电力远程监测系统的设计.doc
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1、 湖南工程学院应用技术学院毕业设计(论文)诚 信 承 诺 书本人慎重承诺和声明:所撰写的电力远程监测系统的设计是在指导老师的指导下自主完毕,文中所有引文或引用数据、图表均已注解说明来源,本人乐意为由此引起的后果承担责任。设计(论文)的研究成果归属学校所有。 学生(署名) 年 月 日 目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 引言11.2 我国电力远程监测系统的发展11.3 我国电力远程监测系统的现状21.4 电力远程监测系统的发展趋势31.4.1 基于三网合一的电力远程监测系统31.4.2 基于电网的电力远程监测系统31.4.3 基于移动通信网的电力远程监测系统3第2章 电力远程监
2、测系统的设计52.1系统的构成52.2 系统的工作原理72.2.1 系统的工作过程72.2.2 主集中器上行信道72.2.3 主集中器下行信道92.2.4 从集中器下行信道102.2.5 变压器运营参数计算112.3 系统主站软件的模块化设计132.3.2 系统的MODEM通信软件设计152.3.3 系统的CAN总线通信软件设计152.3.4 系统的RS一485通信软件设计152.4 系统的重要功能162.4.1 主站点名功能162.4.2 远程监测功能162.4.2.1 配电变压器采集模块参数的远程监测功能162.4.2.2 配电变压器采集单元参数的远程监测功能172.4.2.3 低压用户(
3、采集终端及用户表韶分)用电参数的监测功能172.4.3 虚拟仪器显示功能172.4.3.1指针式显示172.4.3.2 曲线显示18第 3 章 虚拟仪器开发平台193.1 LabVIEW概念193.2 LabVIEW的特点203.3 LabVIEW的组成部分213.4 基于LabVIEW的虚拟仪器设计方法213.5 在VB中嵌入LabVIEW软件的方法223.6 LabVIEW的串行通信功能23第4章 电力远程监测结果的虚拟化解决244.1 概述244.2 系统测量数据结果的虚拟化显示254.3 系统测量曲线结果的虚拟化显示26电力远程监测系统的设计摘要:电力远程监测,就是应用通信技术对远方的
4、运营设备进行监视和控制,以实现远程测量、远程信号传输、远程控制和调节等多项功能。电力远程监测是近年来得到迅速发展并受到电力系统有关运营、管理、科研等部门工程技术人员日益关注的一个新的研究领域,是目前国际上的一个研究热点。它的发展和采用,对电力系统的安全运营具有重要意义,具有明显的经济效益和社会效益。随着传感器技术、计算机技术、通信技术、智能技术等相关领域技术的发展以及远程监测技术自身的发展,越来越多的新技术将在远程监测中得到应用。可以预见,远程监测将发展成为电力系统中不可或缺的一部分,远程监测技术自身也也许发展成为一个新的交叉学科。同时,电力远程监测也将是一个巨大的市场,对远程监测系统的开发研
5、究也具有巨大的经济上的吸引力。本文以电力远程监测系统领域现阶段的技术为参考,重要就电力远程监测系统的具体功能实现与整体结构作了理论分析与设计,在整体结构上采用多层电路板,终端采用RS-485通讯接口、Modbus通信协议,来最终达成预期所要研究和设计的目的。关键词:电力系统,远程监测,虚拟仪器,LabVIEW The Design of Electric Power Remote Monitoring SystemAbstract:Power remote monitoring, is to distant application communication technology monito
6、r and control operating equipment, in order to realize remote measure, remote signal transmission, remote control and adjusting etc multiple functions. Power remote monitoring is in recent years by rapid development and relevant operation and management power system, scientific research departments
7、engineering and technical personnel of growing concern about a new research field, is currently a hot spot of research on international. Its development and adoption of power system security has an important meaning, and has obvious economic benefits and social benefits. As the sensor technology, co
8、mputer technology, communication technology and intelligent technology related fields technology development and the development of remote monitoring technology itself more and more new technology will be applied in the remote monitoring. Can foresee, remote monitoring will become an indispensable p
9、art of power system, remote monitoring technology itself may also become a new interdisciplinary. Meanwhile, power remote monitoring will also is a huge market for remote monitoring system, the development research also has huge economic attraction. Based on the current power remote monitoring syste
10、m of technology for the reference field, and mainly power remote monitoring system of the specific function realization and the whole structure analysis and design, on the whole structure by using multi-level circuit boards, terminal on by RS - 485 communication interface, Modbus communication proto
11、col, to finally reached the expected to research and design target. Keywords: Electric power systems; remote monitoring; master station ;LabVIEW; 第1章 绪论1.1 引言电力系统是一个复杂的系统,电力供应和生产昼夜不息,变化频繁,运营状态复杂、信息量大。理论研究以及电力系统数年运营经验都表白,电力系统运营的安全与否与系统当时的运营状态有密切的关系,对于电力调度部门来说,假如能实时地全面掌握电力系统各部分的运营状态,进行远程监测,对保证系统的安全、稳定
12、、经济运营无疑具有十分重要的意义。电力远程监测技术是将数据采集、远程传输和智能化信息解决应用于电能供用与管理系统中的一项综合性新技术。它以自动抄表技术为核心,具有速度快、精度高、实时性好、可直接与电力营业计算机联网等突出优点,从主线上克服了传统抄表模式的弊端,促进了电能管理的现代化发展。目前,美国、欧洲等发达国家已把自动抄表技术及电能质量的远程监测技术广泛应用于配电管理。我国对此技术的研究与应用起步较晚,但发展迅速。随着电力市场管理改革的不断进一步,对电力远程监测技术的研究必将成为热点与方向。1.2 我国电力远程监测系统的发展一直以来我国电力部门对用户用电量的抄收采用人工方式,不可避免地存在:
13、记录数据不准确,数据在时间上离散性大、准确度低,无法真实反映用户用电情况;操作难以规范化,导致不明损失增长;数据采集不及时,无法有效监控,漏抄或偷逃电费的现象严重。随着国民经济的发展,用户对电能质量的规定也愈来愈高,传统的管理模式不能适应用户的规定。国家电力公司提出了“一户一表、集中抄表、服务到户、收费与银行联网”的规定,电力公司对城乡居民住宅实行一户一表工程。一户一表的实行给电力公司增长了大量的工作量,一个中档城市户表数可达数十万台之多。除配电线路改造外,更有大量的抄表收费工作。这种变化暴露出了常规抄表方法越来越多的质量和效率问题:错抄、漏抄、估抄。这些问题仅靠增长抄表人员,延长抄表时间,增
14、长抄表次数,不仅无济于问题的解决,反而会导致整个供电部门成本上升,效益下降,管理混乱,不利于系统的健康稳定发展。电力远程监测技术正是在这种形势下应运而生了。电力远程监测技术集计算机技术、通信技术、用电及计量技术于一体,可以缓解抄表人员的劳动强度、减少人为因素导致的抄表误差、快速记录低压实时线损等等”3。因此,基于自动抄表技术的电力远程监测系统是提高电力营业管理自动化水平的一项重要技术手段。电力系统力求达成最经济的能源消耗和最有效的运营管理,以最合理、便宜的价格向用户供电。电力远程监测系统实现了对配电变压器参数及居民用户用电量的自动抄收,不仅可以方便广大用户、提高供电公司的服务质量、树立电力公司
15、的良好形象,并且可以实行电力公司的减员增效、减少用电成本,同时对于加强用电管理、防止国家电力资源的大量流失、杜绝贪污腐败现象都具有积极的意义。为此,近年来不少科研、生产部门在吸取国外先进技术的基础上,在电力部门的指导、配合下,研制生产了不同方式的台区变压器远程监测系统和低压用户集中抄表系统。这些系统的实行给供电公司和广大用户提供了简捷、准确的监测方式和收缴电费手段,抄录数据准确,同时也给用电管理、分析、监察、线损计算提供了有效依据,提高了用电管理水平。1.3 我国电力远程监测系统的现状随着电力公司的快速增长及两网改造工作的全面进一步,我国电力远程监测技术得到了迅速的发展。据不完全记录,全国从事
16、电力远程监测系统生产和研制的单位已有100余家,国家知识产权局受理的自动抄表系统的专利已有200多项。在产品开发方面,通过有关科研、生产、使用单位数年的艰苦努力,已经基本达成了实用化水平,并形成了多种自动抄表方式并存的格局。主站系统结构己从单机、双机系统发展到网络,操作系统已从DOS发展到Windows9598NT,系统功能也从单纯的抄表功能发展到具有实时线损、远程控制、计费及银行联网等功能,有的系统还可以通过实时用电记录监测用户偷电行为。上行信道也从单一的电话拨号方式发展到多种通信方式(电话、无线、专线等)混合应用的局面。下行信道也从485总线方式发展到载波方式,终端采集和传输产品也呈现了多
17、样化的局面,产品涉及总线采集器集中器、载波采集器集中器、单表载波模块、单表集中器等多种类型。为进一步完善配网自动化系统,加强与低压用户集中抄表系统数据、负控数据以及地调数据之间的联系,减少线损,减少事故发生,对公用配电变压器和低压用户进行监测、记录、分析就显得非常重要。另一方面,配网自动化系统的通信系统曰臻完善,也为公用配电变压器的远程监测、控制提供了有利条件。再者,为了加强对供电质量的实时监测、窃电的实时分析和线损的实时计算、考核,减少现场数据测量的人力和时间浪费,提高供电质量,增长供电总量,减少社会生产连带损失,实现公用配电变压器的远程自动监测管理势在必行。1.4 电力远程监测系统的发展趋
18、势在计算机技术、微电子技术和网络化技术的迅速发展下,电力远程监测系统的方案将会层出不穷。其重要的发展方向有基于三网合一、电网、以及移动通信网的电力远程监测系统。1.4.1 基于三网合一的电力远程监测系统三网合一是将通信广播电视、电信业务和多媒体传输等多种信息服务纳入计算机网络,统一规划建立一个宽频带、大容量、高速率的公用信息网络。三网合一的明显优势是价格低廉、信道容量大以及信号质量优良。基于三网合一的电力远程监测系统的整体采用星型结构,它是以安装在供电局管理中心的系统工作站为中心,以发散的形式通过三合一网与分散于个客户的抄表器相连接,形成1对N的连接形式。其中管理中心的系统工作站通过网卡与一台
19、互换机相连,抄表器借助于机顶盒连入HFC网,通过上行信道将电表数据上传到管理中心。1.4.2 基于电网的电力远程监测系统近年来,信号解决技术、通信技术的进步,使得低压电力载波通信得到了迅速发展。再加上智能化社区的建设,家庭智能化网络的兴起和电力部门用电、配电管理的智能化、自动化和科学化管理需求等都会为载波通信提供了广阔的发展市场。低压电力载波通信的历史可追溯到很远,但低压电力载波通信相比高压电力载波通信还不太成熟。其重要因素是低压电力线路的数学模型是时变的、随机的,很难建立统一的数学模型。特别是线路上的宽带噪声污染使通信的误码率大大增长。为了克制噪声,目前重要采用扩频通信技术。这种芯片已有很多
20、公司推出,但仍然存在种种问题(重要是通信距离和稳定性)。尽管这样,由于低压电力载波通信的强大优势(电所到,网所达),致使低压电力载波通信仍然保持强劲的发展势头。1.4.3 基于移动通信网的电力远程监测系统目前蜂窝移动无线网(GSM)覆盖面几乎遍及全国,因此构建这种电力远程监测系统时,完全可以运用现成的GSM无线网络而不必重新建设新的基站。基于移动无线网络的电力远程监测系统必须在管理中心和集中器中加装无线通信模块,由于这种无线通信模块(其实就是无键盘、无显示屏的手机)结构简朴,控制容易,所以运用它的RS一232标准接口很容易和单片机连接在一起,构造出一个可运用标准Haysc AT命令机驱动控制的
21、、具有无线收发功能的集中器。在移动无线网络的电力远程监测系统中,用电管理中心与各个集中器都装有这种无线通信模块,它们之间的通信是通过拨号接入GSM网,以短消息SMS的模式进行上传数据、下达命令的。短消息SMS的工作机制类似于Internet网上的电子邮件Email,当无线信道发生拥塞时,短消息SMS的信道延时是不可预测的,这是它的致命弱点。由于现阶段其价格偏高(批量购买WAVECOM无线通信模块约700元人民币),所以只能用于抄表系统的上层。随着技术的进步,大批量的生产,到一定的时候也有望用于下层的通信。基于移动无线网络的电力远程监测系统是一种很有潜力的抄表方案,其特点是不许重新组网,方案无需
22、变更就可以推广到不同地区使用。这种无线通信模块目前国外各大公司MOTOROLA、WAVECOM、NOKIA等都有相应类型的模块,它重要用于GPS定位系统中的移动通信。第2章 电力远程监测系统的设计2.1系统的构成基于VB与LabView的电力远程监测管理系统是一个三级分布式检测系统,重要由主站、集中器、采集单元、通信信道、采集终端等5部分组成,如图1所示。系统信道涉及电话线、CAN(Controller Area Network,即控制器局域网)总线和RS一485总线。采用电话线拨号方式,通过MODEM的调制和解调功能,可以及时、方便地进行系统的远程信息传输,与主集中器实现信息互换;每台主集中
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