智能化电力仪表远程监控系统设计

张兴超，王 陆

（昆明理工大学津桥学院电气与信息工程学院，云南昆明 650106）

0 引言

电力系统自动化程度的提高使得“智能电网”被逐渐运用于电力系统中解决电能使用的诸多问题。作为智能电网末端的监测单元，智能电力仪表主要用于采集电压、电流、频率、相位、功率和电能等电力基础信息，以提高电力资源的利用率。当前大规模集成电路的广泛应用，使得电力仪表已从简单的零部件发展到了集多种功能于一体的集成部件型式。电力行业对其丰富的功能性要求也赋予了电力仪表更多的职能。

随着各种用电设备的急剧增加，电力系统的整体规模逐渐变大、结构更为复杂，电力部门及用户对电力网络监控系统也提出了更为严格的功能要求。比如，电能的均衡有效利用、电量信息的远程实时监控、远程抄表及电费自动结算等。而传统电力仪表大都存在硬件结构复杂、功能较为单一、测量精度低以及缺乏远程通信功能等问题；严重影响了电力仪表远程监控系统的监测效果，制约了智能电网的发展。

鉴于此，提出一种基于嵌入式技术的智能化电力仪表远程监控系统设计方案。该系统主要由多功能电力仪表、无线传感器节点、以太网控制模块、自动校准软件及远程监控中心等组成。可以满足智能电力仪表多功能、智能化和网络化的要求，具有一定的可行性，便于工程实现。

1 电力仪表远程监控系统整体概况

分析当前多功能电力仪表的发展现状及市场需求，结合其技术要求与可行性，所设计的智能化电力仪表远程监控系统包括以下功能：①具备电力仪表的基本功能、可选择的接线方式，且精度较高；②主机具备报警功能、能够对从机进行综合管理，其监控设备配有备用电源；③可实现主机分时段存储从机累积电能，也可以用户单独累计测量电能；④具有完整的通信功能，能够满足远程抄表及电费自动结算的需要[1]。系统的整体结构如图1所示。

2 电力仪表远程监控系统硬件结构

根据智能化电力仪表远程监控系统的整体组成概况，结合其功能需求；该系统应能够对电力设备的信息进行实时采集和监控，并将采集数据通过以太网发送至远程监控中心，以便系统分析处理后对电力设备的运行状态进行合理的判断和控制。利用模块化的开发方式设计的系统硬件结构主要包括无线传感器节点、基站和远程监控中心等3部分[2-3]。

无线传感器节点由多功能电力仪表和微型无线传感装置组成，用于数据的采集及校正。其硬件结构如图2所示。多功能电力仪表是基于STM32+ATT7022E开发的智能化三相电力仪表，可实现电压、电流、频率、相位、功率和电能等电力基础信息的采集和处理，具有结构简单、测量精度高、功耗低的特点。微型无线传感装置包含微型传感器和无线信号收发模块，可实现与基站间的电力参量无线传输。

图1 系统整体结构

图2 无线传感器节点硬件结构

基站由无线传感器汇聚节点、以太网控制模块和电力仪表自动校准软件组成。基站接收到无线传感器节点发送的电力信息后；首先对采集数据初步处理；再利用自动校准软件进行误差计算，以实现数据的有效域校正；最后将校正指令自动发回现场多功能电力仪表，达到消除运行误差的目的；与此同时，通过以太网控制模块将数据发送至远程监控中心进行显示，完成远程监控任务。

远程监控中心配有专用服务器，内置大型数据库。具有运行数据的实时监测，电量信息的越限报警，故障数据的存储，历史曲线和专家报表的查询等功能。既可以人工手动远程控制，也可以自动决策进行故障的远程处理。

3 无线传感器节点的软件功能

智能化电力仪表远程监控系统的软件功能由无线传感器节点程序、以太网通信程序、仪表自动校准程序及远程监控程序等若干子程序组成。其中无线传感器节点由多功能电力仪表和微型无线传感装置构成，是整个系统功能实现的基础。利用μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统，结合C语言和循环体+中断的软件结构对其功能程序进行设计。无线传感器节点软件功能如图3所示。

图3 无线传感器节点软件功能

4 结语

电力工业的飞速发展使得各种用电设备急剧增加，电力系统规模变大、运行更为复杂，严重影响了电力仪表远程监控系统的监测效果，制约了智能电网的发展。提出一种基于μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统的智能化电力仪表远程监控系统设计方案，从硬件结构和软件功能的角度详细介绍了电力仪表远程监控系统的设计。该系统主要由无线传感器节点、基站和远程监控中心等组成。能够完成智能化电力仪表的远程监控任务，具有较高的可靠性和实时性，可满足实际应用的需求。