隨著客戶對電能質量要求的逐步提高，傳統(tǒng)的電力網絡難以滿足發(fā)展要求。為此，提出發(fā)展“全覆蓋、全采集、全預付費”智能電網的設想，以實現傳統(tǒng)電網的升級。電力用戶用電信息采集系統(tǒng)——智能電網管理終端，是一種集計算機、通信、用電及計量技術于一體的智能抄表設備，它具有抄收速度快、計算精度高、抄表實時性好、集成度高、可靠性好、結構簡潔、安裝使用方便等突出的優(yōu)點，可直接與營業(yè)計算機聯(lián)網，對電力用戶進行數據采集計算及控制管理。電能計量自動抄表系統(tǒng)實現了從電能數據采集、傳輸到處理的自動化，采用自動抄表可以緩解抄表人員的勞動強度，降低人為因素造成的抄表誤差，并能迅速統(tǒng)計低壓時線損，降低用電成本，同時對加強用電管理，防止國家電力資源流失，對推進電能管理現代化具有積極意義。
1 系統(tǒng)組成及工作原理
基于GPRS的負荷控制管理系統(tǒng)，以公共GPRS移動通信網絡為載體，輔以現場RS485總線等通訊方式，將變電站、大用戶、公用配變、居民戶等為主要控制管理對象，實現從變電站到供電線路再到電力用戶的綜合供用電監(jiān)測、控制和管理。其工作流程如圖1所示。
電力負荷" p="" src="http://files.chinaaet.com/images/2012/05/11/634de6da-3902-43c9-bad6-aae8045bdd01.jpg" title="電力負荷" />
1．1 電力負荷管理終端系統(tǒng)組成
終端主要由5部分組成：電源單元、處理單元、通信單元和GPRS單元，其系統(tǒng)組成原理框圖如圖2所示。
ARM9和嵌入式Linux的電力負荷終端系統(tǒng)設計" src="http://files.chinaaet.com/images/2012/05/11/557c95b0-f354-42f6-9b42-d040824403fc.jpg" />
1．2 系統(tǒng)設計方案
采用美國Atmel公司生產的AT91SAM9260CU ARM9 CPU芯片為核心硬件架構搭建系統(tǒng)硬件電路。
傳統(tǒng)的低端嵌入式單片機或多片單片機聯(lián)合控制(MCU)作為核心控制器件，實現對智能化、多任務的管理終端控制已不能滿足需要。特別在實現數據上傳、電表數據抄錄、GPRS通信控制、485通信控制、負載控制、大規(guī)模數據存儲等多任務并行方面，傳統(tǒng)的單片機已不適用。原因是：(1)采用低端嵌入式單片機ARM7為采集終端的核心控制器件，可以實現程序的實時性，但其資源相對有限，在數據存儲和管理、實現USB控制和以太網控制等方面不理想。(2)采用多片單片機聯(lián)合形式實現如上要求的控制，其性能比采用低端嵌入式計算機ARM7還差，僅將多個任務分解，每單個任務由相應的一塊單片機完成，這給每塊單片機間的協(xié)調性帶來壓力，處理不好時程序運行很不穩(wěn)定，難以實現程序的實時性。
ARM9系列微處理器在高性能和低功耗方面提供最佳性能。具有以下特點：(1)5級整數流水線，指令執(zhí)行效率更高。(2)提供1.1MIPS／M Hz 的哈弗結構。(3)支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。(4)支持32位的高速AMBA總線接口。(5)全性能的MMU，支持WindowsCE、Lin ux、Palm OS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)。(6)MPU支持實時操作系統(tǒng)。(7)支持數據Csche，具有更高的指令和數據處理能力。
采用美國Enfora公司的ENFORA0306-GPRS模塊作為數據上傳核心部件，完成主站軟件的各項操作。與傳統(tǒng)通信方式相比，基于GPRS的無線數據傳輸有如下優(yōu)點：(1)成本低廉。(2)建設工程周期短。(3)適應性強。(4)擴展性好。(5)設備維護方便。采用與GSM同樣的無線調制標準、同樣的頻帶以及同樣的TDMA(時分多址)幀結構。因此，現有的基站子系統(tǒng)(BSS)可以提供全面的GPRS覆蓋。GPRS引入的分組交換傳輸模式，使原來采用電路交換模式的GSM傳輸數據方式發(fā)生了根本變化，這在無線資源稀缺的情況下顯得尤為重要。按電路交換模式而言，在整個連接期內，用戶無論是否傳送數據都將獨占無線信道。而對分組交換模式，用戶只有在發(fā)送或接收期內才占用資源，這意味著多個用戶可以高效共享同一無線信道，提高了資源利用率。GPRS用戶計費以通信的數據量為主要依據，其連接時間可能長達數小時，卻只需支付相對低廉的連接費用，從而提供一種高效、低成本的無線分組數據業(yè)務。因此這種數據傳輸方式特別適用于簡短的、突發(fā)性的或頻繁的、少量的數據傳輸，也適用于偶爾大量的數據傳輸方式。
采用RS485實現電表的數據抄錄、電表的用電信息、實時監(jiān)測電表的瞬時參數以及校時、結算日設置功能等。RS-485支持一點對多點的通信，允許在電路中有多個發(fā)送器，且允許一個發(fā)送器驅動多個負載設備，負載設備可以是被動發(fā)送器、接收器或收發(fā)器的組合單元便于組網；通信距離能夠滿足系統(tǒng)的設計要求。所以系統(tǒng)選擇半雙工的RS-485通信標準。終端機與集中器之間通過RS-485總線進行數據傳輸，采集器通過屏蔽雙絞線采集用戶各種遠傳能耗基表的信息，并進行換算和存儲；采集器對電量的采集可以直接通過電表上的RS-485接口接收用戶的電量信息，也可以通過采集器上的紅外接口，利用專用的紅外抄表器對采集器進行各種能耗信息的讀取。
軟件環(huán)境采用2．6．20版本的嵌入式Linux操作系統(tǒng)，為系統(tǒng)應用軟件提供良好的運行空間。Linux2．6內核中，引入很多有利于嵌入式應用的功能。這些新功能包括實時性能的增強、方便的移植性、支持高檔電源管理和I／O系統(tǒng)的改進等。這些改進使2．6的性能在對比2．4內核有著相當大的優(yōu)勢，尤其是對嵌入式設備而言，無論從運行效率還是設備管理都有較大提升，能更好地處理多任務滿足終端的控制要求。
智能電網管理終端從硬件和軟件兩方面做防干擾可靠性設計，在保證功能的同時，盡可能地降低終端的故障率。
2 終端具備的基本功能
(1)計量數據采集功能。
1)交流采樣功能，測控管理終端具備交流采樣模塊，可以采集并計算三相電壓、電流、功率、需量、有無功電量等。
2)抄表功能，抄讀電能表的正反有功電量、四象限無功電量、電壓、電流、有功功率及無功功率，凍結電量等。
(2)控制功能。
1)電力負荷控制功能，強大的負荷控制功能，可對用戶進行功控、電控等多種超預定負荷及避峰等拉閘控制，終端提供四輪控制，有四路遙信接口。
2)數據抄讀及存儲功能，終端可以抄讀和存儲不同的數據。
3)用電異常檢測及報警功能，終端實時對電力測控進行監(jiān)測，支持對電表狀態(tài)、終端狀態(tài)、計量回路狀態(tài)以及各種處理分析的異常報警。
4)通信功能，終端與主站的通信支持《電力負荷管理系統(tǒng)數據傳輸規(guī)約-2004》，支持GPRS／CDMA，并且有本地維護接口。
時鐘管理：時鐘誤差≤0．12 s·h-1，時鐘保持>10年。
5)遠程升級，終端支持遠程在線升級功能。
(3)其他功能。
1)軟件遠程下載，終端軟件可通過遠程通信信道實現在線軟件下載。
2)斷點續(xù)傳，終端進行遠程軟件下載時，終端軟件具有斷點續(xù)傳能力。
3)終端版本信息，終端能通過本地顯示或遠程召測查詢終端版本信息。
4)通信流量統(tǒng)計，終端能統(tǒng)計與主站的通信流量。
3 軟件設計
4 結束語
電力負荷控制終端是利用當代計算機技術，數字通訊技術與計量技術的完美結合，集能耗計量、數據采集、數據處理于一體。數據傳輸方面采用GPRS無線數字通信技術，遠程抄表與監(jiān)控系統(tǒng)在抗干擾性和避免死機方面采用看門狗電路技術保證了數據傳輸的穩(wěn)定性、準確性和實時性。
該系統(tǒng)的運用是電力辦公自動化的發(fā)展趨勢，借助RS-485串口通信，建立了智能遠程抄表系統(tǒng)，實現遠程自動抄表，可減少抄表和相關員工數及開支，降低員工勞動強度，提高工作效率。該系統(tǒng)的計量準確無誤，實時監(jiān)測可減少由于用戶違章用電等造成的電量損失，故該系統(tǒng)的應用將有效地降低供電網絡運行成本。