电网远动终端功率采集模块的设计

电网远动终端功率采集模块的设计

作者：王 刚

来源：《中国新技术新产品》2008年第16期

摘要:本文介绍了电网远动终端功率采集模块的设计及工作过程。主要包括遥测、遥信、遥控、远方数据传输等几个方面。并以硬件电路图描述各测控单元间的工作原理。 关键词:远动；功率采集；遥控；遥测；遥信 1引言

功率采集模块主要是应用在电网调度自动化系统中，对电网中的各电力参数及各种事故量进行检测，并对电动开关进行远方操作。基于这种要求，对功率采集模块的设计首先要对电网交流信号进行检测，反映出电网电压、电流、功率、功率因数及频率的变化情况。为实现这一要求该模块在设计中，根据电磁感应的原理，采用交流采样的方式，即从现场的电压互感器和电流互感器中直接采0~100V和0~5A的交流信号，并将这样的交流模拟信号通过A/D转换器变成单片机可识别的数字信号，由模块中的单片机进行读写操作，然后将数据传给远方调度中心，经调度中心计算机处理后，反映出现场电网的实际电力参数，达到监测电网运行状态的目的。

2功率采集模块的原理

功率采集模块包括8个功能单元电路: N80C196KB单片机最小系统；功能选择电路（DIP站号设置）； LED显示电路；遥测电路；开关量输入电路(遥信)；脉冲量输入电路(电能)；开关量输出电路(遥控)；通讯接口电路。这8个单元电路构成整个功率采集模块。

在这8个单元电路中核心部分是：N80C196KB单片机最小系统；遥测电路；遥信电路；遥控电路；接口电路。下面分别介绍这5个单元电路的设计和工作过程。

3功率采集模块的设计及工作原理

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3.1 N80C196KB单片机存储器扩展

该系统由单片机、程序存储器、地址锁存器、译码电路、系统时钟组成。因为80C196KB内部没有程序存储器和数据存储器，所以需要在单片机外部对存储器进行扩展。

程序存储器选用EPROM27C256（32K），存放应用程序和检查程序，数据存储器选用RAM61C256（32K），存放采集数据、计算中间结果及设置参数。地址锁存器选用74HC373，译码器选用3个GAL16V8。80C196KB单片机寻址能力达64KB空间，并且ROM、RAM统一编址。其中程序存储器27C256选通后，地址范围为0000H-7FFFH，其中0000H-1FFFH为80C196KB单片机片内地址，2000H-2011H为中断向量地址；2012H-207FH为保留地址；2080H-7FFFH为单片机片外ROM地址。单片机上电复位后，PC指针自动指向2080H，执行用户程序。数据存储器61C256由地址译码器D16（GAL16V8）输出端选通，其地址范围为8000H-9FFFH，其中，8000H-FEFFH是单片机片内RAM地址。地址译码器D9（GAL16V8）的输出端作为缓冲器D1（74HC245）的选通信号，其地址为FF00H即8路遥信地址。地址译码器D9（GAL16V8）的输出端选通缓冲器D4（74HC245），其地址为FF00H-FF01H即4路电能量地址和遥控地址。地址译码器D8（GAL16V8）的输出端选通缓冲器D2（74HC245），其地址为FF06H。即遥测低8位数据地址，地址译码器D8（GAL16V8）的输出端选通缓冲器D3（74HC245），其地址为FF07H，即遥测高4位数据，A/D转换结束标志位；遥控执行外返校，遥控跳外返校地址。地址译码器D9（GAL16V8）的输出端选通缓冲器D11（74HC245），其地址为FF08H，即模块站号地址。地址译码器D9（GAL16V8）的输出端分别选通锁存器（D18、D17、D20、D19）74HC273，其地址为FF09H-FF0BH，即显示灯地址。

3.2 遥信电路

在数据采集模块中，有8路遥信（开关量）输入对变电所继电保护设备送来的事故信号，刀闸开合信号进行显示，并通过转发模块传送给后台计算机，使调度操作员及时发现线路故障及开关状态。该电路由单片机、地址译码电路、输入缓冲器和2个光电耦合器及保护电路组成。以某一路遥信为例，外部开关状态经TLP521-4光电隔离后，把状态反映到74HC245输入缓冲器的输入端CPU对74HC245进行读操作把状态读入CPU，完成遥信功能。 3.3 RS-422通讯接口电路

该电路由单片机、电平转换电路、光电耦合器组成。由于在功率采集模块中，传输的信息量不大，传输速度比较低，所以，我们选择全双工异步通讯方式。RS-422通讯接口电路如图7所示。

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其中，D6为80C196单片机，D4、D3（6N173）为光电藕合器，D1（75172）和D2（75173）分别为传输线驱动器和接收器。由于，80C196KB单片机串行口采用TTL电平逻辑，所以，D1（75172）和D2（75173）可实现RS-422电平和TTL电平之间的相互转换。

功率采集模块通过串口的发送数据线向通讯模块的接收端（RXD）发送RS-422电平信号，通讯模块将该信号由MODEM远传通讯口通过电力载波、扩频、专用线等方式传给上位机，从而实现了功率采集模块与上位机的通讯。

4产品化测试

通过对上述单元电路的设计，我们对功率采集模块进行了产品化生产，该产品以单片机为中心共有26个单元电路组成。如图1所示，其主要单元电路如上所述，经测试当由电压和电流互感器输入0~100V和0~5A的交流信号时，交流电量测量的准确度电压、电流0.2级；有功功率、无功功率0.5级；有功电度、无功电度0.5级；功率因数0.5级；频率0.1级。对遥测量在传输速率为600bit/s时，时间响应≤1S。遥信量输入：直流电压12V或24V，输入端采用光电隔离，隔离电压1500V，事件分辨率≤4ms，在传输速率为600bit/s时，时间响应≤1S。脉冲量输入：脉冲电压5V、12V、24V，输入端采用光电隔离，隔离电压1500V，脉冲宽度≥10ms；模数转换：分辨率12位；转换时间10us；线性误差±0.5LSB。该模块经国家计量检测部门检测达到《GB/T13729-1992远动终端通用技术条件》、《DL/T630-1997交流采样远动终端技术条件》和《DL/T451-1991循环式远动规约》的技术要求。 5结束语

本文从硬件电路的设计，详细地介绍了电网调度自动化系统中远程终端功率采集模块的工作原理。并对核心单元电路进行了细致的讨论。该模块与通讯管理模块进行组合，可实现电网调度自动化系统的遥控、遥测、遥信和远方数据实时监测功能。该产品在各大中型变电所的实际应用中，以其测量准确、运行稳定、兼容扩展能力强，安装、维修方便等得到广大用户的欢迎。 参考文献

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