電力信息檢測與互聯自決策分析方法及裝置的制作方法

專利名稱：電力信息檢測與互聯自決策分析方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于電力系統數據采集技術領域，特別涉及一種電力信息檢測與互聯自決
策分析方法及裝置。
背景技術：
隨著經濟的持續增長，電力工業在農業、服務業以及人民日常生活中起著重要作 用，在日常生活中，電力企業進行電力數據采集，在已有的電力系統裝置中，有以下幾個部 分主站、GPRS通道、控制器、負荷控制終端及負荷，其中，主站負責遠程監控與調度，它與 各個控制器之間是通過GPRS通訊的，主站將調度命令通過GPRS通道發送到控制器上，控制 器與負荷控制終端之間采用有線通訊和無線通訊兩種方式進行通訊；其不足方面是
1、在已有的控制器中只是簡單地把電力數據采集來發送給總站，或者把總站的監 控命令傳送給負荷控制終端，采用的是點對點的通訊方式，控制器和控制器之間沒有實現 通訊； 2、已有的電力系統中，控制器不具有自診斷及控制器和控制器彼此之間互相診斷 的功能； 3、已有的電力系統成本較高，且無法保證電力數據的采集效率。

發明內容
針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種電力信息檢測與互聯自決策分析
方法及裝置，利用該分析方法及裝置能夠更加快速準確的采集電力系統數據。
本發明的技術方案是這樣實現的本發明電力信息檢測與互聯自決策分析裝置包
括有總站、控制器和負荷控制終端。總站和控制器通過GPRS進行通訊連接，負荷控制終端
和控制器通過光纖進行通訊連接，控制器和控制器之間通過GPRS進行通訊連接。 數據采集裝置核心部件控制器包括處理器、可編程邏輯器件CPLD、 A/D采樣電路、
模擬電壓電流采集電路、光纖連接接口電路、GPRS模塊。 其中，模擬電壓電流采集電路包括電壓測量電路、交流電壓信號調理電路、電流測 量電路、交流電流信號調理電路；光纖連接接口電路包括光電收發器。連接關系如下處理 器分別與可編程邏輯器件CPLD、光纖連接接口電路及A/D采樣電路連接，可編程邏輯器件 CPLD分別與光纖連接接口電路和A/D采樣電路連接，A/D采樣電路分別與處理器和模擬電 壓電流采集電路相連，GPRS模塊與串口電路連接。 所述的可編程邏輯器件CPLD的輸出端與A/D采樣電路的片選輸入端連接，可編程 邏輯器件CPLD的輸出端通過一個門電路與光電收發器連接。 電力系統數據信號分為數字量、開關量信號和模擬量信號兩種，其中，對數字量、 開關量電力信號的采集過程如下負荷控制終端接收數字信號、開關量信號，傳遞給控制 器；模擬量信號的采集過程如下負荷控制終端采集模擬電壓、電流信號，分別經過電壓測 量電路、電流測量電路后進入交流電壓調理電路和交流電流調理電路，經交流電壓調理電
3路和交流電流調理電路輸出的電壓、電流信號經A/D采樣電路進入控制器。 電力信息檢測與互聯自決策分析方法，包括控制器間互診斷方法和控制器自診斷
方法，其中控制器互診斷方法步驟如下 步驟1 :控制器通過GPRS進行通訊； 步驟2 :各控制器間發送檢測消息； 步驟3 :當某個控制器不能正常工作，則返回故障信息給相鄰控制器； 步驟4 :相鄰控制器將故障信息報告總站； 步驟5:結束； 控制器自診斷方法步驟如下 步驟1 :控制器定時向自身各個部分發送檢測信息， 步驟2 :控制器中的處理器根據返回信息判斷是否出現系統故障，如出現故障，分 析故障原因并將分析結果及數據發送給總站；
步驟3:結束； 有益效果將本發明裝置置于電力網絡中，各控制器之間互相通訊，有利于各小區 間電力數據的相互監測；同時，由于故障自診斷功能，電力部門通過電力數據判斷故障點和 故障原因，有利于對電力系統的監控，本發明電力系統運行成本低，智能分析處理功能強， 使電力行業更好地為用戶服務。


圖1為本發明電力信息檢測與互聯自決策分析裝置結構原理圖； 圖2為本發明電力信息檢測與互聯自決策分析裝置結構框圖； 圖3為本發明電力信息檢測與互聯自決策分析裝置主控原理圖； 圖4為本發明電力信息檢測與互聯自決策分析裝置A/D采樣電路電原理圖； 圖5為本發明電力信息檢測與互聯自決策分析裝置光電收發器電原理圖； 圖6為本發明可編程邏輯器件與A/D采樣轉換裝置、光纖連接接口電原理圖； 圖7為本發明ISPLSI1016、MAX1316及光纖連接接口電原理圖； 圖8為本發明電壓測量電原理圖； 圖9為本發明交流電壓信號調理電原理圖； 圖10為本發明電流測量電原理圖； 圖11為本發明電流信號調理電原理圖； 圖12為本發明電力信息檢測與互聯自決策分析裝置控制器主程序流程圖； 圖13為本發明電力信息檢測與互聯自決策分析裝置報警子程序流程圖； 圖14為本發明電力信息檢測與互聯自決策分析裝置控制器連接圖； 圖15為本發明電力信息檢測與互聯自決策分析裝置串口電原理圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。 本發明電力信息檢測與互聯自決策分析裝置由總站、控制器和負荷控制終端組 成，其中總站是指上位機，總站通過GPRS與控制器進行通訊連接，負荷控制終端通過光纖
4與控制器進行通訊連接，控制器和控制器之間通過GPRS進行通訊連接，如圖1所示。
其中，控制器包括處理器、可編程邏輯器件CPLD、 A/D采樣電路、模擬電壓電流采 集電路、光纖連接接口電路、GPRS模i央，其中，模擬電壓電流采集電路包括電壓測量電路、交 流電壓信號調理電路、電流測量電路、交流電流信號調理電路；光纖連接接口電路包括光電 收發器。連接如下處理器分別與可編程邏輯器件CPLD、光纖連接接口電路及A/D轉換電 路相連，可編程邏輯器件CPLD分別與光纖連接接口電路和A/D采樣電路相連，A/D采樣電 路分別與處理器和模擬電壓、電流采集電路相連，GPRS模塊與串口電路相連，如圖2所示。
本裝置處理器為LPC2106 ARM7TDMI-S處理器，可編程邏輯器件CPLD為 ISPLSI1016，A/D采樣電路采用為MAX1316 ;連接如下LPC2106 ARM7TDMI-S的外設端1/01 與CPLD的外設端100連接，LPC2106 ARM7TDMI-S的外設端SCL， SDA， 1/02 1/07， CONVST 依次與MAX1316的外設端SCL， SDA， 1/02 1/07， C0NVST連接，如圖3、圖4所示；
LPC2106 ARM7TDMI-S的端口 TXD1， RXD1依次連接光纖連接接口電路端口 TXD1， RXD1，光纖連接接口發射過程為LPC2106 ARM7TDMI-S的TXD1端發出信號，經過一個與 CPLD連接的電路74LS02，再經過一個已連接高電平的電路74HC00的驅動放大，進入光電收 發器中，將電信號就被轉換為光信號，并傳送到負荷控制終端；接收過程為從終端傳送回 來的光信號經過光電轉換后進入LPC2106的RXD1端口 ，本實施例設計的控制器中有8個這 樣的光電轉換電路，每對光電收發器與一個負荷控制終端連接，其中只是一對，其他電路與 其完全相同，如圖5所示。 所述的可編程邏輯器件CPLD的輸出端與A/D采樣裝置的片選輸入端連接，可編 程邏輯器件CPLD的輸出端通過一個門電路與光電收發器連接，如圖6所示，其中，光電 收發器為HFBR-0500Z系列光電收發器，按傳輸要求，選用該系列中輸出速度為5Mbd的 HFBR-1521Z ;連接為ISPLSI1016的外設端103 105依次連接MAX1316的外設端CS， SHDN， ALLON ;ISPLSI1016的外設端108與或非門電路74LS02的端腳1A連接，輸出引端1Y 與74HC00連接，低電平的片選端連接A/D轉換器和光纖連接接口電路的片選，如圖7所示。
電力數據信號分為數字量和模擬量信號兩種，其中，對數字量電力信號的采集過 程如下負荷控制終端接收數字信號，傳遞給控制器；模擬量信號的采集過程如下負荷控 制終端采集模擬電壓、電流信號，分別經過電壓測量電路、電流測量電路后進入電壓、電流 調理電路，經電壓、電流調理電路輸出的電壓、電流信號經A/D轉換裝置輸入控制器。
電壓測量電路如圖8所示，端子JP4接主發電機三相饋線和中線，壓敏電阻RC1、 RC2、 RC3分別和三個變壓器的原邊并聯，防止因為雷擊等因素使變壓器過壓，損害控制電 路，變壓器副邊星點和控制電路的模擬地AGND連接，電壓信號Va、Vb、Vc經端子JP5與交流 信號調理電路的輸入端Va、 Vb、 Vc分別連接。
圖9為交流信號調理電路的電原理圖。 以電壓測量電路輸出電壓信號Va為例，電壓測量電路的輸出電壓信號Va與交流 信號調理電路的輸入端相連。電壓測量電路輸出的電壓信號范圍是-10V +10V,而A/D轉 換芯片MAX1316的輸入電壓范圍是0 3V，故需要經過由三級高性能運算放大器TL084構 成的交流信號調理電路，將雙極性的電壓信號轉變為0 3V內的單極性電壓信號，
電壓信號Va經由電阻RA1和RA2構成的分壓電路分壓后，送到第一級運算放大 器，此級放大電路采用射極跟隨器方式提高輸入阻抗和帶負載能力，第一個放大器的輸出A點電壓為 =-x F 3 第二級放大器構成反相比例放大器，通過可調電阻RA5調節放大倍數可以使信號 電壓在-1. 5 +l. 5V之內，選擇電容器CA1的容值，對輸出信號的移相作用做適當的補償，濾 除高次諧波，第二個放大器的輸出(B點電壓)為 J/,-^(-^-)x^ 為了使雙極性的電壓信號轉變為0 3V內的單極性電壓信號，第三級放大器構成 了一個反相加法器，在輸入端增加一個偏移電壓輸入電路，用電阻RA6和RA7串聯在-5V電 源上進行電位偏移，調整RA7的阻值，使得當VB二0V時，放大器輸出電壓V。二 1.5V。如果 選擇RA8 = RA9 = RA11 = 10KQ的話，就把C點電壓調到_1. 5V，則第三個放大器的輸出 (D點電壓)是 ^ = -(，！muV^ 。)《+1 -5 VB在-1. 5 1. 5V變化時，VD的變化范圍為0 3V，完成從雙極性信號到單極性 信號的調理功能。 電流測量電路如圖10所示。端子JP1接收負荷終端采集來的三路電流互感信號， 分別串聯電阻Rl、 R2和R3后星形連接，將電流信號轉變成電壓信號，用兩套獨立的模塊電 源分別為IS0122P的原側和副側供電，副側就可以得到與原側電氣隔離的、相位和幅值和 原側完全一樣的電壓信號，經過電流調理電路后，如圖11所示，送到采樣電路中進行A/D采 樣，檢測三相電流值。 經過電壓、電流測量電路和調理后的模擬電壓、電流信號由CH0-CH5路進入A/D轉 換器中。 電力信息檢測與互聯自決策分析方法，包括控制器間互診斷方法和控制器自診斷 方法，其中控制器互診斷方法步驟如下
步驟1 :控制器通過GPRS進行通訊；
步驟2 :各控制器間發送檢測消息； 步驟3 :當某個控制器不能正常工作，則返回故障信息給相鄰控制器； 步驟4 :相鄰控制器將故障信息報告總站； 步驟5:結束； 控制器自診斷方法步驟如下 步驟1 :控制器定時向自身各個部分發送檢測信息， 步驟2 :控制器中的處理器根據返回信息判斷是否出現系統故障，如出現故障，分 析故障原因并將分析結果及數據發送給總站；
步驟3:結束； 如圖12所示，電力信息檢測與互聯自決策分析方法在計算機中運行過程如下
步驟1 :系統初始化； 步驟2 :初始化中斷向量，禁止所有中斷；
步驟3:使能外部中斷；
步驟4:初始化定時器；
步驟5:初始化A/D; 步驟6 :判斷采集指令開通，開通執行步驟7，否則執行步驟6 ;
步驟7 :發指令給相應負荷控制終端；
步驟8 :延時2. 5ms使A/D采樣完成； 步驟9 :判斷故障信號，存在故障信號則執行步驟10，否則執行步驟6 ;
步驟10 :報警子程序；
步驟ll:結束。 其中，系統初始化包括對LPC2106進行設置
1、定義常量； 2、系統配置，狀態寄存器初始化； 3、中斷向量表的初始化； 4、通用I/O 口的初始化。 報警子程序過程如下，如圖13所示 步驟1 :接收到故障信息； 步驟2 :根據故障信號判斷系統故障，故障執行步驟3，否則執行步驟5 ;
步驟3 :分析出現故障的原因；
步驟4 :向總站發送分析結果及數據；
步驟5 :向總站發送相應故障碼；
步驟6:結束。 每個控制器每天定時向自身各個部分發送檢測信息，并根據返回信息判斷是否出 現系統故障，如出現故障，分析故障原因并將分析結果及數據發送給總站；
各控制器之間可以通過GPRS方式通訊，每個控制器通過負荷控制終端采集來的 電力數據都可傳輸到其他各個控制器中，在故障檢測過程中，每個控制器向其他各控制器 發送檢測消息并等待，當某個控制器因為某種原因不能正常工作時，就會根據故障類型返 回相應的故障信息給相鄰的控制器，相鄰的控制器可以通過故障碼將故障信息報告給總 站。總站就會根據預先確定好的協議，得知出現故障的支路及故障類型，實現控制器的故障 自診斷功能，如圖14所示； GPRS模塊與串口電路相連如圖15所示，控制器與總站、各控制器之間都是通過 GPRS網絡通訊的，而本實施例采用的GPRS DTU通過串口 RS-232與控制芯片連接，RS-232 的TXDO、 RXDO分別與LPC2106 ARM7TDMI-S的端腳TXDO、 RXDO連接。
權利要求
一種電力信息檢測與互聯自決策分析方法，其特征在于包括控制器間互診斷方法和控制器自診斷方法，其中控制器互診斷方法步驟如下步驟1控制器通過GPRS進行通訊；步驟2各控制器間發送檢測消息；步驟3當某個控制器不能正常工作，則返回故障信息給相鄰控制器；步驟4相鄰控制器將故障信息報告總站；步驟5結束；控制器自診斷方法步驟如下步驟1控制器定時向自身各個部分發送檢測信息，步驟2控制器中的處理器根據返回信息判斷是否出現系統故障，如出現故障，分析故障原因并將分析結果及數據發送給總站；步驟3結束。
2. —種電力信息檢測與互聯自決策分析裝置，它是由總站、控制器和負荷控制終端組成，總站和控制器通過GPRS進行通訊連接，負荷控制終端和控制器通過光纖進行通訊連 接，其特征在于控制器和控制器之間通過GPRS進行通訊連接；數據采集裝置控制器包括處 理器，可編程邏輯器件CPLD、 A/D采樣電路、模擬電壓電流采集電路、光纖連接接口電路、 GPRS模塊；其中，模擬電壓電流采集電路包括電壓測量電路、交流電壓信號調理電路、交流電流信號調理電路、電流測量電路，光纖連接接口電路包括光電收發器，部件連接處理器分別與可編程邏輯器件CPLD、光纖連接接口電路及A/D采樣電路連接，可編程邏輯器件CPLD分別 與光纖連接接口電路和A/D采樣電路連接，A/D采樣電路分別與處理器和模擬電壓、電流采 集電路連接，GPRS模塊與串口電路連接；所述的可編程邏輯器件CPLD的輸出端與A/D采樣電路的片選輸入端連接，可編程邏輯 器件CPLD的輸出端通過一個門電路與光電收發器連接；電力信息分為數字量和模擬量信號兩種，其中，對數字量信號采集過程是將負荷控制 終端接收數字信號，傳遞給控制器；模擬量信號的采集過程是將負荷控制終端采集模擬電 壓、電流信號，分別經過電壓測量電路、電流測量電路后進入交流電壓調理電路和交流電流 調理電路，經交流電壓調理電路和交流電流調理電路輸出的電壓、電流信號經A/D采樣電 路進入控制器。
全文摘要
一種電力信息檢測與互聯自決策分析方法及裝置，屬于電力系統數據采集領域。電力信息檢測與互聯自決策分析裝置包括有總站、控制器和負荷控制終端，控制器和控制器之間通過GPRS通訊；控制器包括處理器、可編程邏輯器件，A/D采樣電路、模擬電壓電流采集電路、光纖連接接口電路、GPRS模塊，其中，模擬電壓電流采集電路包括電壓測量電路、交流電壓信號調理電路、電流測量電路和交流電流信號調理電路，光纖連接接口電路包括一對光電收發器。將本發明裝置置于電力網絡中，各控制器之間互相通訊，有利于各小區間電力數據的相互監測；同時，由于故障自診斷功能，電力部門通過電力數據判斷故障點和故障原因，有利于對電力系統的監控。
文檔編號H02J13/00GK101771296SQ201010105979
公開日2010年7月7日 申請日期2010年2月5日 優先權日2010年2月5日
發明者馮健, 劉兆冰, 劉艷菊, 孫宏彬, 孫秋野, 孟祥萍, 宋軒, 張化光, 李吉旭, 楊東升, 楊珺, 趙慶杞 申請人:東北大學;長春工程學院;遼寧省電力有限公司