作者：中南大學信息科學與工程學院  杜娟，凌玉華，廖力清

    摘要：介紹一種基于通用分組無線業務(GPRS)的新型智能化、低功耗、集成化配變自動化系統，以便克服低壓配變系統中通信介質的瓶頸問題，具體介紹該系統各個模塊的硬件結構和軟件實現方法。

    要害詞：配電自動化；通用分組無線業務(GPRS)； 智能監控；低壓無功補償

    1  前言

    隨著電力系統規模的不斷擴大，傳統的配電變壓器終端裝置已不能滿足配電自動化系統的要求，而且它們的數據傳輸多以有線通信方式為主，加之當前的電力產品功能單一，增加功能比較復雜，重復投資現象嚴重，增加了用戶的負擔。隨著無線網絡的發展，基于GSM網絡，以SMS為載體的自動抄表系統也發展起來，但這些方式都有各自的缺陷。而GPRS技術使得配變監測系統利用Internet實現遠距離、寬范圍的數據傳輸和治理成為可能。

    針對以上問題，設計了一種基于通用無線分組業務(GPRS)的新型智能化、低功耗、集成化的智能型配變自動化系統。配變監測系統主要實現對線路配變變壓器運行狀態的監視和無功功率動態補償，同時對低壓用戶進行抄表，并采用先進的無線通信技術彌補當前配變監測系統的缺陷，更好地保證電網系統的正確運行，提高電網質量。

    2  系統總體設計

    基于GPRs無線通信的配變自動化系統主要包括基于GPRS的配變監測系統和配變主站治理系統。配變監測系統實現電量數據采集，并通過GPRS無線通信與主站治理系統連接，將電量數據上傳到主站，從而完成電力數據的治理，并實現無功補償。圖1示出配變監測和治理系統的組成。低壓配變監測系統終端與GPRS無線通信模塊組成配變監測系統子站。

    3  配變監測系統終端

    3．1硬件設計

    3．1．1系統結構

    低壓配變監測系統終端的組成邏輯框圖如圖2所示，裝置以T1公司的TMS320LF2407型DSP為核心，終端與GPRS無線通信模塊通過RS-485總線進行通信。

    3．1．2CPU模塊

    CPU是控制器的核心部分，它不僅要處理輸入信號和輸出信號，而且要控制和協調各部分的工作。配變監測終端控制器采用TI公司的TMS320LF-2407型低功耗DSP，它除了具有程序、數據分開的哈佛總線結構、流水線操作功能、單周期完成乘法的硬件乘法器之外，還具有低成本、低功耗、高性能等特點。

    3．1．3電力數據采集模塊

    在低壓配變監測系統終端中，數據采集的準確與否直接影響系統最后的性能指標。采樣方法選用交流采樣，可以精確地得到電壓或電流的有效值、有功功率、無功功率和功率因數等。

    電壓模擬信號采樣一般是通過電阻器和電容器相結合來分壓得到小電壓即阻容降壓。而電流采樣是通過并聯電流分流的原理對電流進行采樣取值。本系統同時采用鐵芯互感器和空心互感器。鐵芯互感器主要用來實現正常情況下電流值的測量，空心互感器只在過載情況下起作用，這樣就兼顧了電流的測量精度和測量范圍。

    3．1．4人機接口模塊

    人機界面主要包括鍵盤和液晶顯示。

    (1)液晶顯示模塊

    由于系統顯示的信息量較大，因此終端采用液晶顯示器作為系統的輸出設備。選用的液晶顯示器是肇慶金鵬科技有限公司的OCM4×8C型圖文液晶顯示器。系統采用串行連接方式，為了解決I/O口驅動電平的匹配問題，使用74LVC4245型電路作為總線電平轉換驅動器。

    (2)鍵盤輸入模塊

    鍵盤是測控系統中最常用的輸入設備。為了簡化硬件電路，本系統采用非編碼鍵盤方式。主要實現電量參數設置和查看功能。系統有4個按鍵：確定鍵、返回鍵和2個菜單選擇鍵。通過這4個按鍵對現場配變監測系統進行控制操作。

    3．1．5RS-485通信模塊

    RS-485通信模塊主要用于與GPRS模塊進行通信。在本系統中，選擇Maxim公司的MAX3078型電路作為RS-485收發器。其工作電壓為3．3V，驅動能力為128個控制單元。

    3．1．6電源模塊

    在無線自動抄表系統中，用戶配變監測終端的CPU和RS-485接口電路等都采用低功耗的3．3V電源供電，而在GPRS無線通信模塊中，工作電壓為5v．因此根據二種電源的需要設計電源電路，輸出3．3V和5V電壓，供系統工作。

    3．2軟件設計

    系統主程序流程和通信模塊程序流程分別如圖3和圖4所示。低壓配變監測系統終端主要通過RS-485總線與GPRS無線通信模塊進行通信。

    4  低壓快速無功補償的研究

    無功補償模塊是本系統的重要輔助模塊，有利于避免負載的無功功率在很大的范圍內波動，使電氣設備得到充分的利用，減少系統損耗。

    無功補償裝置的三相電力電容器接成星形，以滿足分相補償的要求，使電源變壓器輸出的有功功率最大。補償控制器采用晶閘管與交流接觸器并聯工作的方式投切電容器，這樣的投切過程可以消除涌流、電弧及設備干擾。補償策略采用分相補償。

    5  GPRS通信模塊的設計

    GPRs是通用分組無線業務(GeneralPacketRa-dioService)的英文簡稱，是在現有GSM系統上發展起來的一種新的承載業務，目的是為GSM用戶提供分組形式的數據業務。GPRS無線通信模塊利用GPRS無線數據通信功能進行數據傳輸，通過TCP/

    ip通信協議和主站端計算機系統通信。

    嵌入式GPRS無線通信模塊主要由CPU、GPRSMODEM、SIM卡座、TTL串行通信接口、擴展數據存儲器、看門狗模塊等部分組成。其結構框圖如圖5所示。

    系統的CPU模塊采用武漢蘭瑞公司的LRl00型嵌入式網絡控制模塊。它是以RDCR8822型嵌入式微處理器(與80186內核兼容)為核心的單板計算機模塊，模塊自帶插針，可方便地插在用戶的應用電路板上，構成完整的應用系統。

    GPRS模塊采用SIMCOM推出的SIM100型GSM/GPRS雙頻模塊，它為用戶提供了功能完備的系統接口，用戶在較短的研發周期內就可集成自己的應用系統。

    6  結束語

    為適應網絡、信息和控制技術的發展，要求配變監測系統的數據應能準確和實時的對電網進行快速分相的無功補償，從而提高電網質量，降低電網損耗，給供電企業提供有效的治理依據。而基于GPRS網絡的配變自動化系統作為一種新型系統己經能基本滿足電力系統的電能監測、分相無功補償和無線抄表的需要。通過不斷的發展和完善，該系統能夠更好的適應今后的發展，在生產中發揮更大作用。