交流电量采集

交流电量采集（精选七篇）

交流电量采集 篇1

本系统采用基于PC104工控机[4]和DSP[5]的双CPU结构,有效地解决了单处理器处理能力有限的问题,最大限度地提高系统的同步采样速度和数据处理能力[6,7,8]。DSP作为从机主要完成电压/电流相量信号的同步采集、滤波处理以及与PC104的通信等。PC104作为主机主要负责数据的接收与处理、人机接口等功能。

DSP通过逻辑控制模块CPLD将GPS系统提供的同步秒脉冲1 PPS转化为同步采样信号,控制不同地点同步采集系统的A/D转换器[9],同时开始采样保持和模数转换,从而实现了交流电量的异地同步采集。DSP将同步采集数据通过双口RAM[10,11]传送给PC104,PC104将接收到的数据信息进行处理并打上时标,通过人机接口实时显示出来[12,13,14]。

1 设计方案

系统原理框图如图1所示。同步采集系统主要由前向通道、A/D转换器ADS7864、数字信号处理芯片TMS320F2812(简称F2812)、PC104、双口RAM芯片IDT70V28L15PF(简称L15PF)、GPS接收器GN-80[3]、CPLD芯片EPM1270T144C5(简称T144C5)、人机接口等组成。

2 数据采集模块

ADS7864是高速、低功率、双12位的模数转换器,以+5 V单电源供电。输入通道全差分,典型共模抑制比为80 d B。该器件有2个2μs的逐次求近模数转换器、6个差分采样与保持放大器、1个带REFIN与REFOUT脚的+2.5 V内部电压基准及1个高速并行接口[9]。ADS7864与F2812的接口电路见图2。

系统共采集6路信号:UA、UB、UC,IA、IB、IC。各路信号分别经过前端信号调理电路处理(放大、滤波、双极性转换)后与A/D转换器ADS7864的6个通道相连,组成了信号采集电路。

由于ADS7864的输入电压范围为0~5 V,所以双极性输入信号要经过一个电平移位电路才能与ADS7864相连[9],如图3所示。

由于F2812是3.3 V供电,而ADS7864是5 V供电,所以在接口时选用了74LVC16245(简称C16245)电平转换芯片,既实现电平转换又实现了缓冲。

REFOUT脚直接与REFIN脚连接,为ADS7864提供+2.5 V的内部基准电压;BYTE端接低电平,一次读入16位信息;CLOCK为ADS7864提供外部时钟(8 MHz)。

为使3个通道6路信号同时采样,将ADS7864的3个采样保持端HOLDA、HOLDB、HOLDC连在一起进行控制。CYXH拉低并保持最少15 ns,可以在ADS7864中启动1次转换,使A、B、C 3个通道的6个采样与保持放大器同时处于保持状态,并且2个模数转换器都开始转换操作,转换顺序为(A0/A1 B0/B1 C0/C1)。转换开始时,BUSY输出端变成低电平,而且在转换周期期间一直保持低电平状态,然后在数据被锁存到输出寄存器之后,BUSY再升高。BUSY上升沿触发F2812外部中断XINT2,进入中断服务程序,通过通用I/O端口控制片选端RD,并选择数据输出方式。系统取(A2 A1 A0)=110,接口以循环模式工作。此时,数据在第1个RD信号时从通道A0读取,接着是通道A1,随后是B0、B1、C0,最后是C1。1个转换周期的时序见图4(A0保持低电平)。

3 PC104与DSP数据通信模块

PC104与DSP数据通信接口电路如图5所示。

双口RAM右端口与DSP相连,作为DSP系统的扩展存储器,左端口与PC104总线相连,也是PC104的一个外存储器[11]。为了保护PC104,在双口RAM和PC104之间加了总线收发器C16245,对信号进行隔离与调理电平。

如图5所示,PC104总线采用CPLD实现存储器地址范围选择、I/O地址选择、地址总线和数据总线的选通控制及PC104总线与双口RAM间的控制信号产生等功能。

在PC104中,与每个地址对应的存储单元只能存储1字节的数据。图5中PC104总线上的地址线SA1~SA16经驱动后分别与双口RAM的地址线D0L~D15L对应相连接,64 K字节的双口RAM映射到PC104系统内存的某一存储空间,占用128 K字节的地址范围,主机对双口RAM存储单元的访问均采用16位方式,只对偶地址读写。而对I/O端口的访问数据量很小,I/O端口的读写仍采用8位数据方式[15]。

在DSP部分,F2812输出的片选信号为/XZCS2,与地址信号XA16~XA18一起由CPLD译码产生了双口RAM的片选信号/CE0R,从而将双口RAM映射到F2812的外部存储接口XINTF的ZONE2区域,有效地址范围为0x080000~0x090000。

采用双口RAM的主从式双CPU通信系统的不稳定因素在于2个CPU同时访问同一单元时有可能发生争用,从而出现写入值和读出值不是期望值的混乱状态[15,16]。因此,合理设计2个CPU间的仲裁方式是极为重要的。通常,解决争用冲突的方案有硬件仲裁、中断仲裁、令牌传递仲裁和软件仲裁4种方案。考虑到令牌传递仲裁机制硬件设计上有锁存机制,程序设计简单,两侧CPU采用软件握手,使系统具有最大的柔韧性,且在不使用令牌标志时在硬件上不占用任何资源,与硬件仲裁相比,两侧不需要插入等待周期信号,所以系统采用了令牌传递仲裁方式。

令牌传递仲裁方式的工作机制是:双口RAM中有8个相互独立的锁存器,这些锁存器独立于存储空间,主、从CPU可以通过I/O口对锁存器读写来设定令牌,从而取得或放弃共享资源的使用权。地址线A0~A2对这8个锁存器寻址,数据只有D0位有效。

在令牌传递仲裁逻辑中,令牌标志通过先写入后读出的顺序,保证系统级的冲突不出现。比如:当PC104向双口RAM申请令牌时,要以I/O写方式向指定端口(A0~A2)写入“0”,外围译码逻辑置/SEML为低电平,同时置/CE0L为高电平(二者共用前3位地址线和第1位数据线,故二者信号不能同时使能),D0位写入相应的令牌标志锁存器,然后以I/O读方式读入该端口数据,检查是否申请成功。若读出为“0”则申请成功,取得共享资源的使用权,否则申请失败,说明另一侧端口正在使用共享资源[15]。

4 同步采样波形的产生

系统通过DSP、CPLD及GPS系统提供的同步秒脉冲产生同步采样波形,使各个同步采集系统在某个预先设定的时间同时启动采样,以此保证各个同步采集系统在同一时间开始采样。而且,在下一个秒脉冲到来时,再将秒脉冲与采样波形同步一次,以消除晶振电路给采样频率带来的积累误差,确保各个同步采集系统的每个相应采样点的时刻都相同。

GPS与DSP、CPLD的接口电路如图6所示。

F2812通过RS-232C与GN-80通信,发布控制命令或接收信息。GN-80定位后,其引脚1PPS(pin5),每秒发出1个协调世界时UTC(Universal Time Coordinated)同步脉冲。同步采样波形时序见图7。

保证采样波形与每个秒脉冲的上升沿同步,使得不同地方的同步采集系统都在同一个时刻开始采样,并且保证每个采样点的时刻都相同。对采样的数据可以直接分别进行傅里叶变换,得出基波的幅值和初相(相对采样起始时刻),简化了数据的处理。

5 系统实现

图8为异地交流电量同步采集示意图,图中交流电量同步采集系统的电压、电流信号分别取自电压互感器TV和电流互感器TA。

异地交流电量同步采集由2台交流电量同步采集系统、2台GPS接收器和1台PC机来实现。2台GPS接收器定位后,同步秒脉冲是同时发出的,所以只要将2台交流电量同步采集系统设在同一时间点开始采样,即在同一时间点使能F2812的通用I/O端口GPIOA4(变为低),产生同步采样波形,控制A/D转换器同时开始采样,就可以实现变电站A和变电站B交流电量的同步采集。

以上实现的是2点异地交流电量同步采集,如果需要实现多点异地交流电量同步采集,只需在每个测量点布置1台交流电量同步采集系统和1台GPS接收器即可。测量完成后,将所有数据都传输给PC机,进行进一步的分析处理。

目前,该系统的实验样机已经研制成功,并在华北电力大学动态模拟实验室进行了电力系统交流电量同步采集实验,利用2台样机对同一信号进行同时刻测量,实验数据见表1。

由表中数据可以看出最大相位误差在0.2°以内,这样的误差在电力系统应用中是可以被接受的。由此证明了本方法的可行性与精确性。

6 结语

设计了基于PC104和DSP的交流电量同步采集系统,并成功研制出实验样机,实现了交流电量的异地同步采集,这对于电力系统参数测量、继电保护、故障判断、系统稳定的分析与控制等具有重要意义。

摘要：设计了基于PC104工控机和DSP的交流电量同步采集系统,异地交流电量同步采集由1台PC机和分布在各处的交流电量同步采集系统和GPS接收器来实现。PC104为系统主机,主要负责数据的接收与处理、人机接口等功能;DSP为从机,主要完成电压/电流相量信号的同步采集、滤波及与PC104的通信等功能;PC104和DSP之间通过双口RAM实现高速通信和资源共享。DSP通过CPLD将GPS系统提供的秒脉冲信号转化为同步采样信号,控制不同地点同步采集系统的A/D转换器同时开始采样,实现了交流电量的异地同步采集。该系统的实验样机在动态模拟实验室中已成功应用。

移动电站电量采集算法的探讨 篇2

关键词：电量采集系统,均方根法,递推最小二乘法,人工神经网络算法

现代的移动电站的监控都是电脑时时采集和集中监控的, 为了得到时时精确的电量数据, 就需要对电量数据的采集方式和计算方式有一定的优化和选择;在优化了采集硬件后, 就要对软件进行优化, 而软件的优化就是对算法的优化, 以下是比较集中在电量采集中常用的算法, 并比较其优缺点, 然后得到一个合理、精确并迅速的算法。使我们可以得到实时、精确的电量数据, 最终编写计算出电量数据的算法程序。

1 电量参数的计算方法

交流采样是按一定的规律对被测信号的瞬时值进行采样, 再按照一定的数学算法求出被测电量参数的测量方法。下面给出交流电压U、交流电流I、有功功率P、无功功率Q、功率因数cosφ的各种算法中的离散公式。

1.1 均方根法[1]

近年来的许多研究和实践表明, 均方根法是用于监控系统交流采样的一种较好的方法。其基本思想是依据周期连续函数的有效值定义, 将连续函数离散化。

交流电压U:

undefined

交流电流I:

undefined

有功功率P:

undefined

无功功率Q:

undefined

功率因数cosφ:

undefined

式中:N——每周期均匀采样点数;

Im——第m采样点的瞬时电流值;

Um——第m采样点的瞬时电压值。

这种算法不仅对正弦波有效, 当采样点数多时, 还可较准确地测量波形畸变的交流量。但当采样点数太多时, 运算时间会明显增长, 使响应速度有所下降。

1.2 递推最小二乘法[2]

同步发电机的输出电网中存在谐波, 同时还会有各种瞬时干扰, 如高频开关干扰等, 因此在编制交流采样软件时, 为了达到较准确的测量各种正弦与非正弦交流信号的目的, 一般均需与某种滤波算法相配合。近年来提出来的递推最小二乘法是一种较新的算法, 这种算法, 可以有效地从受干扰污染的输入信号中估计基波电压或基波电流复数振幅的实部和虚部, 利用它们对电压、电流的有效值进行计算, 同时利用电压相角的变化可以计算出频率。假设无噪声的输入电压是角频率为ω的正弦波电压, 则:

u (t) =Asin (ω0t+φ)

=Asinφcosω0t+Acosφsinω0t (6)

其中:x1=Asinφ, x2=Acosφ

将式 (6) 离散化, 有:

undefined

相应的递推最小二乘法的估计方程为:

测量矩阵:

undefined

增益矩阵:

P (k+1) =[I-k (k+1) H (k+1) ]P (k) (9)

误差协方差矩阵:

k (k+1) =P (k) HT (k+1) ×[H (k+1) P (k) HT (k+1) +1]-1 (10)

初始化递推矩阵:

undefined

P (0) =C2I

式 (11) 中C2为一充分大常数, 通常取值C2=104。

在上述递推方程中, 增益矩阵、误差协方差矩阵、与采样值无关, 可事先求出, 所以每次计算时实际上只需式 (8) 。

由式 (8) 求出输入电压复数振幅的实部和虚部的估计值以后, 将其变为有效值, 分别用UR和UI表示, 则输入电压的有效值为:

undefined

输入电流有效值为:

undefined

其他的电量参数可以由基本公式推导得出。

1.3 人工神经网络算法[3]

近年来, 人工神经网络技术在电力电子领域获得了蓬勃的发展, 在许多方面取得了令人鼓舞的成果。下面介绍一种基于人工神经网络的交流采样算法, 大量的实践证明:这种算法准确度高, 其特性与傅氏算法相当, 同时又具有最小二乘法的某些优点, 是一个较有前途的算法。

人工神经网络算法的实质是一个对ADALINE神经网络的训练过程。设输入模式向量XK为:

XK=[1, cos (ωkTs) , sin (ωkTs) , cos (2ωkTs) , sin (2ωkTs) , cos (3ωkTs) , sin (3ωkTs) , cos (4ωkTs) , sin (4ωkTs) , cos (5ωkTs) , sin (5ωkTs) ]r (14)

其中, Ts为采样周期, ωk为角频率。很明显, 每个采样周期的输入向量模式都是不相同的, 初始权向量为:

ω0=[ω01ω02ω03ω04ω05ω06ω07ω08ω09ω10] (15)

设算法的数据窗长度为n个采样周期。每个采样时刻所对应的输入模式向量与改时刻的实际采样值就组成了一个训练对。n个采样周期就有n个训练对。这n个训练队就组成了ADALINE模型的训练集。其训练过程如下:利用第一个采样时刻所对应的输入模式向量和初始权向量按下式计算与第一个采样时刻所对应的模拟输出:

yk=XrkWk=WrkXk (16)

将该模拟输出与该时刻的实际采样值进行比较, 得到与该时刻相对应的当前误差, 进而利用下式对初始权向量进行修正:

undefined

然后利用第二个采样时刻所对应的输入模式相量和修正后的权向量按式 (16) 计算与第二个采样时刻所对应的模拟输出, 将该模拟输出与第二个采样时刻的实际采样值进行比较, 得到与该时刻相对应的当前误差, 再利用式 (17) 对权向量进行第二次修正;以此类推, 将训练集内各个训练对的输入模式向量相继作用与网络, 对权矩阵进行迭代改进。当一个训练周期结束后, 按下式计算这一周期的总误差平方和:

undefined

然后利用这一周期最后得到的权向量调整值, 重复进行新的一轮训练。直至前后两个训练周期得到的总误差平方和之差小于某允许值时 (该值由所需准确度决定) , 结束迭代。当被采样的对象为电压信号时, 则迭代收敛时的权值ω1和ω2即相当于递推最小二乘法中的Ur和Ui, 则输入电压的有效值为:

undefined

当被采样的对象为电流信号时, 则迭代收敛时的权值ω1和ω2即相当于递小二乘法中的Ir和Ii, 则输入电流的有效值为:

undefined

其他的电量参数可以通过U、I推倒计算出来。

在电量采集程序运行时, 同时启动了转换中断和频率捕获中断程序, 在计算电量数据这种需要大量浮点运算的时候, 在完成子程序的调用过程中均根法耗时0.8υs, 递推最小二乘法耗时0.4υs, 人工神经网络算法只耗时0.16υs, 对于频率捕捉精度0.43υsAD采样系统来说, 他们的效率相差2n, 所以说人工神经网络系统可以大大提高程序运行的实时性。对于神经网络算法来说, 既保持了前二者简单易行、收敛性的优点, 又能提高精度, 减少计算量, 适合于应用在非线性系统的辨识和自适应控制中。

人工神经网络的研究作为控制科学界的一个研究热点, 已经取得空前的发展, 人工神经网络在电力系统中的应用也得到广泛的重视。

自从Y H Pao等开创利用人工神经网络解决电力系统安全评估问题的方法以来, 人工神经网络在电力系统的应用己渗透到电力系统的各个研究领域[4]。

大型柴油发电机组系统是一个高阶强藕合的非线性系统, 工况、环境以及外部复杂的负载, 更增加了电力网络谐波和电磁干扰等问题, 使系统更加复杂。而人工神经网络以其良好的非线性处理能力及优良的容错性能为解决未知不确定非线性系统的建模问题提供了一条新的思路。

人工神经网络具有如下特点:1) 良好的非线性映射能力。2) 并行分部处理。3) 只需非线性系统较少的先期知识。4) 自学习和自适应能力:神经网络在训练时能从历史数据中提出规律性的知识记忆于网络的权值中, 并且具有泛化能力。5) 信息的融合能力:神经网络可以同时处理定量信息和定性信息, 因此可以综合利用传统的工程技术和人工智能技术。

综上所述人工神经网络的算法在电量采集上是比较合适的算法。

参考文献

[1]卢卫平, 高新华.交流采样技术在数据采集中的应用及改进[J].广东电力, 1998, 11 (4) :29-31.

[2]孙开放, 游至诚.一种高精度的微机交流采样的算法[J].华中理工大学学报, 1997, 25 (5) :59-63.

[3]张红, 王成梅.电力系统交流采样方法比较[M].北京:华北电力技术, 1999.

智能电量采集装置中FFT算法研究 篇3

1 FFT算法

FFT是DFT的一种有效的算法, 通过选择和重新排列中间结果, 减小运算量。

设X (n) 为N点有限长序列, 其DFT公式为

展开各式有大量的重复的sin, cos计算, FFT的作用就是用技巧减少sin, cos的重复计算。当N=2L时, 共有L级蝶形, 每级都由N/2个蝶形运算组成。每个蝶形有一次复乘, 两次复加。因而每级运算都需要N/2次复乘和N次复加。这样L级运算总共需要:

复乘数

复加数

由于计算机上乘法运算所需时间比加法运算所需时间多的多, 故以乘法为例, 直接DFT复数乘法次数是N2, FFT是。

计算量之比为:当N=32时, FFT计算量是DFT的12.8倍。

2 采样点数的选择

要获得精确的测量结果, 采样频率的选择很重要。如果采样频率选择得过高, 即采样间隔小, 则一个周期里采样点数过多, 造成数据存储量过大和计算时间太长;但如果采样频率过低, FFT运算在频域将会出现混淆现象, 造成频谱失真, 使之不能真实反映原来的信号。

因此, 对连续信号的采样频率需大十奈奎斯特频率, 即采样频率至少应等十或大十信号所含有的最高频率的fh两倍, 即:fs≥2fh

而实际应用时, fs常取为4fh-10fh

例如要进行15次谐波分析, 所采样信号的最高频率应为工频的15倍, 即750 Hz为避免频谱混叠, 采样频率应高于1500 H z, 即每周波至少采样30次。快速傅立叶变换采用基2算法, 即每周波采样点数为2的幂次方。但采样点数如太多, FFT运算的时间就越长, 将不适应电力系统实时监控的要求。

通过对16, 32, 64个采样点下的FFT变换计算机模拟情况可知:16点采样误差太大, 不能满足精度要求;32点采样的测量精度基本满足要求, 但高次谐波的测量误差较大;64点采样的高次谐波测量误差有所降低, 但效果不明显。考虑到64点采样的FFT变换的时间约是32点的两倍, 因此在选用每周波32点采样的采样频率较为合适。

3 FFT算法的C语言实现

图1中, M为FFT计算的级数, 从1到M级;每一级相应的都有N点元素, 及采样点数:每一级又分为N/2M个互相独立的组, 每组有2M个元素, 每组有2M-1个蝶形运算。图为复数的FFT算法, 在具体编程时, 应该区分开数据的实部和虚部, 并且分别进行运算, 即把复数展开来运算。图中的可以表示成实部。和虚部。在编程时, 由于考虑到算法的快速性, 所以为了减少计算正弦函数和余弦函数的运算量, 特把WL事先计算出来存放到程序储存器中, 然后再在FFT运算中通过查表的方式读出。

最后, FFT算法求得各次谐波的复数形式值。根据得到的各次谐波的实部P和虚部Q, 则幅值

经过测试, 上述程序执行时间约为7ms左右, 在一个周波采样32点, 即20ms内, 完全可以完成FFT运算, 实现了本周波采样值在下一周波进行运算。图2为逻辑分析仪所测出的时序图。其中FFT的上升沿和下降沿之间的时间为32点采样值经过快速傅立叶变换之后, 所得值进行有功、无功、功率因数等值计算的时间, 可以看出全部的数值计算在15ms左右完成。其中HOLD为保持信号, CS为片选信号, RD采样为信号。

4 总结

浅谈电量采集管理系统建立模式 篇4

自从进入二十一世纪以来, 经济发展速度快速提升, 人们的物质生活也得到了很大程度的改善, 对电力的需求也不断增大, 因此我们有必要对传统的电量采集工作做一定的改革。在传统的方式中, 采集电量是靠人工来完成的, 这样就在无形中出现了一些失误现象, 导致电量数据不准确的问题时有发生。这种状况的存在推动了改革的步伐, 自动化方式的应用是时代发展的必然产物。不过目前不同的商家并没有在制定采集体系的构造方面达成一致。

1 系统建立的原则要求

因为电量信息反应的是一定时间区间内的信息, 因此信息彼此之间有非常大的联系, 这就要求我们在对体系进行设计的时候必须要确保采集精准。建立体系的时候应该参考下面的几条内容。

1.1 确保信息精准

我们在缴纳电费的时候参考的信息就是电量值, 它关系到每个参与者的切身利益, 所以参与的各方都要求其必须具备精准性指标, 只有达到这个指标, 我们得到的数据才能真实可靠, 才不至于遭受经济损失。

1.2 确保信息稳定

因为获取的信息是供销售部门参考的, 因此它关系到销售的工作状态是否良好, 所以为了合理的运作, 我们要求它必须安全可靠, 这有这样才能为电力的市场化运转创造优质环境, 所以体系用到的所有的设备都应该确保性能可靠, 技术含量高。

1.3 确保信息高度一致

电量信息非常庞大, 其中的任何信息都应该保证在体系的任何工作站中信息显示相同, 换句话讲就是不论是在什么时间, 不论是什么人看到的其中的一个信息只需有一种显示, 只有这样才可以确保真实。

1.4 优越的扩展性能

任何事物都是不断发展壮大的, 尤其是在当今这个科学技术高速前进的时代里, 因此体系也会获取发展。涉及到电力本身的独特性, 在体系进行发展的同时应该保证具有超强的扩展性能。

1.5 确保信息全面公开

由于我们的时代特点要求我们的体系必须要高度的公开。不仅是硬件还包括各类型的软件, 都要做到此点。

2 系统功能设计

电量采集管理系统主要实现各用户线路使用电量、发电厂上网电量、网供电量、网损电量的自动采集、统计, 并通过网络向其他用户管理系统发布数据, 确保系统的实用化要求。

电量采集管理系统由两部分组成:采集部分和管理部分。采集部分完成电能量的自动采集、存储、处理以及传输功能, 在厂站端完成;管理部分负责对采集到的数据进行二次分析处理, 并形成各种统计报表, 在主站端实现。下面分别进行叙述。

2.1 电度表

电度表是整个系统的数据源, 它的精准性能会对电量总值有非常重要的意义, 所以我们在选择设备的时候, 首先就要查看他的精准性。通常来讲, 精度在零点五级到零点零五之间都是合格的。

2.1.1 电量采集装置

它需要做到下述的这些特点。 (1) 能够容纳不同形式的采集方法。 (2) 要确保获得的信息合理的被储存。 (3) 确保信息安全, 具有真实性, 不得随意对其进行改动。 (4) 要确保可以根据计费规定的差异来明确积分区间, (5) 因为电量好时间之间时密切相关, 共同存在的, 通常为了保证时间的一致, 设备上应该装有卫星导航仪。 (6) 必须可以容纳形式多样的输送方法。

2.1.2 主站系统

从功能上讲, 主站系统可以分成以下几个模块:1、自动采集模块;2、数据库模块;3、统计报表模块;4、网络通信与任务管理模块;5、数据查询发布模块。

第一, 采集模块。系统可准确、可靠、自动地完成对各关口点、计量点电量数据的采集, 可提供定时自动数据采集、随机人工召唤二种批量采集方式, 支持专线、modem、网络等多种通信方式, 并能支持多种通道混合采集。

要确保体系可以在通信受到干扰出现停顿的时候, 具有自动搜素的功能。通常为了保证信息高度一致, 我们在选择设备的时候, 最好是应用具有高性能的卫星定位设备。

第二, 数据库模块。对于首次获得的信息不能随意的进行改动, 要将这些信息专门储存。我们应该参考预设的指标对获取的信息进行运算, 而且要对其真实性进行测验, 只有这样我们才能保证体系中的信息真实可靠。如果出现有误差的或其他的不完整的信息应该对其进行适当的标注, 这样我们在对其进行处理的时候就会非常的简便, 比如我们可以对其设置正常或者是故障等的区分。

第三, 统计报表模块。系统应能提供功能强大的统计功能, 进行各种统计, 如关口总加、电量分时总加、损耗计算等;应能进行各种平衡运算, 如母线平衡、厂站平衡、系统平衡;系统应提供多种标准统计公式并提供总加公式定义器, 让用户自定义各种总加公式。

第四, 网络通信与任务管理模块。网管系统应提供标准的应用程序接口, 上层应用软件和用户自己开发的软件都可以通过此接口进行进程之间的网络通信, 这样上层软件就不必判断网络是否正常, 只需指明要通信的进程名, 把信息发给网管系统, 由网管系统进行路径判断和收发控制, 以保证进程之间的正常通信, 任何和网络有关的活动都要却保由网管体系进行操作, 此法的好处是可以具有非常简明的功能, 而且非常方便我们对其进行扩展。而且网管体系必须要有不定时监测流量信息的功能, 能够通过得到的数据信息自行从众多的方式中选择最优的方法开展通信活动。

最后, 数据查询发布模块。体系必须具备可以随时查询信息的能力, 比如初始电量信息等, 对于这些不同的信息要用不同的色彩加以区分, 这样我们就可以非常简明清晰的了解这些信息。还要确保能够及时进行查询功能, 得到的资料应该能够及时的进行打印等。

3 主站系统配置

主站系统的配置应本着设计的原则和功能要求来考虑, 整体布局清晰明了, 扩展方便, 因此选用具有容错能力和负载平衡能力的分布式模块体系结构, 提供用户基于WEB浏览器和GUI图形方式的混合型客户端应用程序。由于电量采集管理系统对实时性要求不高, 可放弃专用的前置机模式, 采用主机管理模式, 负责自动数据采集任务, 以平衡整个负载。采用专用的服务器来管理数据, 负责需费时且占用大量系统资源的数据处理任务。WEB服务器负责数据信息的发布。

3.1 软件平台

操作系统平台选用具有很强的网络通信管理能力, 安全控制性好的操作系统, 采用主流操作系统如UNIX、WINDOWS NT/2000。考虑到电量数据库最终要与其他管理系统共享数据, 因此选用开放性较好的主流商用数据库, 如Sybase、Oracle、MS SQL Server。

3.2 硬件平台

服务器选用UNIX服务器, 如SUN、ALPHA、COMPAQ等, 工作站采用高性能UNIX工作站, 网络设备选用10/100M自适应交换机。

4 结束语

总之, 建立电量采集管理系统应从系统网络化、配置标准化、功能实用化这三个目标出发, 才能建立一套能适应未来电网市场化运作需求的系统。在实际建立系统时, 应按照循序渐进的原则, 先搭建框架, 然后逐步完善。

摘要：不论是发展中国家, 还是发达国家, 它们的发展壮大都离不开一个必要的基础条件, 电力。电力为我们的生活提供源源不绝的动力, 是我们开展一切生活以及生产活动的基础条件。在当今时代由于经济发展速度非常快, 带动人们物质生活水平的提高, 因此在一定程度上对电力的需求也越来越大。基于这种背景环境, 笔者重点的分析介绍了当前环境下和电力息息相关的电量采集工作, 讲述了与其相关的一些具体特征, 目的是为了更好的促进经济的发展进步。

交流电量采集 篇5

关键词：用电信息采集,通道,传输

0 引言

随着智能电网建设工程的不断推进，用电信息采集系统已建设成为全采集、全覆盖全面支撑营销业务的信息系统[1,2,3]，成为国网宁夏电力公司抄表业务、线损统计、数据分析等各项业务应用不可缺少的技术支持和技术保障手段，本文分析了目前网络负载、业务运行状况及存在的问题，并针对问题提出了解决方案。

1 用电信息采集系统概况

国网宁夏电力公司用电信息采集主站采用B/S架构，网络布局采用双机双网，采集系统内部采用私网地址组网。自2010年4月上线已经投运近5年，目前用电信息采集系统已建设成为全采集、全覆盖全面支撑营销业务的信息系统，成为国网宁夏电力公司抄表业务、线损统计、数据分析等各项业务应用不可缺少的技术支持和技术保障手段。随着系统上线及接入采集系统用户的不断增加，采集系统数据应用越来越广泛，在各个信息系统中的重要性日益凸显。

2 项目提出背景

按照公司用电信息采集系统全面深化应用的要求，所有电量数据均由用电信息采集系统采集[4,5,6,7]。在用电信息采集系统承接全部电量采集任务之初，由于通道迁改工作量大，暂由调度数据网实现电厂侧电量数据传输，即所有厂站（含变电站、火力发电厂、水电站、风电厂、光伏电站，下同）侧电量均配置用电信息系统采集设备终端，通过调度数据网先将厂站侧电量数据传输至公司调控中心生产控制大区，然后将数据转发给用电信息采集系统，厂站端用电信息采集接入示意如图1所示，其中公司调控中心调度数据网由公司三、四级通信网承载。

结合目前厂站用电信息采集通过调度数据网进行数据传输的情况，公司调控中心提出主要存在以下问题。

1）给调度生产控制大区带来安全风险。电量采集已不属于控制大区（Ⅱ区）业务，但借用控制大区（Ⅱ区）的传输通道，在其终端操作对于电网运行控制业务安全带来严重影响。

2）给调度数据网增加较高网络负载，影响了调度控制业务的运行。按照调度数据网的接入原则，每个厂站基本按照2 M（带宽）通道进行接入，为了控制调度业务网络资源，对带宽进行隧道和开销划分，承载用电信息系统的隧道按照30%带宽进行限制，用电信息采集系统正常采集的信息量是调度计量系统采集信息的9倍，多站并发传输时占用网络资源巨大，造成调度业务的网络传输效率大幅降低（网络传输延时平均从30 ms突增至280 ms），导致调度控制业务信息和用电信息采集的质量同时下降。若继续接入新站网络时延将更加严重，对调度业务传输的持续性和可靠性带来严重影响。

3）调控中心无法监测电量通道运行情况，不能保证用电信息系统电量信息采集质量。

因此，需将调度数据网中的用电信息采集业务剥离出来，建立专用的用电信息采集业务通道，满足营销业务的信息采集通道需求[8,9]。

3 用电信息采集系统数据采集方式

用电信息采集系统厂站数据采集有2种数据传输方式：一种采用调度数据网通道，数据在公司调控中心生产控制大区（Ⅱ区）采集，数据通过正/反向隔离装置同步到采集系统中；另一种利用Ⅲ区信息网光纤通道，数据在Ⅲ区直接采集。厂站端用电信息采集架构如图2所示。

用电信息采集系统中公网变及专变用户上行通信采用GPRS无线专网，此链路为移动专用APN，有效保证了数据的安全性。绝大部分小区用户采用GPRS无线公网采集信息，少部分光纤覆盖到用户采用光纤通道经过MSTP方式汇聚进行采集。

用电信息采集系统只能单向访问厂站终端，厂站终端无法访问采集主站，并且通过调度数据网采集的通信方式在Ⅱ区与Ⅲ区实现数据传输时增加了正、反向隔离装置，保证数据和网络的安全性，通过Ⅲ区信息网采集厂站数据时主站主动召测终端数据，数据经过防火墙传输至采集前置服务器。

4 用电信息采集系统数据传输方式

目前，用电信息采集系统数据采集数据传输方式有4种：Ⅲ区信息网光纤通道、调度数据网通道、GPRS无线专网通道、各地市公司MSTP光纤通道汇聚[10,11]。

4.1 通过Ⅲ区信息网光纤通道进行传输

目前用电信息采集系统采用信息网通道进行数据传输的有220个变电站，主要有石嘴山供电公司、吴忠供电公司、中卫供电公司、固原供电公司、宁东供电公司所管辖部分变电站。采用信息网传输只有一个主通道，无备用通道。信息网络接入示意如图3所示。

4.2 通过调度数据网通道进行传输

目前采集系统在采用调度数据网通信方式传输的厂站有216个，包括部分110 kV变电站、220 kV以上变电站、火电厂及新能源电厂。采集前置服务器放在调度数据网采集数据，数据通过隔离设备传输至用电采集系统。此种传输方式有一平面和二平面2个独立的通信通道，2个通道中只要有一个通道畅通数据就可采集到。

4.3 通过GPRS无线专网通道进行传输

目前通过GPRS进行采集的终端均为小区终端，原部分采用GPRS方式进行电量采集的厂站已陆续改为通过MSTP或信息内网接入方式。GPRS接入方式如图4所示。

4.4 通过地市公司MSTP光纤通道汇聚进行传输

采集终端通过OLT进入四级电力通信网，汇聚至各地市公司中心站后，上联至三级电力通信网，通过三级电力通信网将数据最终传输至信通公司中心站接入用电采集系统。MSTP接入方式如图5所示。

5 电量信息采集通道调整方案及措施

为了将用电采集业务从调度数据网中剥离，可采用以下调整方案，即原通过调度数据网接入以及新建的厂站均采用MSTP方式接入；对于原通过调度数据网接入的国网宁夏电力公司所辖变电站，可结合变电站资源情况，原则上建议采用信息内网接入方式，如若缺少相应IP地址资源，亦可采用MSTP接入方式。用电采集终端通过MSTP接入如图6所示。

5.1 信息安全防护措施

按照以上方案对电量信息采集通道进行调整后，还需采取以下保障措施。

1）用电信息采集系统在公司信息网络Ⅲ区，如果采用MSTP接入方式，需要进一步明确安全职责、加密认证以及核实安全防护设备状况。

2）在厂站侧安全防护由各电厂负责，保证厂站终端与采集主站安全传输，各电厂间通信符合国网公司信息安全防护要求。

3）在各供电公司四级网业务接入三级网间加装防火墙一套，并启用相应防护策略。

4）在采集主站侧对厂站终端进行MAC地址绑定。厂站与公司签署保密协议，保证该IP仅用于采集终端使用。

5.2 通信通道及接入措施

各厂站均有光传输设备，且设备已经并入公司三、四级通信网，因设备配置比较简单，只能满足2 M传输的要求，而用电信息采集终端需要网口传输，且考虑到距离的问题（网线最多传输距离为100 m），因此厂站侧需要根据不同情况建设相应的光缆、协议转换器（网络转2 M方式）、光电转换器（光信号转换成网络信号），以满足光传输设备传输的要求。

6 结语

本文提出基于用电信息采集系统业务的通道调整方案。在充分评估调度数据网的网络负载现状后，对用电信息采集系统数据采集和传输方式进行分析和比对，最终经过对电量采集数据量的测算，提出电量信息采集通道调整方案及保障措施，该方案在消除调度生产控制大区带来的安全风险的同时，大大降低了调度数据网的网络负载，且实现了对电量信息采集通道运行的监控。

参考文献

[1]夏泽举.用电信息采集系统实用化关键问题及探讨[C]//2011年安徽省智能电网技术论坛论文集,安徽,2011:10-13.

[2]张雷.电力用户用电信息采集系统现状与分析[C]//中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十五届学术年会,2009.

[3]牟颖莹.用电信息采集系统的应用探讨[J].科技创新与应用,2015(30):178.

[4]冯磊,王涛,安金鹏,等.浅谈电力用户用电信息采集系统相关问题[J].中国新通信,2015(22):21-21.

[5]刘少凡,郝思鹏.浅论用电信息采集系统实践应用[J].中国电力企业管理,2015(6):90-91.

[6]孙玮.用电信息采集系统中的常见问题及其对策研究[J].大科技,2014(22):92-93.

[7]林承坦.谈电力用户用电信息采集系统及其应用[J].科技经济市场,2015(2):17.

[8]严婷婷.浅析用电信息采集系统建设中的不足及解决对策[J].城市建设理论研究(电子版),2015(33):84.

[9]杨宁.浙江电力用电信息采集系统的技术研究与深化应用[D].保定:华北电力大学,2015.

[10]王泽鹏,史逸群.用电信息采集系统最优化建设方案的研究[C]//甘肃省电机工程学会2013年学术年会,2013.

交流电量采集 篇6

关键词：电网,电量采集系统

由于每个电厂接线方式不同, 运行方式也不一样, 因此没有一个统一的模式来计算上、下网电量。我们这里可以把电厂分为两类, 一类是无穿越潮流的电厂, 一类是有穿越潮流的电厂。以下对这两类电厂分别进行讨论。

1、无穿越潮流电厂

目前大型火电厂电气的关口设置在电厂和电网的产权分界点, 即L1和L2的出线电厂侧, 1号机和2号机的主变高压侧的电能计量装置为考核关口, 且此电厂不作为其他电厂的枢纽电站, 即不存在穿越潮流。为了简便的表达公式, 做如下规定:

T变压器

A正向有功电量

G发电机

AG机组上网电量

A线路名称拼音缩写电厂通过该线路送出的上网电量

A线路名称拼音缩写电厂通过该线路受入的用网电量

正常运行方式下, 上网电量按照机组主变高压侧正向计量有功电量占所有机组主变高压侧正向计量有功电量之和的比例对上网电量进行分匹。

(单位:千千瓦时)

(单位:千千瓦时)

(单位:千千瓦时)

电厂上网电量=AG1+AG2。其中,

用网电量为电厂启动调试阶段或由于自身原因机组全停时, 电厂通过送出线路从电网反受入的电量。电厂会选择其中一台机组进行启动以便恢复全厂正常运行方式, 此时该机组使用的全部电量均为用网电量, 电网公司应该与该机组所属的结算主体进行用网电量结算。

电厂用网电量= (-AL1) + (-AL 2)

2、存在穿越潮流电厂

在华北电网统调电厂, 有时L1也作为华北区域内A地区与B地区的电力交易通道。这就导致在电厂正常运行方式下L1出线侧出现了反向电量。下面是该电厂4、5月份电量统计报表 (如表1, 2) :

由表中可以看出, L1线路4、5月份都有反向电量产生, 这部分反向电量既包括穿越电量又包括用网电量, 单从表上无法区分穿越电量和用网电量。这就给上网、用网电量的分开结算带来难度。

方案一:在电能表采集系统里利用发电机机头表的采集数据增加对机组停机的判断程序。电能采集系统里每5分钟对装设自动采集器的电能表采集一次底码并自动进行电量的计算, 若机头表在连续的时间内电量为0, 则可以判断这台机发生停机。如果系统判断本结算周期内没有发生全厂停机时, 则无下网电量发生。若发生全厂停机, 结合机头表确定停、启机时间节点、发变组主变高压侧反向电量或者联络变压器、启备变表计计量的有功电量确定下网电量。

例如, 电能采集系统记录在2012年4月10日10点25分全部4台机电量变为0, 在4月11日凌晨1点30分电能采集系统开始记录1号机产生正向有功电量, 因此按照此时间区间在电能采集系统里查得此时间段线路L1反向电量为1235.562千千瓦时 (包括穿越电量) , 1号发变组高压侧电能表计反向有功电量为586.320千千瓦时并网发电, 由此可以确定产生的用网电量为586.320千千瓦时, 并与1号机所属的发电公司结算 (如表3) 。

因全厂停机出现概率极小, 用网电量可以按年累积结算。另外, 因不是所有电厂发电机出口都装设断路器, 有些电厂可能通过联络变压器或者启备变在全厂停机时提供厂用电和启机用电, 因此有的电厂的用网电量需要结合联络变压器和启备变表计来确定用网电量。

方案二:直接把结算关口计量点下移至发电机主变高压侧, 主变高压侧计量的正向有功电量即为上网电量, 反向有功电量即为下网电量, 并增加对联络变压器、启备变的电能量采集。

此时, 只要发变组高压侧产生反向电量即为用网电量, 只要发生全厂停机时联络变和启备变产生的正向有功电量即为下网电量。

3、结语

交流电量采集 篇7

目前的建筑物电量监控系统仍旧采用有线的传输方式，但是有线传输在增减设备的布线灵活性上较差;因此，无线传感技术的应用成为了智能建筑自控系统的一个重要的研究方向。目前出现在市面上的无线传感技术种类繁多，有红外技术、蓝牙技术、GPRS技术和ZigBee技术等[1]。在众多的无线通信技术中，ZigBee因其独特的特点，被广泛地使用在各种工业和民用建筑领域。本文设计将DRF1600系列ZigBee模块使用在大型公共建筑中作为电量传输工具，达到精简布线、降低成本和稳定传输的目的。

2 ZigBee无线技术介绍

ZigBee无线技术是随着通信计算机技术的发展而发展起来的，它以IEEE 802.15.4标准作为基础并扩展IEEE 802.15.4标准协议[2]。作为一种短距离、低速率、低功耗、低成本的无线网络技术[1]，ZigBee的主要特点有能耗低、时间延长较短、网络容量大、传输安全性较高等。一般说来ZigBee是一种短距离的通信方式，其传输距离介于10～100m，但是在增加了RF发射功率后最大范围也可以达到3km。通常情况下，当系统采用低成本和小体积设备时，都可以采用ZigBee无线网络。ZigBee网络硬件主要包括传感器模块、处理器模块和无线通信模块。其网络节点有协调器节点、路由器节点和终端节点三种。ZigBee网络是通过大规模的、冗余的嵌入式设备来提高系统的可靠性和工作能力的。

3 系统设计

基于ZigBee的智能建筑电量监控系统采用统一监测、综合分析的方法，实现对整个建筑物的耗电设备的监测与控制。采集到的数据通过以太网实时传送到上位机数据库，接受统一分析;在上位机层可以利用高级算法进行分析，对可能存在的超负荷用电安全隐患和用电量进行预测或警告。

系统工作流程如图1所示。电量采集监控系统通过现场ZigBee无线传感器网络将数据经网关传至上位机数据库中，上位机软件程序利用系统提供的历史数据和实时数据进行分析，最终由上位机完成远程监控管理。

系统结构如图2所示，图中Zig Bee无线传感器网络覆盖了整个住户区域，数据采集节点布置在各个住户电表箱内。ZigBee网关与以太网交换机连接，通过以太网将数据实时传输到上位机数据库中，为分析提供可靠资源。

以单体建筑物为例，系统网络是一个典型的网状网结构，如图3所示。它的特点包括：网络由一个协调器节点和若干个路由器节点组成;每个节点可以收发、转发数据，网络内任意一个节点都能通信;网络节点加入后可自动获取地址。网状网系统中最多可有9331个节点，可见网络的容量相当的大。由于终端节点可以收发数据但不能转发数据，因此终端节点的使用具有一定的局限性。

系统设计时将每户的电量传感器节点设计为路由器节点，为整栋建筑物设计一个总的协调器节点，路由器节点将采集到的数据通过ZigBee无线传感器网络传输给协调器节点。这样的设计可使整栋建筑的全部节点构成一个网状网结构，传输信息更为便利。

采集电量监控数据设计使用DRF1600ZigBee模块作为无线传输模块[3]，以PK6011智能电参数采集模块作为电量采集模块，利用接口转换器将PK6011模块采集到的RS485接口信号转换成为RS232接口信号(这是因为本系统设计中采用的DRF1600 ZigBee模块只设有RS232接口，其内部射频芯片CC2530只能将RS232接口信号转换为无线信号再通过节点进行点对点信息传输)。ZigBee无线传感器网络通过网关节点将数据传输到上位机软件和数据库中。PK60系列智能电参数采集模块可测量单相和三相电路中的电流、电压和有功功率等数据，其输出为RS485数字信号[4]，此处使用的PK6011只能采集单相电路的用电量，其单相电参数采集模块接线如图4所示。此模块采用Modbus RTU通信协议，此协议中功能码03代表读保持寄存器，可以测量数据;06代表预置单寄存器，可以设置通信地址、波特率、电压电流比;10代表预置多寄存器，可以设置电能底数。

DRF1600 ZigBee模块[3]的射频芯片为CC2530，它使用Zig Bee 2007/PRO协议，集合了Zig Bee的全部特点且带有自身的特点，包括自动组网、简单数据传输等。DRF1600 ZigBee模块内部电路结构如图5所示。通过射频芯片CC2530以及内部转换电路，将有线的RS232接口信号转换为无线的RS232接口信号。该模块中的协调器节点用于创建无线网络，当系统增加子节点时分配地址给子节点。路由节点主要用来转发数据包，当子节点增加时也可分配地址给子节点。

节点软件设计基于Z-Stack协议栈和IAR开发环境，本设计使用的Zig Bee模块配置软件为Zig Bee Module Configure V4.1，在使用该软件时只需设置PIN ID和波特率即可。

4 labVIEW上位软件设计

使用美国NI公司开发的虚拟软件labVIEW作为上位机软件[5]，通过labVIEW图形程序建立上位机监控界面，使得数据可以实时、直观地显示在上位机中，再通过编写数据存储程序，利用JAVA语言建立网络数据库，使大量的数据可以得到记录和保存，以便于查询和分析。图6和图7分别为路由器节点流程和协调器节点流程。通过两个节点流程的设计实现无线网络的信息发送和接收。

由于labVIEW软件可以将C语言程序直接编写在其程序中，因此可以通过在labVIEW中编写神经网络预测程序或其他高级程序，对大型公共建筑一个季度的历史电量情况进行统计并预测出下一个季度的用电情况，做出合理的分配。对于大型公共建筑中的较大能耗设备，如中央空调，则可以通过ZigBee无线网络完成底层设备与上位机的数据传输，并通过上位机的计量与分析做出对耗能设备的用电量指导。对单个住户而言，则可以通过ZigBee无线传输便利地统计其用电情况，而用户也可以通过以太网便利地查询自己的用电情况。

5 结束语

无线Zig Bee技术是一种便利的低成本、高安全性的信号传输技术。对于大型公共建筑而言，用户的需求是多样的，要实现方便的监督和管理控制，建立无线Zig Bee网络是一种切实高效的途径。但是，无线Zig Bee技术当前还存在一定的问题，比如它对物理环境的要求较高，在信号传输过程中会受到一定的影响;因此无线Zig Bee技术的发展任重而道远，对无线Zig Bee网络的应用也具有众多的挑战。

参考文献

[1]王佳, 于军琪.浅谈无线通信技术在智能建筑能耗数据采集中的应用[J].技术平台, 2008, 7 (95) :38-41.

[2]李战明, 李泉, 殷培峰.基于ZigBee的车间环境监测系统的设计[J].工矿自动化, 2010, 9 (9) :12-14.

[3]深圳市鼎泰克电子有限公司ZigBee模块用户手册.

[4]上海预信测控技术有限公司PK6011智能电参数采集模块用户手册.

[5]李栋, 秦宁宁, 徐保国.基于无线传感器网络的嵌入式温度监控系统[J].仪表技术与传感器, 2009 (5) :41-42.

[6]吕琨, 任庆昌, 严秀英.基于ZigBee的VAV空调系统变静压控制[J].现代建筑电气, 2010 (5) :6-9.