摘要：为了完结电能质量参数数据牢靠传输及下降运转本钱，在研讨Modem通讯的适应性及其长处的基础上，规划了根据Modem通讯的长途电能质量参数收集体系。介绍了四象限电能丈量原理及其功率表达式推导，并运用ARM9作为主控芯片，以及时钟、复位等外围电路构成电能质量参数收集体系，完结了对电能数据的收集。体系具有呼应速度快、时钟频率高、运转本钱低一级特色。本体系完结了多个变电站的通讯及电能质量参数收集，运转状况好，具有很强的现实意义。
关键词：变电站;Modem;最小体系
0 导言
跟着智能电网自动化水平的不断提高，曾被广泛使用的“一站一表”人工抄表方法已不能满意当今电力网络快速开展要求。伴跟着互联网年代的到来，电能质量数据的处理方法向着长途、实时在线收集及同享的方向快速开展。在抱负运转中，监测的电能应为对称正弦波信号;但是，实践运转中因为非线性负荷等要素的影响形成功率要素下降、谐波电流增大等问题，使得信号波形违背对称正弦方法。因而，完结长途电能质量参数收集具有很强的现实意义。
现阶段的电能质量参数收集的首要方法有：自动收集、随机召测和自动上报等。在实践运转过程中，通常会选用联合收集方法以便于数据的收集与监控。电能质量参数收集体系首要通讯方法有：光纤专网通讯、GPRS/CDMA无线公网通讯、电力线载波通讯以及RS-485等。本文所述体系选用电话拨号抄表通讯方法完结数据传输，节省了通讯资源和运转本钱;并研讨了串行输入接口和USB输出插头的模仿通道转串口通讯的调制解调器，完结在线监控。
1 体系全体计划规划
整个体系由变电站电能表、数据收集终端、规范Modem、端口转化器以及核算机五部分组成。
如图1所示，本体系选用DTZ341(装备号为B1V1.2)三相四线智能电能表，电压丈量规模：三相80%Un～120%Un;
互感式接入方法的电流丈量规模为：0.3(1.2)A，1(2)A，1.5(6)A，5(6)A，作业温度为-25℃～60℃;
电能表与数据收集终端经过RS485线相连，完结数据的传输;
数据收集终端能够完结电能质量参数收集、本地或长途设置表计档案与终端运转参数以及数据存储等功用，与Modem选用串行衔接，经过数据的收发，
完结长途传输;
端口转化器选用高度集成的PL2303芯片，完结串口转USB的功用。
2 电能计量根本原理
电能在电网的传输过程中，电网供应负荷的电功率包含有功功率和无功功率。在输电电能忽然添加时，理性负载和容性负载能够存储一部分能量;而当输电电能缺乏时，则开释能量弥补。图2为四象限电能丈量原理。
图2中P表明有功电能;Q表明无功电能;RL表明理性无功元件;RC表明容性无功元件。QⅠ在输出有功的一起还输出理性无功;QⅡ在输入有功的一起还输出容性无功;QⅢ在输入有功的一起输入理性无功;QⅣ在输出有功的一起还输出无功，下标表明象限区域。在电能计量时，可将电能按四个象限别离计量。
设每周期采样次数为N，接连量离散化可得有功功率：
同理也可得到视在功率和无功功率的表达式。经过智能电表的电压电流丈量，核算可得到有功、无功功率。
3 体系硬件电路规划
3.1 智能电表
智能电表结合现代核算机技能和丈量技能，具有自动校对、数据自动存储、运算及长途数据通讯等功用。电能表由电流互感器、集成计量芯片、微操控器、温补实时时钟、数据接口设备和人机接口设备组成，收集的根本监丈量包含频率、电压、电流有用值、有功、无功功率等参数。集成计量芯片将电压和电流的模仿信号转化为数字信号，并对其进行数字积分运算，然后精确地取得有功电能和无功电能，微操控器根据相应费率和需量等要求对数据进行处理。其成果保存在数据存储器中，并随时向外部接口供给信息和进行数据交换，其电能表原理结构示意图如图3所示。
3.2 数据收集终端硬件电路
数据收集终端是由独立功用的各类电路子板组合而成，各子板经过PCI衔接到一块总线底板上，分为RS-485通讯板、Modem通讯板、电流环(CS)收集板、脉冲收集板、CPU板、显现与键盘板、总线底板和本机电源板。本数据收集终端经过RS-485与电表通讯，按已设置要求收集电能表数据，经主处理器剖析、处理保存后，经过拨号Modem远传通道传输至主站体系。图4为数据收集终端电路原理示意图。本体系是是选用WFET-3000的电能量数据收集终端。
3.2.1 数据收集终端最小体系
数据收集终端CPU选用高性能32位嵌入式RISCCPU(ARM9内核)-S3C2410处理器。
具有16KB指令Cache、16KB数据Cache和存储器办理单元;LCD操控器支撑4K色的STN和256K色的TFT;电源操控方法有规范、慢速、休眠和掉电4种方法，可根据不同需求进行设置。图5为数据收集终端最小体系硬件电路，列出时钟电路、复位电路等部分管脚的外围电路。
3.2.2 供电模块
在数据收集终端电路中的电源环节，如图6规划了电源驱动电路。选用MP2303将电源电压装换为3.3V直流电压。输出电压经过反应电阻R58和R59接地电阻调理，并应满意下式：
3.3 端口转化器
端口转化器是完结通用串口与核算机USB接口之间的转化，使得传统串口设备变成即插即用的USB设备，扩展了实践运用中的监测条件。PL2303是一种高度集成的RS232-USB接口转化器，具有RS232全双工异步串行通讯。PL2303的TXD引脚和RXD引脚别离与RS232的TXD引脚和RXD 引脚相连，DM引脚和DP引脚与核算机USB接口的两条信号线相连，以及其它晶振等外围元件的作业，完结了数据收集终端串口与USB接口的转化及通讯。图 7为端口转化器硬件电路图。
4 长途通讯
4.1 Modem通讯
信息的传递是经过数据通讯体系来完结的，通常是将收集到的数据凭借发送设备，经过数据传输信道，被接纳设备所获取。本文所述体系选用电话拨号的通讯方法完结数据长途通讯。
Modem通讯是经过电话线、通讯设备及调制解调器来完结的。完结模仿信号和数字信号间转化。而在模数转化时会有必定概率的差错，即为量化噪声，其强度受本地电话线路质量和通讯速率的影响。而本文选用非对称式的V.90/K56Flex Modem，是以Rockwell的RC56D芯片组为主操控器的高速调制解调器，芯片组包含MCU芯片、MDP(modem data pum p)芯片和RCDSVD SCP(speech code processor)芯片等，能够削减一次数据转化从而削减量化噪声。图8为串行DTE硬件结构及其接口框图。
MCU是8位的微处理器，作业电压为5V，主振频率为28.224MHz。MDP完结信号的调制解调，数据发送与接纳为不对称方法。ROM/FLASH ROM用于寄存MCU固件，完结对Modem的操控、设置等功用，而RAM用于数据缓存，用于发送和接纳的调制和解调数据的寄存。
4.2 通讯规约
Modem通讯协议包含ASCII、RTU等传输方法，其间RTU传输方法以十六进制传输数据，数据中每8位字节分红两个4位16进制的字符，最大极限利用了每个数据位的空间，数据传输功率高于ASCII方法。故本文也将选用RTU方法下进行数据传输。表1为可变帧长传输方法。
可变帧长传输方法，可满意实践需求的功用。本体系中选用低字节在前、高字节在后的传输方法，两帧之间的线路闲暇距离最少需33位，且主站和子站可双向传输数据。表1中68H和16H别离表明发动字符和结束字符;操控域为设置终端参数、体系时钟、续传、查询终端体系信息等，经过链路地址域记载数据终端设备地址;而链路用户数据包含修正终端衔接暗码、自动查询终端体系等数据;帧校验和即为从操控域开端到校验码之前一切字节的累加。
数据收集终端的首要功用有数据收集、参数设置、数据存储、数据通讯等，是长途电能质量参数收集的中心。体系初始化结束之后，树立Modem通讯，才能够进行可变帧长数据的提取;当收到电能质量参数收集数据，传送电能质量参数数据并显现和保存;当收到档案办理修正信息，将进行长途设置表地址和波特率等的修正，图9为体系数据收集终端操控流程图。
本文对根据Modem的长途电能质量参数收集体系进行了实践监测，图10为长途电能质量参数收集体系人机界面，包含档案办理、通讯衔接、数据收集及保护测验四个操作功用模块，其间档案办理包含表计协议、表计地址及波特率等参数。在长途电能质量参数收集之前，应当与收集终端树立通讯衔接，包含通讯端口、波特率、数据位、中止位等的设置;通讯方法则为拨号方法并在指定栏里填好终端电话号码，等候通讯树立语音提示;之后，即可点击数据收集，挑选收集终端称号、数据收集开始时刻、数据类别(有功、无功等)。
6 总结
本文针对变电站电能质量详细特色，剖析了智能电表收集四象限电能丈量的原理;以此为基础，经过树立Modem通讯计划完结了电能质量参数收集数据的长途传输。在运转中，传输的电能质量参数数据在收集终端接纳后经过端口转化器传输给监测终端。其间端口转化器的规划能够完结通用串口与核算机USB接口之间的转化，使传统串口设备变成USB设备，具有即插即用的明显特征。综上所述，本文所规划长途电能质量参数收集体系提高了变电站实践运转使用中的全体监测水平。
别的，根据Modem的长途电能质量参数收集体系的树立，极大下降了监测设备运转保护本钱和人力本钱，具有实时性好、安全有用等长处。
