嵌入式系统在电网远程监控中的应用

　　针对电网远程监控系统的现状和发展趋势，研制了一套基于TCP协议的客户/服务器机制的电网远程监控系统。本文研发了一套电网远程监控系统，以适应对电力质量管理的新的需求。本系统可实现对电网参数的主动测量、分析、自动存储等功能，通过Internet光纤环网将电网监测数据传送到调度室的监控主机，工作人员可以对远程设备的运行状况进行及时、准确的监控，对其故障先兆做出判断和预测，采取有效措施解决问题，保证大型机组安全运行，防止恶性事故的发生，避免了定期检修引起的生产停顿，起到预防和消除故障的作用，提高设备运行的可靠性、安全性和有效性。

　　1 电网远程监控系统的总体架构设计

　　本文所设计的电网远程监控系统由监控主机、电网监测仪、光端交换机及光纤环网组成。监控主机可以通过光纤环网对多个电网监测仪进行监控，电网监测仪可以自动识别、储存并显示电网电压、电流、频率及功率等参数，通过光纤环网传送至监控主机。本系统的数据传输介质选用的是单模光纤，相比传统的串口总线RS232/RS485、CAN、非屏蔽双绞线UTP,光纤通讯具有传输距离远、数据吞吐量大、可扩展性强等诸多优点，非常适合远距离通讯的特点。图1为电网远程监控系统的结构图。

　　

 

　　图1 电网远程监控系统的结构图

　　2 电网监测仪的设计

　　电网监测仪采用PHILIPS公司的LPC2131作为主控芯片，LPC2131是基于一个实时仿真和嵌入式跟踪的32/16位ARM7TDMI-STMCPU的微控制器，并带有32KB的嵌入高速FLASH存储器，含有1个10位8路A/D转换器及内部实时时钟。可以对电网电压、电流、频率及功率等参数进行监测、显示及储存，并通过TCP/IP协议将数据发送至上位机。图2为电网监测仪的系统框图。

　　

 

　　图2 电网监测仪的系统框图

　　2.1 电压电流检测

　　在电压电流信号检测中，本系统采用直流采样法，需采集U、V、W三相电压以及四相电流信号(含零线电流)，图3中PT1为电流型电压互感器，A相输入电压经限流电阻R1使PT1初级的额定电流为2.2 mA,次级会产生一个相同的电流。通过运算放大器(LF353)，调节反馈电阻R2的值，即可在输出端得到所需的电压输出。

　　

 

　　图3 A相电压转换电路图

　　图4中CT1为精密电流互感器CTY205A,输入端为额定电流5 A时，次级将产生2.5 mA的电流。通过运算放大器(LF353)，调节反馈电阻船的值，即可在输出端得到所需的电流输出。

　　

 

　　图4 A相电流转换电路图

　　2.2 频率跟踪电路设计

　　频率跟踪电路的主要作用是保持与电网电压的同步关系，避免频谱泄露现象。相电压经过变压器降压，通过两个二极管D1、D2,再送入放大器，将正弦信号转换为方波信号。电阻R7起到的作用是产生一个正反馈，加速放大器的跳变过程，得到更加精确的同步信号。图5即为频率跟踪电路。