基于无线网络的电力监控系统的设计

基于无线网络的电力监控系统的设计

胡琪

国网湖北省电力有限公司十堰供电公司

摘要：随着电力技术的飞速发展，电力技术的信息化、智能化、网络化的时代已经到来。电力设备远程监测技术也得到了快速的发展。由于市场的需求和用户的需求，单一功能的系统很难满足现代电力电网运行、管理的需要。恶劣环境现场的负荷监控、抄表和防窃电工作给现场工作人员造成很大的不便，电力负荷监控系统是十分必要。本文中电力设备的监测工作是保证电力设备的正常运行的关键环节。

关键词：无线网络；电力监控系统；设计

1 系统整体设计方案

本系统设计出一种基于多种无线通讯的电力监控系统，通过无线网络不仅仅能够实现远距离无线通信，还能够与用户通过近距离进行无线通信，实现检测数据的实时接收。本文设计的无线电力监控系统包括远程监控控制中心、无线通讯单元、现场监控终端。本系统能够实现监测现场电力设备（包括但不限于配电设备、现场传感器、变电站、用电设备的）的工作运行情况、预警保护功能、监控异常情况以及远程电源控制，如图1所示。

图1 监控系统架构设计

本系统还包括的硬件部分有现场控制终端和远程控制器终端、工控机、现场服务器、工业以太网交换机等，其上集成有显示监测数据的操作系统、应用软件等。其中现场监控部分包括CCD高清工业摄像机，能够实现现场的视频动态监控，并且能够将现场采集到的视频监控情况传递到本地服务器进行数据显示。同时也可以通过无线通讯的方式传递到远程监控控制中心。底层电力监控对象还包括各种类型的传感器、配电设备、调理器、市电电源、UPS电源、移动式充电设备等。在本系统设计中，从底层的监控数据通过在监控终端处可以直接通过无线通讯的方式（比如局域网Local Area Network、Wifi、蓝牙Bluetooth等）与智能设备进行数据通讯。智能设备可以为智能手机、iPad、笔记本电脑或者具有无线接口或者蓝牙接口的移动式设备。现场工作的用户可直接通过智能设备获取现场数据。现场数据也可以通过无线局域网传递到本地服务器。在另一种传递方式中，底层数据通过GPRS/CDMA/云端与远程监控控制中心通讯。本系统还可以采用集成数据库服务器的工业控制计算机，借助于工业以太网交换机构成局域网络进行本地数据传送。采用基于Labview软件信息平台对底层数据实时显示和仿真，采用标准化的数据接口与外界设备通讯。本系统设置的监控中心软件能够为用户提供可视化的虚拟监测界面，通过界面显示，使用户直观、快捷地获取现场配电设备、用电设备、市电电源、UPS等运行状态。用户可以根据数据分析的结果对现场状态进行把控和分析，还可以追踪、查询、检索历史数据库，对电力设备的检测情况做出全面的了解，以便于给出控制措施，用户可以通过上位机对接收到的数据进行综合管理。

2 关键技术设计

2.1 无线通讯方式

在本系统设计中，无线通讯的方式体现在以下几个方面：监控终端与本地服务器以及智能设备之间的通讯，其采用的方式为无线局域网、Wifi或者蓝牙的方式。另一种无线通讯的方式是监控终端通过GPRS/CDMA或者云端与远程监控控制中心的通讯，下面做简要介绍。

在进行蓝牙无线通信时，如图2所示。蓝牙系统包含有无线通讯单元、支持单元、链路控制器和链路管理器，支持单元与主机端接口通讯连接。

图2 蓝牙无线通讯示意图

其中蓝牙无线单元具有微波跳频、扩频的功能，在指定时隙内进行数据分组和话音信息分组。在工作时，主设备的设备地址来决定跳频的序列，并且同构寻呼、查询的方式将信道连接建立起来。而链路控制器所包含的硬件部分具有基带数字信号处理功能，具有实现基带协议、其它底层链路规程的功能。链路管理器的软件部分具有验证链路配置的作用。链路管理器能够发现不同形式的的链路管理器，借助于连接管理协议LMP来建立通讯范围内其他设备之间的通信。

图3为Wifi通讯示意图，通过WiFi进行通讯的方案应用比较广泛，在使用时，通过MCU控制模块来控制WIFI模块，监控终端再通过CAN总线与主板、以及各个单元模块通信，最后又通过WIFI模块将信息转递到Internet，最后通过计算机接收通讯数据。

图3 Wifi通讯示意图 

如图4所示，图4为GPRS通讯示意图，现场的监控终端通过GPRS通信模块把底层检测的数据传送到服务器，监控中心也可以逆向地传送指令到现场监控设备,控制终端的运行。外部数据网可以是因特网或专用数据网,都以TCP/IP传输协议为基础。监控中心服务器以专线或ADSL的方式接入到外部数据网中,分配有固定IP地址。服务器端也备有GPRS模块,必要的时候同时采用短消息通信方式进行辅助。

图4 GPRS通讯示意图

2.2 监控终端设计

在本文设计中，监控终端主要包括单片机处理系统、控制输出电路、无线通讯电路、防窃电模块电路、总线收发器、缓冲器、光隔离单元、液晶显示单元、键盘显示、RS485通讯等，如图5所示。

在本设计中，监控终端选择的控制芯片是MSP430F149芯片，其为美国TI公司生产的超低功耗微处理器，该芯片具有的FLASH容量为60KB+256字节，RAM为2KB，该芯片还集成有基本时钟模块、捕获/比较寄存器、看门狗定时器，并具有PWM输出的16位定时器、捕获/比较寄存器和16位定时器（其带7个PWM输出）、8位并行端口（其具有2个中断功能）、模拟比较器、8位并行端口、串行通信接口以及12位A/D转换器等。监控终端能够跟踪、检测用电负荷量，当用电负荷量超过所设定的负荷定值时，会发出警报以提示用户，最后跳闸中断负荷。监控终端还可以与智能表、电气设备等通过RS485通讯，进而读取采集用户的电流电压有功无功数据、对电气设备运行情况进行监控，监控数据通过无线通讯的方式上传至远程监控控制中心，以供用户使用。

图5 监控终端硬件结构示意图

3结束语

本文采用多种无线通讯的方式实现底层电力设备与远程监控控制中心之间的通讯，大大避免了常规线缆通讯的不便。监控装置实现对电力设备的数据采集，通过远程控制、指导，能够实现计量管理、防窃电以及远程抄表。本文设计的电力监控系统能够及时、有效地预测电力设备的运行状态，并为电力设备运行的规划作出指导，为电网的绿色、安全、经济运行提供了重要技术参考，成本低、稳定可靠。

参考文献

[1]王凌云,袁春生,于大洋,等.基于ATT7022C的电力参数无线监控系统的设计[J].电子测量技术,2015(10):6-10,21.

[2]王林生,王臻卓.压缩感知和无线传感器网络的电力监控系统[J].电子器件,2018,41(2):39-43.

[3]程丹,黄新波,朱永灿,等.变电站电容型设备在线监测系统设计与应用[J].广东电力,2016,29(4):55-61.