基于GPRS無(wú)線通信的配變自動(dòng)化系統(tǒng)研究

摘要：介紹一種基于通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)(GPRS)的新型智能化、低功耗、集成化配變自動(dòng)化系統(tǒng)，以便克服低壓配變系統(tǒng)中通信介質(zhì)的瓶頸問題，詳細(xì)介紹該系統(tǒng)各個(gè)模塊的硬件結(jié)構(gòu)和軟件實(shí)現(xiàn)方法。
關(guān) 鍵 詞：配電自動(dòng)化； 通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)(GPRS)； 智能監(jiān)控；低壓無(wú)功補(bǔ)償

1 前言
    隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的配電變壓器終端裝置已不能滿足配電自動(dòng)化系統(tǒng)的要求，而且它們的數(shù)據(jù)傳輸多以有線通信方式為主，加之當(dāng)前的電力產(chǎn)品功能單一，增加功能比較復(fù)雜，重復(fù)投資現(xiàn)象嚴(yán)重，增加了用戶的負(fù)擔(dān)。隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，基于GSM網(wǎng)絡(luò)，以SMS為載體的自動(dòng)抄表系統(tǒng)也發(fā)展起來(lái)，但這些方式都有各自的缺陷。而GPRS技術(shù)使得配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用Internet實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、寬范圍的數(shù)據(jù)傳輸和管理成為可能。

    針對(duì)以上問題，設(shè)計(jì)了一種基于通用無(wú)線分組業(yè)務(wù)(GPRS)的新型智能化、低功耗、集成化的智能型配變自動(dòng)化系統(tǒng)。配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)線路配變變壓器運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視和無(wú)功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，同時(shí)對(duì)低壓用戶進(jìn)行抄表，并采用先進(jìn)的無(wú)線通信技術(shù)彌補(bǔ)當(dāng)前配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的缺陷，更好地保證電網(wǎng)系統(tǒng)的正確運(yùn)行，提高電網(wǎng)質(zhì)量。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
    基于GPRs無(wú)線通信的配變自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括基于GPRS的配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和配變主站管理系統(tǒng)。配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電量數(shù)據(jù)采集，并通過GPRS無(wú)線通信與主站管理系統(tǒng)連接，將電量數(shù)據(jù)上傳到主站，從而完成電力數(shù)據(jù)的管理，并實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償。圖1示出配變監(jiān)測(cè)和管理系統(tǒng)的組成。低壓配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)終端與GPRS無(wú)線通信模塊組成配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)子站。

3 配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)終端
3．1 硬件設(shè)計(jì)
3．1．1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    低壓配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)終端的組成邏輯框圖如圖2所示，裝置以T1公司的TMS320LF2407型DSP為核心，終端與GPRS無(wú)線通信模塊通過RS-485總線進(jìn)行通信。

3．1．2 CPU模塊
    CPU是控制器的核心部分，它不僅要處理輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，而且要控制和協(xié)調(diào)各部分的工作。配變監(jiān)測(cè)終端控制器采用TI公司的TMS320LF-2407型低功耗DSP，它除了具有程序、數(shù)據(jù)分開的哈佛總線結(jié)構(gòu)、流水線操作功能、單周期完成乘法的硬件乘法器之外，還具有低成本、低功耗、高性能等特點(diǎn)。

3．1．3電力數(shù)據(jù)采集模塊
    在低壓配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)終端中，數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確與否直接影響系統(tǒng)最后的性能指標(biāo)。采樣方法選用交流采樣，可以精確地得到電壓或電流的有效值、有功功率、無(wú)功功率和功率因數(shù)等。

    電壓模擬信號(hào)采樣一般是通過電阻器和電容器相結(jié)合來(lái)分壓得到小電壓即阻容降壓。而電流采樣是通過并聯(lián)電流分流的原理對(duì)電流進(jìn)行采樣取值。本系統(tǒng)同時(shí)采用鐵芯互感器和空心互感器。鐵芯互感器主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)正常情況下電流值的測(cè)量，空心互感器只在過載情況下起作用，這樣就兼顧了電流的測(cè)量精度和測(cè)量范圍。

3．1．4人機(jī)接口模塊

    人機(jī)界面主要包括鍵盤和液晶顯示。
    (1)液晶顯示模塊
    由于系統(tǒng)顯示的信息量較大，因此終端采用液晶顯示器作為系統(tǒng)的輸出設(shè)備。選用的液晶顯示器是肇慶金鵬科技有限公司的OCM4×8C型圖文液晶顯示器。系統(tǒng)采用串行連接方式，為了解決I/O口驅(qū)動(dòng)電平的匹配問題，使用74LVC4245型電路作為總線電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)器。

    (2)鍵盤輸入模塊
    鍵盤是測(cè)控系統(tǒng)中最常用的輸入設(shè)備。為了簡(jiǎn)化硬件電路，本系統(tǒng)采用非編碼鍵盤方式。主要實(shí)現(xiàn)電量參數(shù)設(shè)置和查看功能。系統(tǒng)有4個(gè)按鍵：確定鍵、返回鍵和2個(gè)菜單選擇鍵。通過這4個(gè)按鍵對(duì)現(xiàn)場(chǎng)配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行控制操作。

3．1．5 RS-485通信模塊
    RS-485通信模塊主要用于與GPRS模塊進(jìn)行通信。在本系統(tǒng)中，選擇Maxim公司的MAX3078型電路作為RS-485收發(fā)器。其工作電壓為3．3V，驅(qū)動(dòng)能力為128個(gè)控制單元。

3．1．6電源模塊
    在無(wú)線自動(dòng)抄表系統(tǒng)中，用戶配變監(jiān)測(cè)終端的CPU和RS-485接口電路等都采用低功耗的3．3V電源供電，而在GPRS無(wú)線通信模塊中，工作電壓為5v．因此根據(jù)二種電源的需要設(shè)計(jì)電源電路，輸出3．3V和5V電壓，供系統(tǒng)工作。

3．2軟件設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)主程序流程和通信模塊程序流程分別如圖3和圖4所示。低壓配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)終端主要通過RS-485總線與GPRS無(wú)線通信模塊進(jìn)行通信。

4 低壓快速無(wú)功補(bǔ)償?shù)难芯?BR>    無(wú)功補(bǔ)償模塊是本系統(tǒng)的重要輔助模塊，有利于避免負(fù)載的無(wú)功功率在很大的范圍內(nèi)波動(dòng)，使電氣設(shè)備得到充分的利用，減少系統(tǒng)損耗。

    無(wú)功補(bǔ)償裝置的三相電力電容器接成星形，以滿足分相補(bǔ)償?shù)囊?，使電源變壓器輸出的有功功率最大。補(bǔ)償控制器采用晶閘管與交流接觸器并聯(lián)工作的方式投切電容器，這樣的投切過程可以消除涌流、電弧及設(shè)備干擾。補(bǔ)償策略采用分相補(bǔ)償。

5 GPRS通信模塊的設(shè)計(jì)
    GPRs是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)(General Packet Ra-dio Service)的英文簡(jiǎn)稱，是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展起來(lái)的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的是為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS無(wú)線通信模塊利用GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)通信功能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過TCP/
IP通信協(xié)議和主站端計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通信。

    嵌入式GPRS無(wú)線通信模塊主要由CPU、GPRSMODEM、SIM卡座、TTL串行通信接口、擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、看門狗模塊等部分組成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。

    系統(tǒng)的CPU模塊采用武漢蘭瑞公司的LRl00型嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制模塊。它是以RDC R8822型嵌入式微處理器(與80186內(nèi)核兼容)為核心的單板計(jì)算機(jī)模塊，模塊自帶插針，可方便地插在用戶的應(yīng)用電路板上，構(gòu)成完整的應(yīng)用系統(tǒng)。

    GPRS模塊采用SIMCOM推出的SIM100型GSM/GPRS雙頻模塊，它為用戶提供了功能完備的系統(tǒng)接口，用戶在較短的研發(fā)周期內(nèi)就可集成自己的應(yīng)用系統(tǒng)。

6 結(jié)束語(yǔ) 
    為適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)、信息和控制技術(shù)的發(fā)展，要求配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)應(yīng)能準(zhǔn)確和實(shí)時(shí)的對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行快速分相的無(wú)功補(bǔ)償，從而提高電網(wǎng)質(zhì)量，降低電網(wǎng)損耗，給供電企業(yè)提供有效的管理依據(jù)。而基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的配變自動(dòng)化系統(tǒng)作為一種新型系統(tǒng)己經(jīng)能基本滿足電力系統(tǒng)的電能監(jiān)測(cè)、分相無(wú)功補(bǔ)償和無(wú)線抄表的需要。通過不斷的發(fā)展和完善，該系統(tǒng)能夠更好的適應(yīng)今后的發(fā)展，在生產(chǎn)中發(fā)揮更大作用。