电力运行信息监测系统开发及应用的若干研究

黄拓 丁锐 冯蕾

摘 要：文章结合某企业的电力运行信息监测系统的实际情况，阐述了该系统的组成和工作原理，并对系统串行接口及其工作机制进行重点讨论。

关键词：电力运行信息；监测系统；开发及应用；数字通信接口

电力运行信息采集工作直接反映企业电力生产运行的各种质量状况，对企业各个部门的成本核算和经济效益都发挥着重要作用。为满足日益提高的电能要求，对电力运行信息计算机监测系统的设计开发就显得尤为重要。文章结合某企业的实际情况，以该公司的局域网作为电力运行信息计算机监测系统的依托，运用计算机接口和数字通信技术，以能源调度室主机为主操作站，连接多功能电能表，构成网络化计算机监测系统，以实现对电力运行信息的有效监测。

1 系统体系结构

企业需要系统具有以下四种功能：数据采集，即自动采集和整理电力生产运行过程中的状态量、模拟量和数字量；数据处理，即依据各种工作模式和工况的实际要求，计算采集来的数据，按照各自程序进行控制监视，定值给定和最佳运行，并对给定年中每月末的数据进行保存，以供主站的随时调用[1]；数据通信，即给调度中心传送电力运行中的有功功率、电量、电流、瞬时电压等各种状态参数；显示与打印，即在多媒体外设的人机界面上进行信息的查询、浏览和打印。

2 系统工作原理

电力运行信息计算机监测系统包括数据采集层、集中监控层、管理检测层三个层次。其中以单片机为核心的多功能电表采集终端和集中器是数据采集层的主要组成，前者主要负责对电力运行各种信息的采集，后者主要负责集中从终端到主机的数据，并进行数据发布和命令传递。数据采集层能够有效减轻主机的负担[2]，提高远程高速通信线路的利用率。而集中监控层是以工控机为核心的上位机和多媒体外设共同组成的集中监控受理中心，工控机是专门为工业现场设计的计算机，具有良好的兼容性、抗干扰能力、防冲击、防尘防磁等性能，集中监控层主要是负责提供人机界面，进行自动抄表、故障报警、信息显示等工作。管理监测层是由各科室计算机共同组成的，通过对监测软件和数据库软件的利用实现对电力运行信息的随时随地的查询浏览[3]，以供管理人员进行正确决策。电力运行信息计算机监测系统在工作时，将各种电能信号通过费率装置转换成脉冲信号，脉冲专线会将电度量传送到数据采集模块进行脉冲累加和存储，最终的电度量由脉冲常数、电度表常量和脉冲量的乘积可得。集中器会对数据进行定时的读取，并对电度量进行存储和计算。管理中心计算机会接收集中器通过光缆传送来的信息，并对各个电端口信息进行统计、分类和存储。

3 系统接信接口

3.1 数据采集层网络结构

总线型拓扑结构是该系统数据采集层的网络结构，其中一共有109个数据采集点。为了提高抗干扰能力，会采用IBM-PC总线型系列工控机作为系统的主机，并利用不同的适配器和相对应的主机连接，从而形成多主机网络，这些主机会按照工况需要被放置在不同位置，且共享所有网络资源，该系统还对热机备用、与其他计算系统连接等问题进行了综合的考虑[4]。

3.2 系统串行通信接口电路

该系统采用半双工通信方式，多点采集终端和上位机之间利用一对线路实现总线方式联网。该企业的电能表使用的是RS-485接口，但是PC机只有RS-232标准的COM串行通信接口，这两种接口是不能兼容的，需要电平转换。如图1所示，电力运行信息计算机监测系统的主机采用的是RS-485的MAX489接口总線实现与采集终端（电能表）的连接以进行通信。

图中A、B之间的电阻式120Ω匹配电阻，能够将总线上的反射信号吸收掉，可以有效将信号质量提高。

3.3 系统串行接口工作机制

智能电能表单片机上的接口是RS-485标准串行接口，11位帧格式，可变波特率的异步串行通信方式是该接口的工作方式，另外将RB8、TB8规定为奇偶校验码[5]。并对每个电能表都配置了相对应的地址，以保障电能表和上位机之间的可靠通信，其工作流程是电能表的地址通过广播方式由上位机发出，相对应的电能表发回地址响应帧，将数据传输率设置为1200波特，根据公式，

和已知的单片机内部定时器T1的溢出率和波特率倍增位SMOD，可以计算得出晶振频率fosc=11.0592MHz，设SMOD是0，则T1计数初值是EBH。Windows管理着上位机的串行通信，每个通信设备都有相对性的输出输入缓冲区，Windows中的串行驱动程序每接收一个缓冲区的字符就会出现一个低级硬件中断，从而可实现对串行通信的控制。另外，Windows应用程序接口API中可运行整套串行通信函数，以文件方式打开串口便可以保证通信的顺利进行，还会将数据存入缓冲区。而且在现场工控机和远程访问用户之间也可以实现通信，主要是依靠LAN的网络形式。

3.4 采集终端与主设备的串行连接

电能表自带的RS-485接口和主设备的串行通信线之间是相互连接的，且为了提高抗干扰能力，如图2所示，两者之间安装了电阻为120Ω的匹配电阻。

图2 电能表通信接口与通信主设备的串行连接

图2中的电能表是DSSD51型三相电子式多功能表，其采用的是大规模集成电路，具有后备电池、实时时钟、LCD显示器、跳闸报警电路、IC卡接口、运动脉冲输出、RS-485接口、电流电压缓冲放大器以及高速高精度模/数转换器和内含CPU等功能模块。能够通过串行接口进行10个日时段、4个时区和4种费率等设置，对数据根据需量和相应费率进行处理，还可以对三相正向和反向的有功、无功电能量、功率、频率、电流、电压等电参数进行准确的测量，而且DSSD51型三相电子式多功能表具有非易失性RAM，即使掉电，其中保存的数据在十年内也不会丢失。

4 结束语

电力运行信息计算机监测系统能够有效降低工作人员的负担，减少数据误差，提高工作效率，实现人力资源的优化配置，对实现企业用电生产管理的现代化发展有着重要意义。

参考文献

[1]吴雷.电能集中自动计量系统的设计[J].自动化仪表，2012（1）：7-8.

[2]刘井密，李彦，杨贵.智能变电站过程层交换机延时测量方案设计[J].电力系统保护与控制，2015（10）：11-12.