摘要：對配電網(wǎng)中位置分散，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、管理手段落后的問題，開發(fā)了分布式的配電遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)。采用基于Rallonal統(tǒng)一過程軟件開發(fā)過程的UML(unifled Modeling Language)建模方法，利用RS485、GPRS無線網(wǎng)絡(luò)通信、RS232接口等技術(shù)，系統(tǒng)集中數(shù)據(jù)管理，分層、分布監(jiān)測控制，實(shí)現(xiàn)了配電變壓器參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和對突發(fā)事件的發(fā)短信功能?，F(xiàn)場使用表明系統(tǒng)組建網(wǎng)方便，自動化程度高，運(yùn)行安全可靠、優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)，有較高的推廣價值。

　　0 引言

　　長期以來，供電企業(yè)要實(shí)時掌握分布在不同地點(diǎn)的臺區(qū)的負(fù)荷及工作狀態(tài)數(shù)據(jù)是電力供應(yīng)部門需解決而又得不到切實(shí)解決的問題。對臺區(qū)運(yùn)行數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的手工抄表，費(fèi)時，費(fèi)力，準(zhǔn)確性和實(shí)時性得不到可靠的保障，手工抄表更不能解決數(shù)據(jù)的實(shí)時性問題。在電力行業(yè)信息化過程之中，臺區(qū)的負(fù)荷及工作狀態(tài)數(shù)據(jù)的自動化抄送具有非常重大的意義，因?yàn)榕_區(qū)的負(fù)荷及工作狀態(tài)數(shù)據(jù)是電網(wǎng)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，臺區(qū)運(yùn)行數(shù)據(jù)是電力行業(yè)銷售過程中的原始的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和及時性，直接影響了行業(yè)內(nèi)部其它信息化水平?。

　　本文利用移動GPRS模塊的無線網(wǎng)絡(luò)功能，開發(fā)配電臺區(qū)的實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)，可很好地解決對配電變壓器的遠(yuǎn)程監(jiān)控及各種電參數(shù)的采集、運(yùn)轉(zhuǎn)、存儲、調(diào)用等問題。當(dāng)發(fā)生故障或出現(xiàn)異常時，迅速發(fā)短信給責(zé)任人報(bào)警，以便及時讓責(zé)任人處理故障，可以減少停電時間，及時恢復(fù)正常供電。在正常供電時，根據(jù)數(shù)據(jù)采集器采集的電壓、電流、功率、電能等各項(xiàng)參數(shù)，可以及時調(diào)整或平衡配變的負(fù)載，降低線損，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，改善供電質(zhì)量。另外，低壓配電實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)還具有防竊電功能，有效防止竊電行為發(fā)生，提高了監(jiān)控的及時性和準(zhǔn)確性。

　　1 電網(wǎng)配電UML監(jiān)控的結(jié)構(gòu)

　　UML易于表達(dá)且功能強(qiáng)大，適用于許多不同系統(tǒng)的開發(fā)，如Web應(yīng)用程序、信息管理系統(tǒng)、實(shí)時系統(tǒng)、分布式系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等?，F(xiàn)以低壓配電網(wǎng)實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)為實(shí)例，采用基于RUP軟件開發(fā)過程的UML建模方法，分別繪制用例圖、順序圖和類圖等UML圖形對電網(wǎng)低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行建模。

　　1．1監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

　　由下位機(jī)與上位機(jī)系統(tǒng)組成，下位機(jī)系統(tǒng)負(fù)責(zé)命令的交互、數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的傳輸和實(shí)時監(jiān)控，上位機(jī)系統(tǒng)負(fù)責(zé)命令的交互、數(shù)據(jù)的傳輸、和數(shù)據(jù)的處理以及自動生成報(bào)表。數(shù)據(jù)采集器與GPRS通訊模塊通訊接口通過RS232總線，控制GPRS模塊的接收命令或發(fā)送數(shù)據(jù)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖.

　　當(dāng)數(shù)據(jù)采集器接收到終端主機(jī)要求采集命令后，采集多功能表的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并存儲數(shù)據(jù)，通過GPRS通訊模塊發(fā)送到供電所終端主機(jī)上；終端主機(jī)實(shí)時接收數(shù)據(jù)采集器傳送的各種數(shù)據(jù)并分析。數(shù)據(jù)管理軟件對本地?cái)?shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄管理，通過人機(jī)交互界面管理所有轄區(qū)內(nèi)的多功能表的歷史信息及自動生成報(bào)表等工作。一旦發(fā)生報(bào)警，報(bào)警數(shù)據(jù)將主動上傳供電所終端，同時以通過GPRS網(wǎng)絡(luò)短信形式發(fā)送到指定責(zé)任人手機(jī)上。

　　1．2系統(tǒng)的用例設(shè)計(jì)

　　用例圖表示一個系統(tǒng)對于系統(tǒng)外部的交互者的功能，用例是系統(tǒng)提供的功能塊，監(jiān)控系統(tǒng)的執(zhí)行者主要包括操作員和管理員以及下位機(jī)的數(shù)據(jù)采集終端部分，操作員和管理員的操作權(quán)限不一樣¨J。根據(jù)用戶需求設(shè)計(jì)系統(tǒng)用例如下：①系統(tǒng)登錄；②系統(tǒng)工具(記錄操作人員及進(jìn)出系統(tǒng)的時間以及對每個臺區(qū)進(jìn)行校時，設(shè)定數(shù)據(jù)采集時需查看的當(dāng)前實(shí)時數(shù)據(jù)和采集歷史數(shù)據(jù))；③臺帳管理(對每個臺區(qū)臺變信息進(jìn)行增加、刪除、修改及查看所有臺區(qū)的臺變信息)；④數(shù)據(jù)采集：⑤數(shù)據(jù)查詢(對已采集的歷史數(shù)據(jù)用曲線圖或表格的形式顯示)：

　?、迗?bào)表打印(對已采集的歷史數(shù)據(jù)可自動生成單個臺變或綜合的日、月、季、年報(bào)表)；⑦系統(tǒng)維護(hù)(管理操作員和管理員信息)⑧系統(tǒng)管理(注銷、鎖定系統(tǒng)，修改密碼)。系統(tǒng)的用例圖如圖2。

圖2系統(tǒng)的用例圖.

　　2數(shù)據(jù)采集器

　　數(shù)據(jù)采集器實(shí)現(xiàn)多功能表的數(shù)據(jù)采集和對上位機(jī)終端數(shù)據(jù)的傳輸，采用雙串口的單片機(jī)，可實(shí)現(xiàn)同時與多功能表和無線GPRS模塊通訊。該電路由單片機(jī)W77E58B、數(shù)據(jù)存儲模塊、串行通訊接口、看門狗電路、硬件時鐘模塊、人機(jī)界面模塊，擴(kuò)展接口8255等部分組成。硬件框圖如圖3。

圖3數(shù)據(jù)采集器.

　　數(shù)據(jù)采集包括當(dāng)前數(shù)據(jù)采集，一個星期的歷史數(shù)據(jù)采集，校時功能，停電、全失壓、失電以及撤消命令事件處理功能等。擴(kuò)展接口8255可進(jìn)行事件報(bào)警、遠(yuǎn)程通訊、備用電源、工作指示等作用。多功能電能表采用的是河南許繼集團(tuán)的產(chǎn)品，具有可編程測量、顯示、數(shù)字通訊和電能脈沖變送輸出等功能的多功能智能電表，能夠完成電量測量、電能計(jì)量、數(shù)據(jù)顯示、采集及傳輸，實(shí)現(xiàn)LED現(xiàn)場顯示和遠(yuǎn)程RS．485數(shù)字接口通訊，數(shù)據(jù)采集順序如圖4。

圖4數(shù)據(jù)采集順序圖.

　　3 GPRS通訊模塊

　　采用的是天工實(shí)驗(yàn)室研制的M300A型GPRS模塊，它是一款完全透明的GPRS無線調(diào)制解調(diào)器，模塊提供靈活透明的數(shù)據(jù)傳輸、內(nèi)嵌TCP／IP協(xié)議、動態(tài)IP地址管理等功能。對于GPRS模塊可以采用超級終端對包括通訊波特率設(shè)置、接入網(wǎng)關(guān)設(shè)置、移動終端類別設(shè)置。由于GPRS是基于IP協(xié)議的，數(shù)據(jù)包在主機(jī)與GPRS服務(wù)器群中間的傳輸使用IP的分組，一般采用PPP協(xié)議進(jìn)行GPRS數(shù)據(jù)傳送，通過RS232串口和AT命令集來控制GPRS模塊完成控制接收與數(shù)據(jù)發(fā)送。

　　(1)數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)格式.

　　120個字節(jié)的一天一個數(shù)據(jù)包內(nèi)容：月，日，U∞“，U鋤in，Ua，Um，UbrIlin，Ub，UcM，UcIIlin，Uc，I刪，IaIIlin，1a，lb眥，lbIIlin，lb，eⅢ，Iclnin，Ic，A相正常運(yùn)行時I'日q(min)，A相超上限運(yùn)行時間，A相超下限運(yùn)行時間，B相正常運(yùn)行時間(rain)，B相超上限運(yùn)行時間，B相超下限運(yùn)行時間， C相正常運(yùn)行時間(min)，C相超上限運(yùn)行時間，C相超下限運(yùn)行時間，三相有功需量(kW)，月日時分有功需量產(chǎn)生時間，三相無功需量(kvar)，月日時分無功需量產(chǎn)生時間，費(fèi)率1有功電能(kWh)，費(fèi)率2有功電能，費(fèi)率3有功電能，費(fèi)率4有功電能，費(fèi)率1無功電能(kvarh)，費(fèi)率2無功電能，費(fèi)率3無功電能，費(fèi)率4無功電能。

　　(2)事件記錄與短信息功能.

　　GPRS通訊模塊接通電源后，就擁有了一個動態(tài)m地址，它主動向監(jiān)控中心發(fā)出連接申請，監(jiān)控中心為其建立連接，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接單元通過串口送給GPRS模塊的數(shù)據(jù)就被發(fā)送到監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)終端主機(jī)與采集器實(shí)時通訊連接。發(fā)生事故時的短信內(nèi)容見表1。

表1短信內(nèi)容與事故的對應(yīng)關(guān)系.

　　4系統(tǒng)功能及應(yīng)用

　　4．1系統(tǒng)主要功能

　　軟件包括下位機(jī)應(yīng)用軟件和上位機(jī)終端應(yīng)用軟件，終端軟件在Delphi7．0與SQL SERVER數(shù)據(jù)庫方式上構(gòu)建而成。

　　(1)遠(yuǎn)程電量抄收，可以采集多功能表的實(shí)時數(shù)據(jù)和凍結(jié)數(shù)據(jù)，包括有功和無功總電能、有功需量及發(fā)生時間、有功峰、平、谷電量，以及三相電壓、電流等，并可實(shí)時監(jiān)控電能表的現(xiàn)場運(yùn)行狀態(tài)[41。

　　(2)故障自動上傳報(bào)警和短信通知功能。當(dāng)失壓、失流、斷相、電池欠壓和逆相序等情況時立即主動上報(bào)給主站，并同時通過發(fā)送短信的及時通知管理人員。

　　(3)可隨時查詢電能表異常情況記錄，設(shè)定操作權(quán)限，如用戶登錄、抄收、檔案管理，參數(shù)設(shè)定、修改等。對抄收的電能表數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，生成查詢報(bào)表、電量和需量曲線，打印抄收報(bào)表及各類分析圖表。

　　(4)通過安裝控制裝置，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程斷電，記錄停電及恢復(fù)時間，計(jì)算供電可靠率。

　　4．2系統(tǒng)主要特點(diǎn)

　　(1)實(shí)時通信。通過GPRS網(wǎng)絡(luò)，管理中心可以實(shí)時抄收電能表的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析，可以及時發(fā)現(xiàn)終端設(shè)備的異常運(yùn)行并做出相應(yīng)處理。

　　(2)適用范圍廣。由于GMS網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣，開通GPRS業(yè)務(wù)的地區(qū)越來越多，上網(wǎng)方便，基于GPRS的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在各種地理?xiàng)l件惡劣的地區(qū)也可以開通。

　　(3)GPRS監(jiān)控系統(tǒng)通信速度快，可靠性高，運(yùn)行費(fèi)用低，通信成本只有GSM的三十分之一。

　　實(shí)測傳輸技術(shù)指標(biāo)：載波數(shù)173(TDMA)其中GSM通道l～124；調(diào)制方式GMSK；多信道(時隙)能力1～8個時隙均可用接收；靈敏度<．103dBm；輸出功率2．1W(34dBm在class4時)；實(shí)測傳輸速率15．5～45．2Kbi魄(上下行非對稱速率)。

　　5結(jié)語

　　采用現(xiàn)代電子、通信和計(jì)算機(jī)等技術(shù)和裝備，對配電網(wǎng)及其用戶在正常運(yùn)行和事故情況下進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和自動化保護(hù)、控制、管理。采用上述方案設(shè)計(jì)的低壓配電實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)，經(jīng)供電局安裝試運(yùn)行證明，運(yùn)行可靠，系統(tǒng)的電能計(jì)量數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確度100％，數(shù)據(jù)抄收成功率達(dá)到99％以上，跳閘動作準(zhǔn)確率達(dá)100％，其指標(biāo)均達(dá)到了國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。它能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄收電廠變壓器電能表的各種數(shù)據(jù)，為用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和管理，同時為電量平衡，線損分析及負(fù)荷預(yù)測提供了切實(shí)的數(shù)據(jù)保證，對于全面提高電力系統(tǒng)自動化水平，電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和服務(wù)水平有著顯著效果。