智能电力负荷控制与监测系统设计

0 引言

　　通过智能电力负荷控制与监测系统可对智能配电设备的数字化信息进行采集和处理，实现配电站少人或无人值守，为制定电力系统规划设计和电力生产计划提供决策依据。本文着重给出了一种新型的电力负荷控制与监测系统的设计方法。该方法在性能可靠、高精度、低功耗、小体积的基础上，更能适应负荷管理、电能分析、电量集抄、多种控制方式、优化用电分析等功能需要，可满足电力负荷侧管理的各种应用需求。

　　l 系统工作原理

　　图1所示是本系统的工作原理框图。本系统采用适合于嵌入式系统设计的LPC2132FBD64作为主处理器；接口电路主要完成对脉冲量、开关量及模拟量的采集，主处理电路负责对其进行运算，以形成各种功率，电量，电表读数、需量，电流、电压等实时数据。然后由主处理电路再根据这些实时数据以及主站下发的工作参数进行闭环管理，同时将这些实时数据通过I2C总线送到显示驱动电路，再通过LCD液晶模块进行显示。当主站召测信息时，系统再将这些数据通过GPRS发回主站，与此同时，主处理板控制相应的继电器，以达到闭环控制和遥控的目的。本系统突出了模块化设计，各部分功能相对独立，并尽量避免了各模块程序之间的交叉联系。因而具有良好的伸缩性，可减少日后修改程序和维护程序的工作量，同时可提高程序的可读性、可靠性和稳定性，使远程升级和维护成为可能。

　　2 主要模块功能

　　2．1 数据采集

　　本系统的数据采集首先是状态量的采集。即实时采集位置状态和其它状态信息，在发生变位时记入内存，并将其根据需要设定为等待主站查询或主动上报主站两种模式。

　　其次就是电能表数据采集。通常终端可通过RS-485通讯接口，并按照设定的终端抄表日来采集、存储电表的数据。每台用电管理终端可以同时读取多块电度表。数据存储则可存储两个抄表周期的电量(月末或抄表日零点数据)，并可在主站召测时发送给主站，也可定时发送给主站。

　　交流模拟量采集指的是终端采用ATT7022B计量芯片来实时测量用户侧的三相电压、电流、有功、无功、功率因数、有功电能、无功电能等瞬时值，精度通常为0．5％。

　　2．2 负控功能

　　(1)功率定值控

　　功率定值控可分四种控制方式，以其优先级由低到高分别为时段控、厂休控、营业报停控、当前功率下浮控。终端可根据主站下发的功控时段、功率定值、定值浮动系数、报警时间、控制轮次等指令进行相应的控制方式和控制参数的修改，并可通过音响告警通知客户。在终端自动执行过程中，可在液晶上显示定值、控制对象、执行结果等。

　　(2)电能量定值控

　　电能量定值闭环控制可分为月电能量控制、购电能量(费)控制、催费告警三种控制类型。

　　(3)遥控功能

　　终端接收到主站的跳闸控制命令后，将按设定的告警延迟时间和限电时间来控制被控负荷开关；同时终端应有音响告警通知客户，并记录跳闸时间、跳闸轮次、跳闸前功率、跳闸后2 min功率等，同时终端显示屏应显示执行结果。当终端接收到主站的允许合闸控制命令后，由音响告警通知客户，允许客户合闸。当终端接收到主站的允许／禁止通话和允许／禁止主动上报命令时，终端将根据主站命令来控制通话并主动上报系统。

　　2．3 无线通讯功能

　　本系统采用内置GSM／GPRS模块通讯方式(也可采用外接无线电台通讯方式，用户可以自行选择)。GPRS作为一种新的通讯手段，在配电自动化应用中有很多优点。而基于GPRS通信的配电变压器综合管理系统是一个比较有应用前景的实现方案。

　　2．4 谐波分析与报警功能

　　终端可根据电压、电流谐波阀值对监测点的电压谐波、电流谐波进行分析，并记录分相2～19次谐波电压含有率及总畸变率日最大值及发生时间，同时统计分相谐波越限数据。其数据包括分相总畸变电压含有率越限日累计时间、分相2～19次谐波电压含有率越限日累计时间、分相总畸变电流越限日累计时间、分相2～19次谐波电流越限日累计时间等。当用户的谐波超标时，系统将自动报警。

　　2．5 事件记录及重要事件上报功能

　　终端可记录上电、掉电、编程、校时、需量清零、断相、过压、失压、失流、逆相序、超负荷、三相电流不平衡、CT一次短路、CT二次短路、CT二次开路、计量箱开门等事件的发生时间、状态、数据、事件类型及相关情况。并按照发生的时间顺序分为一般事件和重要事件两个队列分别进行记录，每个队列记录的最大长度为255条，队列则按先进先出方式刷新。

　　对于主站设置的重要事件(如功控跳闸、电控跳闸、遥控跳闸、重要参数变更等)，当事件发生后，终端可实时刷新重要事件计数器的内容、作好记录，并通过ACD置位直接主动上报事件记录。