10kV配电网电力线载波监测系统.pdf

第 5 1卷第 2期 2 0 1 4年1月 2 5日 电测与仪表 El e c t r i c al M e a s u r e m e nt＆ I n s t r um e n t a t i o n V0 1 ． 5 1 No ． 2 J a n．2 5 ， 2 01 4 1 O k V 配电网电力线载波监测系统 朱启贵 ， 王烨 ， 牟宪民 ( 1 ． 吉林省 电力有限公司电力科学研 究院， 长春 1 3 0 0 2 1 ； 2 ． 大连A_z - 大学 电气工程学院， 辽宁 大连 1 1 6 0 3 3 ) 摘要： 介绍了一种基于L a b V I E W 的l O k V 配电网电力线载波自动抄表系统。系统主要由主站、 电力线、 耦合设备、 载波机 、 电能表组成； 采用电力线载波通信和L a b V I E W程序设计实现了电量数据的采集、 统计、 分析、 显示和存 储等功能；并利用L a b V I E W中的网页连接v I 前面板功能来实现数据的远程访问，利于电力运行部门更好地对 1 0 k V 配电网进行监测。 关键词 ： 配电网； 自动抄表 ； 电力线载波 ； L a b V I E W 中图分类号 ： T M7 1 0 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 1 — 1 3 9 0 ( 2 0 1 4 ) 0 2 — 0 0 1 0 — 0 4 M o n i t o r i n g S y s t e m o f 1 0 k V Di s t r i b u t i o n Ne t wo r k b y Po we r Li n e Ca r r i e r Z H U Q i — g u i ， WA N G Ye ， MU X i a n - mi n f 1 ． J i l i n Re s e a r c h I n s t i t u t e o f El e c t r i c a l P o w e r ， Ch a n g c h u n 1 3 0 0 2 1 ， Ch i n a ． 2 ． C o l l e g e o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ， D a l i a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， D a l i a n 1 1 6 0 2 4 ， L i a o n i n g ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n t h i s p a p e r ， a L a b VI E W — b a s e d a u t o ma t i c me t e r r e a d i n g s y s t e m u s i n g p o we r l i n e o f 1 0 k V d i s t r i b u t i o n n e t w o r k a s s i g n a l c a r r i e r i s i n t r o d u c e d ．T h e s y s t e m i s ma i n l y c o mp o s e d o f ma s t e r s t a t i o n ，p o w e r l i n e ，c o u p l i n g e q u i p me n t ，c a r r i e r mo d e m a n d e l e c t ric e n e r g y me t e r ．Da t a c o l l e c t i o n，s t a t i s t i c s ，a na l y s i s ，di s pl a y ，a nd s t o r a g e a r e a c c o mp l i s h e d b y p o we r l i n e c o mmu n i c a t i o n a n d L a b VI EW p r o g r a mmi n g ． Re mo t e a c c e s s i s f u l fi l l e d u s i n g w e b l i n k i n g f r o n t p a n e l f u n c t i o n i n L a b VI E W S O t h a t t h e p o we r s e c t o r c a n b e t t e r mo n i t o r t h e q u a l i t y o f 1 0 k V d i s t rib u t i o n ne t wo r k． Ke y wo r d s ： d i s t r i b u t i o n n e t w o r k ， a u t o ma t i c me t e r r e a d i n g ， p o we r l i n e c a r r i e r ， L a b VI E W 0引 言 电力系统的自动控制和继电保护都需要进行信 息通信， 一般采用的通信技术包括有线通信和无线通 信。在高电压等级的配电网中， 为实现通信系统的可 靠运行， 一般采用光纤等有线通信方式实现系统的监 测和 自动控制功能。在低 电压等级 的配电网中， 特别 是一些偏远山区，现场条件不允许单独铺设通信线 路， 无线通信形式由于其可靠性比较差也不能满足系 统运行 的需要 ， 这种情况下可 以考虑采用 电力线载波 通信方式。 电力线载波是一种利用电力线进行通信的 有线通信方式， 它的覆盖范围广泛，只要有电力线的 地方就可进行通信， 施工简单， 投资成本低， 普及方便 。 目 前电力线载波通信的信息传输速度已经足以满足 配电网 自动化监测 的需要。正因为具有这些特点 ， 电 力线载波通信技术在1 0 k V 配电网中已经得到越来越 一 1 O一 广泛的应用f 2 - 3 1 。 L a b Vl E W( L a b o r a t o r y V i r t u a l I n s t r u me n t E n g i n e e r i n g Wo r k b e n c h ) 是一种图形化编程语言， 它提供了大量用 于数据采集、 处理、 显示和存储的工具与函数， 使得它 在测试 、 测量 、 和 自动化等领域具有很大 的优势 。 将 L a b V I E w应用到电量数据的采集和分析中， 可以显著 加快软件系统构建过程 ， 进而提高工作效率。 本文基于L a b V I E W 实现 了1 0 k V配电网电力线载 波监测系统。 系统中配备了具有通信讯接口的三相电 子式电能表， 实现了配电变压器电压、 电流、 功率及电 能数据的实时采集， 利用载波设备将采集到的数据经 过1 0 k V 配电网线路传输至主站，主站计算机运行基 于L a b V I E W的数据采集程序，定时采集电量数据， 并 进行数据处理 、 显示及存储。 1 系统概况 根据对某镇1 0 k V 配 电网线路数据和相关配 电变 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第5 1 卷第 2 期 2 0 1 4年1月 2 5日 电测与仪表 El e c t r i c a l M e a s ur e me n t& I ns t r ume n t at i on Vo 1 ． 51 NO ． 2 J a n．2 5 - 2 O1 4 压器数据的分析，选择年负荷最大的5 台变压器进行 监测。 系统的总体结构如图1 所示， 图中给出了配电变 压器的电压 、 电流 、 功率及电能监测 的详细设计方案 。 原 有 设 备 至低压负载 图1 系统 总体 结构 图 F i g ． 1 S y s t e m s t r u c t u r e d i a g r a m 图中配 电变压器及与其直接相连的隔离 开关 和 互感器是线路原有的设备， 耦合器及与它相连的电表 箱和隔离开关是为 了实现本系统 的电力线载波远程 监测功能增加的设备， 电表箱内部装有三相电子式电 能表。 变压器的电压信号及其电流互感器的二次侧电 流信号通过电缆接入电表箱 ， 电能表的通讯 口经过耦 合器和隔离开关连接到配电网的电力线上。 线路中的 隔离开关 ， 主要用于线路维护时将高压线路和耦合器 隔离断开， 保证工作人员的人身安全。电能表采集电 压、 电流信号， 计算出实时的有功功率、 无功功率及电 能等数值， 经过载波通讯接口、 耦合器、 隔离开关连接 至系统的主站 。主站一般安装在1 0 k V 供电所内， 实 现电量数据的采集、 处理、 显示和存储等功能。 2 系统硬件模块的连接 为方便设备安装 、 调试以及后期维护 ， 电表箱 内 部的仪表均采用导轨式安装。电表箱内部仪表包括： 三相 电子式 电能表 、 载波器 、 空气开关和开关电源。 电 表箱 内部的布局和接线如图2 所示。空气开关能够分 断并保护 电路 。端 口U a 、 U b 、 U c 和U n 分别与A、 B、 C 三 相线和零线相接 。三相电子式电能表具有测量 、 显示 以及存储各用电数据的功能，端口L 1 、 L 2 、 L 3 分别是 A、 B、 C 三相电流 的流人端 ；端 口L l 、 L 2 、 L 3 分别是 A 、 B 、 C 三相电流的流出端； 1 、 3 、 5 和N 端 口 分别接的是 Ll Ll L 2 L 2 L3 ’ L 3 Ua Ub Uc Un La Lb A A B B C C A B C 零 载 载 柏 相 相 相 干 日 相 相 桐 相 线 波 波 电 电 电 电 电 f 乜 电 电 电 电 通 通 流 涮 流 流 流 流 骶 压 仨 压 讯 讯 { l王 { 进 出 进 出 进 [ ] 口 A B 图2 电表 箱内部接线图 F i g ． 2 I n t e r n a l w i r i n g d i a g r a m o f t h e me t e r b o x 经过空气开关 的A、 B、 C 三相线和零线 ； 电能表通过7 、 8 通讯端 口将信号传给载波器 ，载波器通过载波方式 将通讯信息进行高速传输。 开关电源为电表箱内的其 他设备提供电源。开关电源的L 、 N 端口分别接三相线 中的任意一相( 此处接的是C 相线 ) 和零线。 3 系统软件设计 本系统利用L a b V I E W软件对 电量数据进行采集 、 统计 、 分析、 处理和显示 ， 通过L a b S Q L 对数据库进行 访问并存储相关数据， 采用网页访问本地V I 前面板的 方法来实现远程访问功能。 3 ． 1 电量数 据 的采 集 在L a b V I E W中可采用V I S A和A c t i v e X 控件两种方 r‘ 1 式实现通信 ， 本论文采用V I S A 来实现串行通信。使 用串口需要对串口 参数进行正确的初始化设置， 必须 使主站的串口参数和变压器终端的电表箱内部仪表 串口参数一致。 本例的通讯口设为C O M1 ， 波特率设为 9 6 0 0 b i t s ／ s ， 数据位设为8 b i t s ， 校验位设为无校验 ， 停 止位设为1 b i t 。正确初始化之后才可以通过串口进行 数据收发。使用V I S A Wr i t e 来发送指令到电表箱 ， V I S A R e a d ~ l 用来接收数据。接收数据时需要使用 V I S A B y t e s a t S e r i a l P o r t 查询当前串 口接收缓 冲区中 的数据字节数 ， 如果V I S A R e a d要读取的字节数大于 缓冲区中的数据字节数 ， V I S A R e a d操作将一直等 待， 直至T i m e o u t 一 超时或者缓冲区中的数据字节数达 到要求的字节数。 也可以分批读取接收缓冲区或者只 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 1卷第 2期 2 0 1 4年1月 2 5日 电测 与仪表 El e c t r i c a l M e a s ur e me n t& I ns t r ume n t at i o n V0 1 ． 5 1 No ． 2 J a n ． 2 5 ， 2 0 1 4 从 中读取一定字节的数据 。 由于4 8 5 总线是一个半双工的通讯方式 ，收和发 不能同时进行 ， 从发送完成到变为接收状态 ， 软件处 理和硬件切换都需要一定的延时 。本论文将延迟时 间设定为0 ．5 秒。采集电量数据的步骤和在L a b V I E W 中的程序框图分别如图3 和图4 所示。 I 对备模块参数进行初始化没嚣 I + 1 配爨 串口参数 1 r I发送读取电表数据的指令 i t 延迟时问为O ． 5 s l l 读取电表数据 { t ( 结束 ) 图3 采集电量数据的流程 图 F i g ． 3 F l o w c h a r t f o r a c q u i s i t i o n o f e l e c t r i c i t y d a t a 图4 采集电量数据的程序框图 F i g ． 4 Bl o c k d i a g r a m for a c qu i s i t i o n o f e l e c t r i c i t y d a t a 3 ． 2 利 用L a b S Q L 实现数 据库 的访 问 L a b V I E W不具有直接访 问数据库的功能 ， 因而必 须利用其他手段间接实现数据库连接的方法来实现 数据库的访问。 在L a b V I E W中实现对数据库的访问主 要有5 种方法 ： ( 1 ) 利用N I 公司的附加工具包中的数据 库 接 口工具 包 L a b V I E W S Q L T o o l k i t 进行 数 据库 访 问； ( 2 )利用L a b VI E W的Ac t i v e X功能 ，调用Mi c r o s o f t A D O 对象 ， 利用S Q L 语言实现数据库的访 问； ( 3 ) 通过 第三方开发的免费工具包L a b S Q L访问； ( 4 ) 通过调用 动态链接库D L L ( D y n a m i c L i n k L i b r a r y ) 访问 ； ( 5 ) 利用 中问文件存取数据。本论文采用一个免费工具包 L a b S Q L ： Y g ~ 实现对数据库的访问 ， 程序图如图5 所示 。 在L a b V I E W中利用 L a b s Q L 来实现对数据库访 问 的基本步骤 ： 第一步 ： 连接并打开数据库 。首先在L a b V I E W程 序框 图界面利用A D O C o n n e c t i o n C r e a t e ． v i 控件创 建 一 个新 的连接 ，然后利用A D O C o n n e c t i o n O p e n ． v i 控 件打开这个连接，如下图程序框图所示。其中A D O C o n n e c t i o n O p e n ． v i 控 件 中 的C o n n e c t i o n S t r i n g 是 用来 一 1 2一 图5 访 问数据库 的程序 图 F i g ． 5 Da t a b a s e a c c e s s p r o g r a m di a g r a m 指定需要访问的数据库； 第二步 ：输／ L S Q L 语 言的执行语句并 执行此命 令。 此步骤用到的是S Q L E x e c u t e ． v i 控件。 在C o m ma n d T e x t 中输入此执行语句， 将会在S Q L R e s u l t s 中显示执 行结果。访问数据库的基本操作有以下四种： 向数据 库添加记录、 从数据库删除记录、 在数据库中修改记 录和对数据库中的记录进行查询 ； 第三步： 对数据库 的所有操作均完成后 ，关闭与 数据库的连接。利用A D O C o n n e c t i o n C l o s e ． v i 控件来 关闭连接。如果操作有误则在e r r o r o u t 中显示错误的 返 回值 。 在实验室测试数据阶段中 ，测试 了三相 电流 、 三 相相电压、 有功功率、 无功功率、 视在功率、 功率因数 和频率等数据， L a b V I E W程序按读取地址的先后顺序 将各电量数据存储到数据库中( 数据采样问隔时间为 0 ． 5 s ) 。当需 要对 电量数 据进行 查询 时 ，可 以通 过 “ s e l e c t f r o m e w m o n w h e r e ( D T b e t w e e n ‘ 开始 时间 ’ a n d ‘ 结束时间 ’ ) ” 语句来查询某一时间段内的各用 电 数据 ， 其 中“ e w mo n ” 是数据库名称 ， “ D T ” 表示时间。 运 行后显示 的查询结果如表1 所示。 表 中第一列是标号 ， 第二列是采样时问 ， 第三列 是模块地址， 第四到第六列是三相电压 ， 第七到第九 列是三相电流 ， 第十到十二列依次是有功 、 无功 、 视在 功率 ， 接下来两列是功率因数和频率。 通过对数据库中电量数据的简单查询 ， 就可以清 楚地知道各用户的用电情况。 利用数据库对电量数据 进行存储既方便又高效。 3 ． 3 远 程访 问的 实现 在很多情况下 ， 用户希望直接将本地 的V I 程序面 板“ 搬” 到远程计算机上， 在远程计算机上进行浏览或 者操作 。 L a b V I E W提供的we b 服务器技术可 以实现远 程访问功能。通过使能本地的we b 服务器 ， 不需要任 何编程就能在远程计算机上通过 网页或者L a b V I E W 连接本地V I 前面板， 本地V I 前面板就会“ 原封不动” 地 呈现在远程计算机的屏幕上 ⋯ 。 本系统采用的是通过 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m