用配電線載波的配電自動(dòng)化第3部分:配電線載波信號(hào)傳輸要求.

TM7

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1674-6708（2011）53-0115-02