电力实时监测体系研究范文

0引言

为保证电网的安全运行和了解电网运行的状况，需要对电网的各种运行参数进行实时监测，并能根据需要及时地将各种测量参数送往调度监控中心，这就需要有一个对整体供电网络数据指标进行监测的系统。其中对数据的采集、处理以及数据的统一管理就成为整个系统的关键所在。毛沈朋h.nulr犯nts公司的n鹉320C32是一种32位浮点型的DSP，它具有强大的浮点计算能力，其处理能力可达印M日D巧和30MllS。系统将其作为前端数据处理的核心CPtl以提高系统的效能，对进一步提高电网的自动化水平和供电的安全可靠性，增加电网的经济效益都将具有十分重要的意义。在此基础上将USB接口技术运用于前端一级服务器的通信接口将大大提高设备的运行效率与兼容性。系统在一级服务器与系统服务器之间所采用的TCP/IP协议将可以使数据传输的准确性大大提高。

1系统设计

整个系统的设计框图如图1所示。

2前端数据处理装置硬件设计

充分发挥了D6P强大的运算能力。因为D6P具有单周期乘法指令，使得在软件编程时对算法没有太苛刻的要求，编程者的注意力更多地集中在提高计算结果的精度上;同时也使得在高频率采样数据的基础上，可以同时计算出多种电气参数，装!功能大为增加，性能价格比也远远高于同类装工。通常情况下，装工以每周波32点采样，通过傅立叶变换，可以得到0一15次分t的实部、虚部及模值，然后计算出各电气t:(l)电压电流相t;(2)功率及功率因数;(3)总谐波崎变率竹亿;(4)能t。在获得了多种电气t实时值的基础上，可以使该装置具有以下主要功能:(l)可测出一回线路的所有三相交流电t:相电压、线电压、相电流、相电压nm、相电流n刃、有功功率、无功功率、视在功率、电度及频率等;(2)可以以一秒一次的刷新速度记录所有电t的最大/最小值;(3)可根据用户选择的电t类型、电t个数以及时间长度定时记录多组电t值;(4)可根据用户要求实现自动抄表和分时计费的功能;(5)可根据记录的多个时间段的电t值自动绘制负荷曲线;(6)可对采样值进2一巧次谐波分析，另外还可以每周波128点的速度记录采样数据，以供进行高达63次的谐波分析;(7)可根据用户设定的定值启动录波功能，记录多个周波的采样数据。

3通倍接口设备设计

图1蛛合智能型电力实时监浏系统框图式，这样才能区分数据位的含义，保障正常的可靠通信。通信接口的设计是一级服务器同D6P间通信协议的设计。通信协议是通信双方相互约定的规章制度，有了完善的通信协议，数据才能实现最小差错率的高效传愉。一级服务器接收刃6P控制板发来的数据，不裕要进行回应，只要判断数据祯的正确性即可，包括数据长度的正确性、数据校验和的正确性、数据顿格式的正确性等，如果数据祯正确则接收，否则丢弃。D6P控制板向一级服务器发送数据帧的速率较低(控制为父皿江顿)，一级服务器不必考虑数据拥塞的情况。

3.1数据帧格式

数据帧格式是通信协议的重要组成部分。并行通信与串行通信不同，它可以通过控制线来区分数据类型，而串行通信则需要定义一定的帧格本系统所采用的是面向比特的同步通信协议，在面向比特的协议中最具代表性的是IBM的同步数据链路控制(SDu万，匆加坛仪川明D川LaUnkO川廿d)规程，国际标准化组织的高级数据链路控制(】刃LC，场gh肠velDataUnkC.1喊)规程，美国国家标准协议的先进数据通信控制规程(龙冗CP，九面以曰记D翻巨众脚皿而以面闻O翔加lh切ed眼)。这些协议的特点是所传输的一帧数据可以是任愈比特，而且它是靠约定的比特组合模式，而不是靠特定字符来标志祯的开始和结束，故称为“面向比特”的协议。这样的通信协议正好符合本系统数据长度可控制的要求，从实际的效果来看也是达到了系统的设计要求。面向比特通信协议的帧格式通常由五个部分组成:标志位、地址位、控制位、数据信息位、帧校。

3.2USB接口的编程与实现

Fl习UZXXAM设备是用于UsB接口与申口进行转换的芯片，它是由英国未来科技通讯设备有限公司(Fu姗Techi铂1卿跳朽cesIntem如佃目加)提供的。有了这个接口芯片，在软件的编程上就显得方便了许多。n名UZ刃口傲自身带有专门设计的软件开发包们心ZXX.DLL，可以用于多种类型应用程序的开发，例如多用户应用程序、工业自动化应用程序、办公自动化应用程序、基于代的机械系统等，在使用上十分方便。在本系统中就选用了F玲UZXXAM，实用效果良好。

3.2.1串口通信模型

根据设计要求，串口通信主要有以下几个功能模块:串口的开启与初始化;设备扫描与激活;串口收发;设备复位;串口关闭。a.串口的开启与初始化USB口在使用之前首先要开启。传统的W的为wsAPI中，使用C找班teFile来完成这一步骤。r任左xx.D毯函数库中可以使用件q卿n来完成。在UsB成功开启后，要设置其波特率、奇偶校验等初始化值。如果USB未正确安装或者驱动程序未正确安装，则由USB口会开启失败(本地USB口一般不会出现这种情况)。如果USB不能正确工作，则整个系统就不能工作，所以此时将提示用户检测串口卡及其驱动的安装情况，并建议退出系统。特殊情况下也可以不退出系统，而使用本地申口带动部分设备运行，但是这时某些功能无法实现。b.设备扫描与激活由于每个一级服务器设计有四个USB口，并且每个设备的设计要求都是相互兼容可以随机连接。原本可以通过限定某台设备必须连接于某个UsB口上来确定USB口与设备的对应关系。但是如此之多的接口会使用户拆装设备时的工作十分繁琐，无论对于设备本身的易操作性还是对于可靠性的要求都不能达标。解决方案显而易见，就是自动识别USB所连接的设备。这可以在系统启动的时候通过扫描每一个USB口来实现。不同的设备具有不同的地址字，扫描过程中，一级服务器依次向每一个UsB口发送查询指令(QUERY)。设备接收到查询指令后，返回包含自身设备地址的响应信号。一级服务器将当前USB口对应的设备类型保存在一个内部的数组中。如果超时未收到设备的响应信号，则相应的数组成员标记为0，即没有连接任何设备。为了确定是否所有的设备都已经连接好，扫描结束后，还要检查设备数组。如果发现有设备未查询到，则弹出提示询问用户下一步的操作(重新扫描、忽略未连接设备或退出系统)。一级服务器发出的查询信号还有另外一项功能，就是激活设备，使其结束待机状态开始发送数据。设备在接收到查询信号以前，总是处于待机状态，这种状态下不会发送和接收任何数据(查询指令除外)。这是合理的，因为在系统没有运作时，设备发送的数据没有任何意义。而系统启动完毕后要求正常的数据交互开始进行，所以各设备要在查询阶段结束等待状态并开始收发数据。。.串口收发数据的交互就依靠这个模块进行。需要注惫的是接收超时问题。硬件设备在连续发送状态数据时，大约50毫秒发送一帧数据。这就要求一级服务器的接收超时要小于50毫秒，否则可能会接收到超过一个正常帧的数据。可以设计接收函数使其能够通过识别帧头帧尾来提取完整帧，但是其后的帧则不可避免的丢失了。而且这种丢失是具有传递性的，可能引起大t的数据丢失。同时接收超时也不能设置太小。如果太小了则有可能在一帧数据接收完整前返回，这样接收函数将得不到有用的数据，通信无法进行。必须设里合理的接收超时，以尽量保证通信的可靠性。适当的超时值的选取与软、硬件系统的计算速度和计算t有关，没有已知的公式可用，只能通过多次实验来获取最佳取值。d.设备复位设备的复位是相对于b中所讲的设备激活而言的。在系统运行结束时和某些特定情况下，系统要求全部或部分设备进人待机状态，设备复位就是实现这一功能。唤醒被复位的设备可以通过重新发送查询指令来实现。e.UsB口关闭在系统退出的时候，要关闭USB设备。与串口的开启一样，这一过程也可以简单的用一个循环完成。在USB关闭之前务必要向所有的设备发送复位信号，否则设备在一级服务器软件系统退出后仍不会停止发送数据和等待响应，除非使用硬件开关手工复位或者设备重新启动。USB的关闭不仅仅在系统退出的时候才用到。在任何与USB有关的异常情况下，都有可能关闭它。例如USB检测失败，初始化失败，设备检测失败等。

3.2.2阮.n口开发

门习ZXX.DLL动态链接库是n习UZXXAM设备软件开发包中自带的函数库，它封装了多串口卡操作的所有API函数，是对n习UZ兀口傲设备编程的基础。包括:①开启某UsB设备。②设置UsB初始化值。③从输人缓冲区读取数据。④从某一USB口发送数据。⑤刷新输人/输出缓冲区。⑥有数据到来的响应。⑦关闭设备。这些API完成了串口通信的基本操作，本系统中用到的主要也是这些函数。段翔n.dn便是基于Fn犯XX.DLL开发的动态链接库，是对F几犯XX.DLLAPI的二次封装，专门用于一级服务器中。由以上的叙述可知，们mZXX.DLL中已经提供了完备的函数来完成所需要的操作，设计中直接使用这些函数就可以完成申口的通信，无需额外的系统开销。事实也的确如此。然而有一点问题却是不得不去注意的，那就是系统设计时，源代码的维护与改进间题。程序设计阶段，源代码的规模与其易维护性与易扩展性是成反比的。虽然可以直接在一级服务器的源代码中直接加人对们旧ZXXAPI的调用，但是一级服务器已经如此的复杂，以至于调试时想从众多的代码中找出所有与r任左XX相关的语句都不是件容易的事情。大型程序各项功能的模块化是增强维护性与扩展性的有效方式。反期刀利用们旧2双中提供的API实现本系统通信所需的各项操作，并封装于新的API中。如此则软硬件的接口对于硬件设备和一级服务器软件系统二者来说都是“透明”的了，系统更新时甚至只需要更换一个新版本的跳叨1就可以了，这大大方便了代码的维护和设备的扩展。在段翔n中对应于前面所述的串口通信模型，共提供了5套接口，9个APIs.

4基于TCP/IP、服务器、客户端的网络通信管理模块

在解决了前端数据的采集、处理与量化分析后，将所得结果用尸代P/IP协议将其传送至系统服务器并由系统服务器对数据进行统一管理监测。这样使用者可在全球任一点对本系统所辖的电力网络进行监侧。当然这种访问权限是需经过系统管理员确认的。所实现功能应包括:前端数据的可靠传输;访问权限控制;系统对数据的实时更新;系统可靠性设计。5结束语由于综合智能型电力实时监侧系统前端装!采用了32位浮点型的高速D6P芯片，使其具有对各种电气参量进行实时高精度测t的能力，同时由于以强大的USB通信传输作为支持，并且对动态连接库进行了二次开发，使其有极强的可维护性，在实现了服务器、客户端的软件开发后就更加便利了使用者对整个电力网络的管理。所以它非常适合作为电力系统预普与管理的核心架构。