電力監(jiān)控系統(tǒng)智能測控儀表的研究與設(shè)計

　　摘要：在分析電力監(jiān)控系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)和各層特點的基礎(chǔ)上，結(jié)合智能測控儀表的功能特點，提出了一種基于ARM微處理器MB9BF618的智能測控儀表設(shè)計方法，介紹了智能測控儀表的基本結(jié)構(gòu)、硬件配置和接線方法。經(jīng)測試，該智能測控儀表的電壓、電流、頻率和功率因數(shù)的測量誤差為0.2%，有功功率和無功功率的測量誤差為0.5%，較好地滿足了電力監(jiān)控系統(tǒng)對測量儀表的性能要求。該智能測控儀表具有功能完善、運行可靠、維護(hù)方便、可擴(kuò)充性好等特點，具有一定的應(yīng)用價值。

　　引言

　　電力監(jiān)控系統(tǒng)是電力系統(tǒng)數(shù)字化和信息化的產(chǎn)物，是智能電網(wǎng)的基本組成部分，建設(shè)安全可靠的電力監(jiān)控系統(tǒng)對智能電網(wǎng)的發(fā)展有重要的作用。電力監(jiān)控系統(tǒng)主要用于電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、科研設(shè)施、醫(yī)院、智能建筑等諸多領(lǐng)域的供配電系統(tǒng)中^[1]，以實現(xiàn)對電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率和電能等電力參數(shù)的實時監(jiān)測和顯示，并能根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行控制，提高供配電系統(tǒng)的可靠性和安全性。智能測控儀表是電力監(jiān)控系統(tǒng)的前端元件，其主要作用是高精度的測量所有常用電力參數(shù)，并具有數(shù)據(jù)通信和遠(yuǎn)程控制功能，以實現(xiàn)與電力監(jiān)控系統(tǒng)之間的信息交換^[2]。

　　1 電力監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　電力監(jiān)控系統(tǒng)是以現(xiàn)代電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和測控技術(shù)為基礎(chǔ)，通過對供配電系統(tǒng)中的高壓開關(guān)柜、低壓開關(guān)柜、電力變壓器、測控儀表等設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，實現(xiàn)供配電系統(tǒng)的集中監(jiān)控管理和分散數(shù)據(jù)采集。電力監(jiān)控系統(tǒng)主要由現(xiàn)場監(jiān)控層、網(wǎng)絡(luò)通信層和系統(tǒng)管理層構(gòu)成^[3]，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　1.1 現(xiàn)場監(jiān)控層

　　現(xiàn)場監(jiān)控層是電力監(jiān)控系統(tǒng)中的最底層，位于變配電系統(tǒng)現(xiàn)場，主要包括各種測控儀表、智能斷路器、微機(jī)保護(hù)裝置、溫濕度控制器和現(xiàn)場監(jiān)控裝置等。現(xiàn)場監(jiān)控層的主要作用是采集變配電系統(tǒng)現(xiàn)場的電壓、電流、功率、功率因數(shù)、開關(guān)狀態(tài)等信息，并將采集到的信息通過網(wǎng)絡(luò)通信層傳遞給系統(tǒng)管理層。同時，現(xiàn)場監(jiān)控層也可以作為執(zhí)行單元，通過網(wǎng)絡(luò)通信層接收系統(tǒng)管理層發(fā)出的各類指令。現(xiàn)場監(jiān)控層中的設(shè)備或裝置應(yīng)相對獨立，可以不依賴于監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)而獨立運行。

　　1.2 網(wǎng)絡(luò)通信層

　　網(wǎng)絡(luò)通信層是電力監(jiān)控系統(tǒng)中的中間層，負(fù)責(zé)與現(xiàn)場監(jiān)控層中的設(shè)備或裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，收集各類設(shè)備或裝置的數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，進(jìn)行處理后集中打包傳送給系統(tǒng)管理層，同時負(fù)責(zé)接收系統(tǒng)管理層發(fā)送的各類指令，并轉(zhuǎn)發(fā)給現(xiàn)場監(jiān)控層。網(wǎng)絡(luò)通信層通常由現(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。

　　1.3 系統(tǒng)管理層

　　系統(tǒng)管理層是電力監(jiān)控系統(tǒng)中的最高層，位于監(jiān)控室內(nèi)，主要由電力監(jiān)控管理計算機(jī)及其外圍設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等構(gòu)成。系統(tǒng)管理層負(fù)責(zé)對整個變配電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，其主要作用是解析網(wǎng)絡(luò)通信層上傳的數(shù)據(jù)包，對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和分析，并根據(jù)系統(tǒng)運行的狀態(tài)，向現(xiàn)場監(jiān)控層中的設(shè)備或裝置發(fā)送指令，執(zhí)行相關(guān)操作。

　　2 智能測控儀表的設(shè)計方案

　　智能測控儀表位于電力監(jiān)控系統(tǒng)中的現(xiàn)場監(jiān)控層，用于完成電力參數(shù)的數(shù)據(jù)采集與傳輸，并執(zhí)行由監(jiān)控主機(jī)下發(fā)的操作指令。智能測控儀表不依賴于監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)而獨立運行，其最基本的功能是電力參數(shù)的采集與顯示、數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程控制^[4]。此外，根據(jù)不同的需求，智能測控儀表還可以具備電能質(zhì)量分析、費率計量、故障信息和事件記錄等功能^[5]。