基于GPRS 的配变监控系统的设计与实现.pdf

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1、基于 GPRS 的配变监控系统的设计与实现 熊才高1，张卫东2（1湖北工业大学商贸学院，湖北武汉 430079 2川庆钻探长庆钻井总公司装备部，陕西西安 710021）摘要：摘要：针对配电变压器具有数量大、地理分布广、布局分散性强的特点，结合GPRS通讯技术的特点，提出了一种基于GPRS配电监控管理系统的设计方案介绍了基于ARM处理器及GPRS通信模块的配变监测器的硬件实现方法及系统软件的设计与实现系统成本低、稳定性好，具有很好的实用价值 关键词：关键词：通用无线分组业务(GPRS)、配变、监控终端 中图分类号：中图分类号：TP277 文献标识码：文献标识码：A Design and Real

2、ization of Power Distribution Monitor System Based on GPRS Xiong Caigao1，Zhang Weidong2 （1Business School of Hubei University of Technology,Wuhan Hubei 430079 2CNPC Chuanqing drilling engineering company limited Xian Shanxi 710021）Abstract：Considering the distribution transformers characteristics of

3、 great quantity，extensive location and high decentralization，a supervisory system for remote distribution transformer based on GPRS network is introduced in this paper.The hardware design of supervisory distribution transformer unit based on ARM controller and GPRS communication module and the softw

4、are design are also presented It is proved that the system has many virtues such as low cost，excellent stability and practical merit Keywords:GPRS;Distribution Transformer;Monitoring and Control Terminal 1、引言 配电变压器是联系电网和用户的基础，它的运行状况直接关系到用户能否可靠的使用电能，因此有必要对它进行数据采集和实时监控 目前国内已出现的配变数据采集通信主要有有线与无线两种方式有线通信

5、方式有电话线、电力线载波和光纤等，它们存在通信易受干扰、可靠性低等缺点，难以普及，而无线电台通信方式由于需要进行主站建设，费用较高 随着无线通信技术与通信网络的迅速发展，特别是基于GSM数字移动通信系统的GPRS技术的成熟，为配变监测系统提供了新的通信方式 本文提出了一种基于GPRS网络的配变远程监控系统的设计方案，解决了配变参数远程传输问题，实现实时数据采集和实时负荷监测的功能 并基于ARM 控制器设计了一种先进的配变监测器，为电力部门的专业分析(如负荷预测、线损分析、故障判断、用电质量等)提供实时数据，进而提高了配电网运行的经济性和安全性 2、GPRS 通信技术 通用分组无线业务(Gene

6、ral Packet Radio Service，GPRS)是在现有的GSM数字移动通信系统基础上发展起来的一种移动分组业务，它采用分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接，与GSM 的电路交换数据传送方式相比，GPRS特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输它的主要技术特点有：(1)传输速率高GPRS采用了4种不同的编码方式：CS-lCS-4，每个用户最多可同时使用8个时隙，最高理论速度为l71.2kbps的传输速率(2)实时在线即使没有数据需要传送，仍一直与网络保持联接，处于“一直在线”状态(3)GPRS的核心网络层采用IP技术，提供了与现有数据

7、网的无缝连接(4)费用低在网络建设方面只须沿用现有的GSM 网络来发展即可，由于数据实现分组发送和接收，系统通常按流量计费，用户可以总是在线，服务成本低（5）网络的覆盖范围很广 GPRS的用途十分广泛，包括通过手机发送及接收电子邮件，在互联网上浏览数据等将GPRS应用于配变监控系统，不仅可以满足配变监控系统数据传输实时性的要求，而且节约成本，实现灵活方便 3、系统结构 系统由监控终端、GPRS通信网络和监控中心站构成，如图1所示变压器监控终端安装在变压器现场，采集变压器二次端的电气参数和一些开关量，通过GPRS modem定时上传采集信息到位于变电所的监控中心站，当变压器三相电力参数出现异常立

8、即向中心站上传报警信息；同时，当中心站发送控制命令到监控终端，监控终端通过GPRS modem接收命令，可以控制变压器的一些开关量 GPRS网络是监控终端与中心站通信的桥梁，监控终端的采集信息和报警信息上传，中心站控制命令下达都是通过GPRS网络进行无线通信 GPRS网络与Internet网是无缝链接的，中心站借助ADSL 专线接入Internet从而进入GPRS网络，一方面与监控终端双向通信，另一方面提供了一个可视化界面，让用户足不出户了解远方变压器的运行状况当变压器出现报警信息，中心站可以及时得知并通知就近值班员排除故障，大大缩短故障排除时间，提高配电网运行的可靠性和安全性 4 配电变压器

9、监控终端硬件组成及原理 监控终端是系统的核心部件，其主要作用有：（1）过流保护：实现了对配变的过流保护，保证了供电的可靠性；（2）远程通信：实现终端的数据远程传输；（3）采集模拟量：实现采集三相电压和三相电流；（4）抄表：抄取电子电度表的电度示值 主站基站GPRS网络网络因特网因特网终端终端图 1：系统结构图 配电监控终端是由 ARM 处理器、铁电存储器、跳闸合闸继电器、抄表 RS485 模块、按键、显示模块、电能 AD 芯片 ATT7022B、GPRS 模块以及抄表 RS485 模块组成其方框图如图2 所示 ARM 处理器通过 SPI 接口读取 ATT7022B 内部的数据并进行处理，将所取

10、得的数据和通过 RS485 模块读取的电度表的电度示值存入铁电存储器，并每隔一段时间由 GPRS 模块把数据发送到主站服务器ARM 处理器通过 AD 的数据判断是否过流保护产生跳合闸信号保护配电变压器，并将报警通过 GPRS 模块发送主站 4.1 CPU 模块 CPU 是终端的核心部分，采用的是 ST 公司的 STR710 处理器具有 ARM7 内核，ARM7 处理器具有低功耗的 32 位 RISC 处理器，支持 16 位压缩指令集 Thumb，具有嵌入式 ICERT 逻辑，调试开发方便STR710 处理器具有丰富的外设以及 I/O 接口，内部具有大容量的程序存储器 FLASH 和 RAM,功

11、能强大的 ARM 处理器可以处理许多复杂控制的应用场合，由于其丰富的外设和众多的 I/O 口可以简化许多外设，降低成本，具有低成本、低功耗和高性能等优点 因此 STR710 可以处理数据的采集以及分析数据，还要进行通讯以及其它工作的控制和协调 4.2 AD 模块 AD模块采用以电能AD芯片ATT7022B为基础的采样模块 ATT7022B是一款具有高可靠性、高精度、高稳定性的三相基波/谐波电能计量芯片，在 1000:1 的动态范围内功率测量精度优于 0.1%，电流和电压的有效值测量精度优于 0.5ATT7022B 可以单独计量基波电能，消除谐波对电能计量的负面影响，为电力部门公平计费提供参考依

12、据其内部集成 7 通道的16 位高精度 ADC 和 24 位高速 DSP，第七路 ADC 可用于防窃电，片上集成有温度传感器，通过 SPI 通讯接口输出三相多功能电表所需的各项电能参数 ATT7022B 可以同时给出总有功/无功电能、基波有功/无功电能、谐波有功/无功电能、视在电能等参数电压采集方式以电压传感器，电流采集方式以电流传感器 4.3 抄表 485 模块 STR710 处理器本身外设的串口与 MAX3485 连接转为 485 通讯，通过 485 通讯与电度表相接读出符合 DL/T645 多功能电能表通信规约电度表的电度示值 4.4 数据保存 使用铁电存储器 FM3164 来保存各种数

13、据，防止这些数据掉电丢失这些数据包含终端采集的数据、主站的 IP 地址、校表精度参数以及其他参数的设置铁电存储器也可以保证掉电时终端时钟运行STR710 处理器利用 IIC 总线连接 FM3164 图 2：配变终端原理框4.5 GPRS 模块 GPRS 模块是基于配电变压器监控系统数据传输的基础，终端稳定的传输对于系统正常的运行有至关重要的作用其工作时间要大于系统运行时间的 99%，工作温度在-15 度60度范围 配电变压器监控终端ARM处理器外设中232接口作为处理器与GPRS模块通信接口，GPRS无线通讯模块采用 SIMCOM 公司的 ITM-100 增强型该模块内置 TCP/IP 协议栈

14、，支持 CMNET接入，CPU 对 GPRS 模块控制采用 AT 指令集，利用 AT 指令集将数据以 TCP 协议形式发到主站上在实际运行中为了保证数据的可靠性采取了补测和重发机制 5、配电管理系统主站软件和终端软件 配电主站软件主要提供以下功能:（1）运行曲线：每天三相 96 点的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电度等的曲线图；（2）每日报告：电压电流最大值、最小值发生时间及数值、变压器运行时间、供电质量分析、功率因数越限时间、停电记录、日抄表、电压合格率等；（3）负荷曲线、电能计量等管理功能；（4）异常报警功能 配电终端的软件流程图 3 所示：开始 系统初始 化 读取 AT 70

15、22B数据 是否过 流 跳合闸操作读取电度 表数据 存储数据 是否发 送数据 发送数据到主站是是时钟处理 图 3：配电终端的软件流程图 6 结束语 GPRS 通信有着接入快、价格低廉、稳定可靠和实时性强等优点，比其他方式通讯有着不可替代优点基于 GPRS 配电变压器管理系统为电力公司实现自动抄表、线损分析、配变监测、异常报警等功能系统实际运用良好，工作稳定 本文作者创新点：1）通过GPRS 模块的无线数据传输功能实现了对配变信息的无线远程监测。2）通过合理的软硬件设计搭建了远程监测平台，可以实现电力安全监控系统的安全性、可靠性、兼容性和经济性。参考文献：1美R.J.BATES.通用分组无线业务

16、(GPRS)技术与应用.人民邮电出版社.朱洪波、蔡约明、沈越泓、程崇虎等译 2沈建华、姜宁.STR71X 系列 ARM 微控制器原理及实践M.北京：北京航空航天大学出版社，2003.3王立，彭琨，刘婕等.低压配电网运行实时监测信息系统J.河北电力技术，2005 年03 期 4 郑先锋,张新成.变电所远程视频监控系统对象模型的设计J.微计算机信息，2007 年 第3-3 期，35-36.作者简介：熊才高(1970)，男，汉族，湖北鄂州人,湖北工业大学商贸学院机电工程系，工程硕士，高级工程师。主要研究方向：计算机控制技术及自动化 联系方式：武汉市洪山区雄楚大街 634 号，湖北工业大学商贸学院机电

17、工程系，邮编：430079，电子邮箱： Biography：Xiong Caigao，male，Han nationality，born in E Zhou city，HuBei Province in1970，Engineer master and Senior Engineer of Business School of Hubei University of Technology ainly engaged in researching on the theory and application of computer control and automation technology