基于CAN总线的电力远程监测系统研究

电力远程监测技术是将数据的自动采集、传输和处理技术应用于电能供用与管理系统中的一项综合性新技术。它以自动抄表技术为核心，集计算机技术、通信技术、用电及计量技术于一体，具有速度快、精度高、同时性好、可直接与营业计算机联网的突出的优点，从根本上克服了传统抄表模式的弊端，给电能管理的现代化带来了新的希望。目前，美国、欧洲等发达国家已把自动抄表技术及电能质量的远程监测技术广泛应用于配电管理。 我国对此技术的研究与应用起步较晚，但发展迅速。近年来不少科研、生产部门在吸收国外先进技术的基础上，在电力部门的指导、配合下，研制、生产了不同方式的台区变压器远程监系统和低压用户集中抄表系统。这些系统的实施与传统的抄表模式相比，在一定程度上给供电企业和广大用户提供了较简捷、准确的监测方式和收缴电费手段，抄录数据也较准确，给用电管理、分析、监察、线损计算提供了有效依据，提高了用电管理水平；同时，可以缓解抄表人员的劳动强度、降地人为因素造成的抄表误差。 但是，上述产品都有其不尽人意的地方。如有的系统只有单纯的抄表、计费功能，不能实现实时线损计算、远程控制等较复杂的功能；有的抄表系统功能上有所提高，但需要铺线、架线等费时、费力、费钱的基础设施建设；还有的系统即使可以免去架线工作而利用现有的公用电话网，但必须支付高昂的电话租借费用，尤其在居民密集的城区，每几百米就有一个台区，集中器的密度很大，由于每一个集中器都需要一个单独的电话号码，租用电话线多，管理中心的电话租借费用将相当高。另外，由于利用电话线进行通信通常需要几十秒进行线路续接，使得管理中心无法对用户实时监控因此，基于电话网的电力远程监测系统的上述缺点限制了其推广使用。 本文以电力远程监测领域现阶段的技术为参考，在总结各种模式的电力远程监测系统利弊的基础上，提出并研制了一种基于CAN总线的电力远程监测系统。CAN（控制器局域网）总线具有高速、远距离、同时支持点名和广播通信方式、高可靠性等突出优点，非常适合用于组建局域网。基于CAN总线的电力远程监测系统打破了传统的一集中器一电话的模式，而是将位置相对集中的集中器用CAN总线组成局域网，一个局域网只需一台电话与上层通信。CAN总线支持的节点数可达110个，因此一个电话最多时可以管理110台集中器。由此可见，CAN总线应用于电力远程监测系统，一方面大大减少了集中器电话租借数目，具有巨大的经济效益；另一方面利用CAN特有的广播通信，大大提高了系统的实时通信能力。基于CAN总线的电力远程监测系统在功能上也比同类产品大大加强，主要有配电变压器参数远程监测、低压用户用电参数远程监测、电能质量参数实时监测、测量参数分析、测量结果曲线显示及报表自动生成等功能，在真正意义上实现了对电力系统的远程监测。 文中详细介绍了该系统的原理与构成及其优点；着重分析了以Intel 16位单片机80C196KC为核心的集中器的软件硬件设计原理，给出了软件设计流程和硬件原理图；对于该系统的关键技术：CAN总线通信技术，本文作了系统、细致的论述，并指出了CAN总线通信中应注意的几个关键问题；最后，本文对电力远程监测系统的发展方向作了简要介绍，并总结了本人在研制该系统过程中的不足之处。本文提供的硬件原理图和软件流程图都是源自实际，因此对单片机应用及现场总线领域的相关工作者具有较高的实用价值和借鉴意义。 目前，该系统已在长沙市星沙区200多个变压器台区投入试运行，状态良好，已于2001年12月通过省电力局的现场验收，可望2002年在湖南省部分地区推广使用。实践证明，将CAN总线技术引入电力远程监测是一种完全可行的、低成本、高效益方案。 基于CAN总线的电力远程监测系统是一次将CAN总线技术应用于电力远程监测系统的大胆尝试。随着电力市场管理改革的不断深入，对电力远程监测技术的研究必将成为热点与方向，CAN总线在电力远程监测系统中的应用也必将日益完善。