智能化電力儀表遠程監控系統設計

張興超，王 陸

（昆明理工大學津橋學院電氣與信息工程學院，云南昆明 650106）

0 引言

電力系統自動化程度的提高使得“智能電網”被逐漸運用于電力系統中解決電能使用的諸多問題。作為智能電網末端的監測單元，智能電力儀表主要用于采集電壓、電流、頻率、相位、功率和電能等電力基礎信息，以提高電力資源的利用率。當前大規模集成電路的廣泛應用，使得電力儀表已從簡單的零部件發展到了集多種功能于一體的集成部件型式。電力行業對其豐富的功能性要求也賦予了電力儀表更多的職能。

隨著各種用電設備的急劇增加，電力系統的整體規模逐漸變大、結構更為復雜，電力部門及用戶對電力網絡監控系統也提出了更為嚴格的功能要求。比如，電能的均衡有效利用、電量信息的遠程實時監控、遠程抄表及電費自動結算等。而傳統電力儀表大都存在硬件結構復雜、功能較為單一、測量精度低以及缺乏遠程通信功能等問題；嚴重影響了電力儀表遠程監控系統的監測效果，制約了智能電網的發展。

鑒于此，提出一種基于嵌入式技術的智能化電力儀表遠程監控系統設計方案。該系統主要由多功能電力儀表、無線傳感器節點、以太網控制模塊、自動校準軟件及遠程監控中心等組成。可以滿足智能電力儀表多功能、智能化和網絡化的要求，具有一定的可行性，便于工程實現。

1 電力儀表遠程監控系統整體概況

分析當前多功能電力儀表的發展現狀及市場需求，結合其技術要求與可行性，所設計的智能化電力儀表遠程監控系統包括以下功能：①具備電力儀表的基本功能、可選擇的接線方式，且精度較高；②主機具備報警功能、能夠對從機進行綜合管理，其監控設備配有備用電源；③可實現主機分時段存儲從機累積電能，也可以用戶單獨累計測量電能；④具有完整的通信功能，能夠滿足遠程抄表及電費自動結算的需要[1]。系統的整體結構如圖1所示。

2 電力儀表遠程監控系統硬件結構

根據智能化電力儀表遠程監控系統的整體組成概況，結合其功能需求；該系統應能夠對電力設備的信息進行實時采集和監控，并將采集數據通過以太網發送至遠程監控中心，以便系統分析處理后對電力設備的運行狀態進行合理的判斷和控制。利用模塊化的開發方式設計的系統硬件結構主要包括無線傳感器節點、基站和遠程監控中心等3部分[2-3]。

無線傳感器節點由多功能電力儀表和微型無線傳感裝置組成，用于數據的采集及校正。其硬件結構如圖2所示。多功能電力儀表是基于STM32+ATT7022E開發的智能化三相電力儀表，可實現電壓、電流、頻率、相位、功率和電能等電力基礎信息的采集和處理，具有結構簡單、測量精度高、功耗低的特點。微型無線傳感裝置包含微型傳感器和無線信號收發模塊，可實現與基站間的電力參量無線傳輸。

圖1 系統整體結構

圖2 無線傳感器節點硬件結構

基站由無線傳感器匯聚節點、以太網控制模塊和電力儀表自動校準軟件組成。基站接收到無線傳感器節點發送的電力信息后；首先對采集數據初步處理；再利用自動校準軟件進行誤差計算，以實現數據的有效域校正；最后將校正指令自動發回現場多功能電力儀表，達到消除運行誤差的目的；與此同時，通過以太網控制模塊將數據發送至遠程監控中心進行顯示，完成遠程監控任務。

遠程監控中心配有專用服務器，內置大型數據庫。具有運行數據的實時監測，電量信息的越限報警，故障數據的存儲，歷史曲線和專家報表的查詢等功能。既可以人工手動遠程控制，也可以自動決策進行故障的遠程處理。

3 無線傳感器節點的軟件功能

智能化電力儀表遠程監控系統的軟件功能由無線傳感器節點程序、以太網通信程序、儀表自動校準程序及遠程監控程序等若干子程序組成。其中無線傳感器節點由多功能電力儀表和微型無線傳感裝置構成，是整個系統功能實現的基礎。利用μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系統，結合C語言和循環體+中斷的軟件結構對其功能程序進行設計。無線傳感器節點軟件功能如圖3所示。

圖3 無線傳感器節點軟件功能

4 結語

電力工業的飛速發展使得各種用電設備急劇增加，電力系統規模變大、運行更為復雜，嚴重影響了電力儀表遠程監控系統的監測效果，制約了智能電網的發展。提出一種基于μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系統的智能化電力儀表遠程監控系統設計方案，從硬件結構和軟件功能的角度詳細介紹了電力儀表遠程監控系統的設計。該系統主要由無線傳感器節點、基站和遠程監控中心等組成。能夠完成智能化電力儀表的遠程監控任務，具有較高的可靠性和實時性，可滿足實際應用的需求。