隨著計算機技術的發(fā)展、生產(chǎn)過程自動化水平的提高，用戶對電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的要求越來越高，對供電系統(tǒng)的監(jiān)控和管理已成為保障企業(yè)生產(chǎn)、居民生活的重要因素。減少故障停電時間及次數(shù)，確保供電的可靠性、實時監(jiān)測電網(wǎng)參數(shù)、改善電網(wǎng)質量，是供電系統(tǒng)自動化的主要任務。但由于早期的電力監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡特性差，在整個電力網(wǎng)絡中系統(tǒng)之間難以完成電力數(shù)據(jù)的通信，從而影響到整個電網(wǎng)的質量檢測及優(yōu)
化控制。
針對以上問題，本文研發(fā)了一套電網(wǎng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)，以適應對電力質量管理的新的需求。本系統(tǒng)可實現(xiàn)對電網(wǎng)參數(shù)的主動測量、分析、自動存儲等功能，通過Internet光纖環(huán)網(wǎng)將電網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送到調度室的監(jiān)控主機，工作人員可以對遠程設備的運行狀況進行及時、準確的監(jiān)控，對其故障先兆做出判斷和預測，采取有效措施解決問題，保證大型機組安全運行，防止惡性事故的發(fā)生，避免了定期檢修引起的生
產(chǎn)停頓，起到預防和消除故障的作用，提高設備運行的可靠性、安全性和有效性。
1 電網(wǎng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)的總體架構設計
本文所設計的電網(wǎng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控主機、電網(wǎng)監(jiān)測儀、光端交換機及光纖環(huán)網(wǎng)組成。監(jiān)控主機可以通過光纖環(huán)網(wǎng)對多個電網(wǎng)監(jiān)測儀進行監(jiān)控，電網(wǎng)監(jiān)測儀可以自動識別、儲存并顯示電網(wǎng)電壓、電流、頻率及功率等參數(shù)，通過光纖環(huán)網(wǎng)傳送至監(jiān)控主機。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸介質選用的是單模光纖，相比傳統(tǒng)的串口總線RS232／RS485、CAN、非屏蔽雙絞線UTP，光纖通訊具有傳輸距離遠、數(shù)據(jù)吞吐量大、可擴展性強等諸多優(yōu)點，非常適合遠距離通訊的特點。圖1為電網(wǎng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)的結構圖。
2 電網(wǎng)監(jiān)測儀的設計
電網(wǎng)監(jiān)測儀采用NXP公司的LPC2131作為主控芯片，LPC2131是基于一個實時仿真和嵌入式跟蹤的32／16位ARM7TDMI-STMCPU的微控制器，并帶有32KB的嵌入高速FLASH存儲器，含有1個10位8路A／D轉換器及內部實時時鐘?？梢詫﹄娋W(wǎng)電壓、電流、頻率及功率等參數(shù)進行監(jiān)測、顯示及儲存，并通過TCP／IP協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機。圖2為電網(wǎng)監(jiān)測儀的系統(tǒng)框圖。
2．1 電壓電流檢測
在電壓電流信號檢測中，本系統(tǒng)采用直流采樣法，需采集U、V、W三相電壓以及四相電流信號(含零線電流)，圖3中PT1為電流型電壓互感器，A相輸入電壓經(jīng)限流電阻R1使PT1初級的額定電流為2．2 mA，次級會產(chǎn)生一個相同的電流。通過運算放大器(LF353)，調節(jié)反饋電阻R2的值，即可在輸出端得到所需的電壓輸出。
圖4中CT1為精密電流互感器CTY205A，輸入端為額定電流5 A時，次級將產(chǎn)生2．5 mA的電流。通過運算放大器(LF353)，調節(jié)反饋電阻船的值，即可在輸出端得到所需的電流輸出。
2．2 頻率跟蹤電路設計
頻率跟蹤電路的主要作用是保持與電網(wǎng)電壓的同步關系，避免頻譜泄露現(xiàn)象。相電壓經(jīng)過變壓器降壓，通過兩個二極管D1、D2，再送入放大器，將正弦信號轉換為方波信號。電阻R7起到的作用是產(chǎn)生一個正反饋，加速放大器的跳變過程，得到更加精確的同步信號。圖5即為頻率跟蹤電路。
2．3 網(wǎng)絡模塊
網(wǎng)絡模塊采用Realtek公司的RTL8019AS以太網(wǎng)控制器，RTL8019AS具有32位輸入輸出地址，地址偏移量為00H-1FH，要接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包則需要通過DMA讀寫RTL8019AS內部的16KB RAM，RTL8019AS使用跳線模式、IO方式讀寫。首先給RTL8019的NE2000兼容的各個寄存器分配PCS0引腳，IO地址為00H-FFH，即把CPU的A0-A4連接到RTL8019的A1-A5，RTL8019AS默認的IO地址為300H-3FFH，因此，將RTL8019AS的SA19-SA10和SA7-SA5接地，SA9、SA8接VCC。電路設計完成后，通過MAC引擎以及ISA總線即可與LPC2131進行數(shù)據(jù)交互，圖6為RTL8019AS與LPC2131的接口電路圖。
2．4 液晶顯示
液晶顯示器采用CM12864型LCD，液晶模塊經(jīng)數(shù)據(jù)總線接收LPC2131發(fā)送的指令和數(shù)據(jù)，存入內部的數(shù)據(jù)存儲器中，從而實現(xiàn)所需信息的顯示。為了獲得友好的界面和便捷的使用，液晶顯示采用漢字顯示方式，從字模軟件中獲取漢字代碼，再將每個漢字的代碼記錄在CAT1025中，在使用時跳去。由于LPC2131大多GPIO是復用口，需要在使用前對L／O口進行設置。圖7為LPC2131與CM12864的連接框圖。
3 電網(wǎng)遠程監(jiān)控的實現(xiàn)
本文所設計的電網(wǎng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)采用客戶一服務器分布式網(wǎng)絡接口，遠程監(jiān)控主機(服務器端)通過Internet連接到電網(wǎng)監(jiān)測儀(客戶端)，實現(xiàn)電網(wǎng)的遠程監(jiān)控。
3．1 客戶／服務器機制
針對電網(wǎng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)的特點，將電網(wǎng)監(jiān)測儀設置為客戶端，遠程監(jiān)控主機設置為服務器端。服務器端24小時不問斷地監(jiān)聽來自客戶端的連接請求，建立連接后進行TCP數(shù)據(jù)傳輸。圖8為基于TCP協(xié)議的客戶／服務器機制。
客戶端首先申請?zhí)捉幼执蜷_通信信道，并連接到服務器所在主機保留的端口，該端口對應服務器的TCP進程；隨后向服務器發(fā)出請求報文并等待接收應答；最后從服務器收到最終應答結果，或在不再請求時關閉信道并終止客戶端進程。
服務器端首先申請?zhí)捉幼执蜷_通信通道，通知本地主機在某一保留端口接受客戶端請求；一旦接收到客戶端的請求，便啟動新進程處理用戶請求，同時釋放舊進程以響應新的客戶請求，一旦服務完成，便關閉新進程與客戶的通信鏈路；如果不想響應客戶端的請求，則關閉服務器進程。
3．2 實時監(jiān)控系統(tǒng)
遠程監(jiān)控主機(服務器端)的網(wǎng)絡通訊程序采用VB編寫，使用MFC Winsock類添加網(wǎng)絡通信能力。遠程監(jiān)控主機的IP地址為192．168． 1．100，監(jiān)控程序端口號8000，所有網(wǎng)絡上的電網(wǎng)監(jiān)測儀都與該服務器監(jiān)控程序建立連接，傳輸數(shù)據(jù)。此時監(jiān)控程序的運行狀態(tài)為監(jiān)聽連接，等待各個電網(wǎng)監(jiān)測儀(客戶端)設備的連接請求。當某個電網(wǎng)監(jiān)測儀與服務器端監(jiān)控程序建立連接之后，就開始進行傳輸數(shù)據(jù)。
3．3 歷史數(shù)據(jù)查詢
若服務器端要求獲得電網(wǎng)的實時參數(shù)，客戶端在上傳實時數(shù)據(jù)時將數(shù)據(jù)存儲到客戶端的數(shù)據(jù)庫，同時服務器端將接收到的數(shù)據(jù)存放在自己的數(shù)據(jù)庫中，形成歷史數(shù)據(jù)庫，供查詢、決策參考及故障分析。
遠程監(jiān)控系統(tǒng)的SQL Server數(shù)據(jù)庫采用ADO API技術，用ADO的Connection對象實現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫的連接，用Recordset對象實現(xiàn)對數(shù)據(jù)記錄的訪問，用Command對象來實現(xiàn)SQL查詢，用Error對象控制數(shù)據(jù)交換時發(fā)生的錯誤。
數(shù)據(jù)庫查詢是在用戶條件的基礎上從數(shù)據(jù)庫中返回相應的結果，因此需要在查詢中包含變量或控件的值。其功能主要是從電網(wǎng)參數(shù)表中查詢兩個時間段之間的電網(wǎng)整點參數(shù)。圖9為查詢數(shù)據(jù)庫的流程圖。
3．4 電網(wǎng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)的調試
本文所設計的電網(wǎng)監(jiān)測儀在四川省達州電業(yè)局經(jīng)過反復測試，效果良好，該系統(tǒng)能夠及時的檢測并發(fā)送電壓、電流、功率及頻率等參數(shù)給監(jiān)控主機。監(jiān)控主機顯示的數(shù)據(jù)對比現(xiàn)場測量的數(shù)據(jù)誤差在5％以內，各項參數(shù)的測試都比較準確。表1為系統(tǒng)測試的其中一組數(shù)據(jù)。
4 結論
隨著現(xiàn)代化電網(wǎng)的高速發(fā)展，電網(wǎng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)將發(fā)揮越來越重要的作用。本文自行設計的電網(wǎng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過大量實驗和反復調試，該監(jiān)控系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，能夠滿足現(xiàn)場需要，使用方便，可以有效地提高控制和管理水平，同時也為現(xiàn)有的電網(wǎng)參數(shù)監(jiān)控設備提供了一種設計方法，以便相關電力工作者參考與借鑒。