电力负荷管理系统无线通信网络研究以及MCGS软件实现课程设计

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1、河南科技大学课 程 设 计 说 明 书课程名称 专业课程设计 题 目 电力负荷管理系统无线通信网络的研究和设计 学 院 班 级 学生姓名 指导教师 日 期 2013年4月10日 摘要电力负荷管理系统是围绕着需求侧管理,集现代数字通信技术、计算机软硬件技术、电能计量技术和电力营销技术为一体的综合性的实时信息采集与分析处理系统。其主要功能是管理客户负荷,建立正常的供用电秩序,保证电力平衡和电网安全,提高用户和电网的负荷率,增加电力设备的利用率。系统由负荷管理中心站、通信信道、负荷管理终端三部分组成。其中通信是作为联系管理中心与负荷管理终端之间的桥梁,在整个电力负荷管理系统中具有重大的作用。 论文对

2、现行电力负荷管理系统中所采用的通信信道进行了分析和比较后,结合通信技术的快速发展,采用一种基于GPRS/CDMA无线信道的负荷管理系统,利用GPRS/CDMA模块的数据传输和Internet接入功能,实现负荷管理终端与中心站之间的双向数据传递。本文针对当今电力系统对电力负荷管理终端的需求，设计了具有通用分组无线业务（GPRS）无线通信功能的电力负荷管理终端，阐述了终端的总体结构和关键技术点，实现了用电参数的实时采集、主动上报和电力负荷的实时控制，大大减少了系统投资和运营费用。现场运行结果证明，基于GPRS的电力负荷管理终端具有良好的可靠性和稳定性。并设计了一种基于GPRS网络的电力负荷远程智能

3、监控系统，利用GPRS的无线通信及Internet接入功能，实现了分散电力大用户的数据实时采集、传输、存储、事件报警以及WEB发布等功能。集管理、负荷监控、远程抄表和防窃电于一体，满足现代电力管理的要求，详细论述了系统的主要功能、结构原理以及软硬的实现，给出了系统框图以及软件流程。关键词：电力系统，无线网络，监控，MCGS目录第一章 绪论11.1 设计要求11.2设计内容1第二章 电力负荷管理系统的结构22.1 中心站22.2 通道32.3 终端3第三章 中心站的主控软件的设计43.1 主控管理软件的总体结构43.2 主控软件的功能设计实现5第四章 无线技术在现在电力负荷管理中的应用与展望10

4、4.1 现阶段各种无线技术特点及应用104.1.1现阶段无线传输标准和方式104.1.2 GPRS系统具有的特点114.2 无线技术在现代电网中的应用124.2.1 输配网管理124.2.2管理信息系统134.2.3 电力系统通信134.2.4无线功率传输144.3无线技术在电网管理的展望144.3.1无线技术需要解决问题144.3.2前景15第五章 基于MCGS组态软件的监控实现165.1 MCGS组态软件的概述165.2 MCGS组态软件的构成165.2.1系统构成165.2.2工程构成175.3 MCGS软件在电力监控上的应用185.3.1 建立画面185.3.2 编辑画面185.3.3

5、 制作文字框图185.3.4制作步骤19第六章 结 论23第七章 参考文献24第一章 绪论1.1 设计要求本课程设计题目为：电力负荷管理系统无线通信网络的研究和设计，设计要求如下：1） 了解电力负荷管理系统；2） 设计电力负荷管理系统无线通信网络，绘制相应的数据流程与硬件架构；3） 选择相关设备，无线通信网络分别按照远程与短距离设计；4） 相关论文在学校图书馆中文数据库“万方数字化期刊”中查找。1.2设计内容电力负荷管理系统与配电调度自动化系统的相互结合，促进了电网管理向现代化方向发展，提高了电力调度自动化、电力营销管理现代化的实用水平。 本文概要介绍了电力负荷管理系统的概念和发展，以及负荷管

6、理中心站、负荷管理通信信道和负荷管理终端的特点。 在此基础上，本文设计了一种基于TMS320F2812型DSP芯片的新型电力负荷管理终端，对终端的设计思想、硬件组成和软件设计均做了详细的论述，并给出了关键的软件流程图。 本文首先分析了负荷管理终端的功能，接着详细阐述了终端各硬件模块的工作原理和设计内容，包括电源模块、数据采集模块、控制模块、通信模块和人机接口模块；然后以实时任务调度为核心设计了终端软件的总体结构，具体划分了系统的功能模块，并主要阐述了模拟量实时采集、FFT算法处理、负荷监测、远程抄表、人机交互等模块的实现；最后详细阐述了负荷管理终端中嵌入式GPRS通信的设计，主要阐述了GPRS

7、设备驱动、GPRS通信协议和电力负荷管理规约的实现。第二章 电力负荷管理系统的结构 负荷管理系统由中心站、通道和用户终端三部分组成，呈辐射状分布。该系统是由中心站通过通道与安装在用户端的控制终端建立数据通信联系，达到集中监控管理用户用电的计算机监控系统。系统的总体网络结构如下图2-1所示图21 电力负荷管理系统总体网络结构2.1 中心站中心站是系统的核心部分，是电力负荷管理系统运行和管理的指挥中心，它由一个计算机内部局域网和相应的主控软件组成。中心站的网络结构采用标准的以太网结构，内部以星型连接方式实现，采用这种结构有利于系统在将来增加其它管理工作站，而且同电力局其它系统的连接也会非常方便。

8、网络数据服务器负责网络管理和数据管理，将信息进行统计和归档处理。为了保证系统数据的安全可靠性，网络数据服务器采用双机热备份。网络数据服务器的配置主要依据系统的数据及数据处理量的规模。Web服务器：提供Web服务，以网页的形式发布信息。Web服务器配置中高档PC服务器。前置机：又称数据采集服务器，网络中作为通讯处理机。负责主站应用系统与终端之间的数据信息交换，包括数据的采集和转储及其主站命令的组合、发送和终端结果的回收、解释工作。为了保证数据采集工作的可靠性，两台前置机互为热备用，遇到故障时可自动切换。接口服务器：主要是为其它应用系统提供接口。完成与其它应用系统的外部数据交换。工程师操作站是主控

9、系统集中管理的工具，包括数据库服务器远程管理、用户终端信息管理、系统运行管理、数据分析等。操作站：担负着系统监视和命令发布的职责，是系统的窗口，具有图形化的界面。2.2 通道通道是系统的通讯线路，用来在中心站和用户终端之间传送信息，通道的质量直接影响着该系统功能的实现。在系统中通讯链路型式的选择，可以视当地具体情况（包括地形、地貌、噪声源、频率复用等），来选择无线、微波通道或载波通道。无线信道没有有线信道可靠，易受外界随机干扰，速度受限，但无线信道组网方便，与电网一次设备无紧密连接。具有使用灵活，维护工作量小，易实现数据双向传输，容易扩充等特点，能满足负荷控制技术实时性要求。本系统采用无线电通

10、信方式。2.3 终端电力用户终端设备由具有数据采集及处理能力的微处理机系统和数传通道系统组成, 因此电力用户终端设备能实时采集用户的用电信息、供电状况、电量信息、电表计量数据等各项用电数据, 并能通过数传通道发送到监控中心。第三章 中心站的主控软件的设计3.1 主控管理软件的总体结构 根据电力负荷管理系统的系统功能，主站中的软件系统的按功能划分为数据采集子系统、主控子系统、分析应用子系统、信息发布子系统、接口管理子系统、系统管理子系统六个子系统。各子系统之间的关系及其功能如图3-1所示。 SCADA 用电MIS图 31 中心站系统总体结构图数据采集子系统完成数据采集（包括定时采集和随时采集）和

11、接受终端上报的各种异常事件，具有远方抄表功能，负责主站应用系统与终端之间的数据信息交换。主控子系统主要是对负荷的控制管理，通过对终端的集中管理，实现对客户侧配电开关的控制操作，达到调整和限制负荷的目的。包括系统主站对终端的远方遥控操作，以及系统主站设置功控、电控投入，终端完成的当地闭环控制。用电管理子系统完成电量数据管理、电能质量分析、配变运行状况分析、用户用电计划考核（错峰用电管理）、负荷/负荷率分析、停电管理、报警管理，用户负荷运行实时监视，防窃电分析、负荷预测、预付售电和电费自动结算等功能。信息发布子系统用于向用户发布各种信息，便于用户查询。包括档案信息、用电信息、配变运行状况信息、用户

12、用电计划考核信息等，来实现信息数据共享。接口管理子系统完成与其它应用系统接口，使主站应用系统中工作数据库与发布数据库之间数据同步。系统管理子系统主要对系统参数设置管理、终端管理、操作运行管理。参数管理包括负荷控制率、终端数量、通信速率、行政区划码、系统时段等参数的制定和修改，系统操作员、管理员的管理，通信情况统计分析。终端管理模块包括终端用户的增加、修改、挂起与删除，对终端用户的各种档案信息、参数的设置与修改，终端用户的一次接线图编制与修改。操作运行管理模块详细记录每日上下班日志、限电操作日志、系统运行日志等。3.2 主控软件的功能设计实现根据负荷管理系统的功能实现，下面对系统设计实现中的一些

13、重点功能进行详细设计介绍。通信处理：通信涉及到工作站与前置机间的网络通信以及前置机与终端间的无线通信。其中，前置机作为各工作站与终端通信的转发器，其通信处理模块的设计非常重要。由工作站下发的遥测、遥信、遥控命令以及参数、定值设置命令等，先通过网络发送给前置机，再由前置机通过无线通信网络发送至终端，终端据此完成数据采集、远方抄表以及负荷控制等任务。返回的数据也是经由前置机转发回工作站进行处理。通信过程采用异步串行方式，遵循系统提供的通信规约，利用规约组成各种命令的帧格式，发送和接收数据信息帧并进行数据处理。为保证通信的正确性，对接收的数据要进行判断和校验，只有正确的数据格式才能接受处理，对通信失

14、败和超时做出相应的处理。通信处理的流程如图3-2所示：图 32 通信处理流程图定时任务处理：利用时钟中断技术执行系统定时任务，根据与时钟相关的系统状态，完成定时刷新屏幕，定时通信及定时产生各种操作记录和事件记录等任务。如定时数据采集的处理过程中，定时任务生成模块首先制定定时方案，包括定时方式、任务内容和任务优先级等，然后根据实际情况为各个终端选择定时方案，最后将定时方案内容存入数据库。在定时器处理函数中，扫描所有终端的定时方案，根据系统时间对定时方式中的条件进行判断，当定时条件满足时根据定时方案的具体内容生成定时任务。同时，对已经生成的多条定时任务进行合并，防止重复。定时任务处理的流程如图3-3所示：图 33 定时任务处理流程图数据库存储设计：包括实时数据库和历史数据库，为各个软件模块的运行提供实时或历史数据。采用如下技术：测点基本信息采用静态表，如终端参数、一次接线图信息等；测点记录采用横表结构，消除数据冗余，提高存储空间的利用率；测点实时数据采用动态表记录，根据测点静态表，动态创建新的测点数据记录表。采用横向表结构和动态数据存储模式对于数据的长期性存储、及时的历史数据查询、后台数据分析和数据挖掘的应用是非常有利的。数据库存储表结构如图所示：表 3-1 测点信息纵表结构测点ID测点名度量单位上限值下限值标记1标记2