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带电压质量采集功能的GSM电力线路报警系统设计

时间:2016-10-27来源: 作者: 点击: 189次


陈大力    

佛山职业技术学院  广东  佛山 528000  

 

摘要:旨在设计一种基于AVR的带有电压质量采集功能的GSM电力线路报警系统,以ATMEGA8535为中央控制单元,对线路进行实时监控。当线路异常如发生缺相、断电、断路、零线断、并线盗窃时发出报警;实时采集前端电压电流信号,当电压异常以及用电高峰期和低谷期时的电压值,轻载和重负载时的电压值反馈到控制中心并短信通知。该系统对提高电网运行管理起到了很好的作用。

关键词:电压质量采集 AVR  GSM 电力线路   报警  

Design of GSM power line alarm system with

 voltage quality collection function

Chen Dali    

Foshan Polytechnic, Foshan, Guangdong, 528000

Abstract: An alarm system for GSM power line based on AVR with voltage quality collection function is designed. With ATMEGA8535 as the central control unit, real-time monitoring of the line.When the line phase, such as abnormal power, circuit breaker, zero line broken, and theft alarm .The front end voltage and current signal is collected in real time, when the voltage is abnormal and the voltage value of the peak and the trough period is used, the voltage value of the light load and heavy load is fed back to the control center and short message is informed. The system has played a very good role in improving the operation management of power grid.

Key Words: Voltage quality acquisition   AVR  GSM  Power line  call the police

 

 

 

1.引言

    电压质量是衡量电能的主要质量指标之一。电压质量对电网稳定、电力设备安全运行以及工农业生产具有重大影响。我国电网建设中,对配电网的基础投入不足,导致我国的城乡电网中 (特别是配电网 )电压质量不高。在配电网终端电压不稳定,一方面会导致运行中的用电设备的运行电压超出额定电压,缩短设备的使用寿命;另一方面也会影响线路传输的安全稳定性,导致系统的输送容量下降,给电网运行调度带来不利的影响。也增加了电能传输时的损耗。

    目前,偷盗、破坏电力设施及电力线路,使国家的电力供应及财产遭受巨大的破坏,人们的生产及生活遭受巨大的干扰及损失。

    随着国家对智能坚强电网的不断推进,电力部门对电网营运的安全性、可靠性和经济性也越来越迫切。急需一种通过实时监视,及时发现电能消耗引起的电压异常现象;在线路被破坏时,现场发出报警喇叭声音,吓走犯罪嫌疑人,提醒巡线员到现场查看,尽最大努力保护供电线路。

2.系统功能

    带有电压质量采集功能的GSM电力线路报警器装置对电力线路进行实时监控,当线路异常如发生缺相、断电、断路、零线断、并线盗窃时发出报警;实时采集前端电压电流信号;电压高于或者低于设定值,现场不报警,但是发出电压异常信号及电压值到指定号码;通过GSM短信或者GPRS方式传输到管理部门,在电脑记录前端的电压运行值及异常情况,以及用电高峰期和低谷期时的电压值,轻载和重负载时的电压值,给管理人员提供了电网运行情况的第一手资料,对提高电网运行管理有非常大的帮助[1]

1 网络示意图

 

3.硬件结构设计与实现

 

 

带有电压质量采集功能的GSM电力线路报警器,包括电源模块、电压采集、电流采集、主控芯片、计量模块、存储模块、电压质量检测、通信模块、报警模块等内容。主控AVR单片机采用ATMEGA8535;通信模块型号为MG232。与现有技术相比,带有电压质量采集功能的GSM电力线路报警器,实用新型可以广泛应用于各种场合,尤其是野外电力线路的保护。                     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                             

                        2  系统结构框图

3.1AVR控制器的应用

    ATMEGA8535是高性能、低功耗的8位AVR微处理器,采用RISC结构,具有8KB 系统内可编程Flash;具有两个独立预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器;8路10位的ADC;两个可编程的串行USART;电流采集采用霍尔传感器,直接加到线路,不影响线路。电压信号接入,经过变换,进行交流直流采样,送入单片机,程序自动运行,计算出电压电流值,再经过反运算,得出实际电压电流值。当电压变化达到设定值时,通过GSM/GPRS模块发出信号到指定位置[2][3]

 

                     3   主控制芯片电路图

3.2通信模块

目前常用的通信方式有MG323、RS485、红外、低压电力载波和无线等。

MG323模块是华为推出的一款4频段的GPRS模块,接口与CDMA模块MC323兼容

MG323 模块工作电压 3.3V-4.8V,推荐工作电压 3.8V.. DTE 的 MCU 通过 GPIO 置低 TERM_ON 引脚的电平,可以触发模块开机, 推荐 TERM_ON 引脚低电平大于 1S;        3.RESET 在开机过程不需要做任何时序配合(和通常 CPU 的 reset 不同)。 建议该管脚接 OC 输出的 GPIO,开机时 OC 输出高阻。  .TERM_ON 引脚 底电平大于 2S 先关机再开机,模块重启需要的最短断电 时间推荐 6 秒。 2.DTE 的 MCU 通过 GPIO 置低 RESET 引脚低电平 50mS 复位模块。 重启 后,模块不需要再次开机过程本报警系统配有GSM无线传输模块,所有报警除在本地发出声光报警外,还以GSM手机短信方式传输信号到报警中心或相关的保卫人员[4]

 

 

                4 通信模块电路图

 

   

4.软件设计

    在系统的软件设计中,采用模块化设计方法,使得程序结构清晰,便于今后进一步扩展系统的功能。在供电系统的运行过程中,接通和断开负载都会产生高频谐波干扰,如果采用硬件滤波存在硬件电路复杂、可靠性下降、综合成本加大等诸多不利因素。系统求取电力参数采用数字滤波方式来祛除干扰,通过软件处理来代替硬件电路,取得了较好的滤波效果[5]

此外,系统中还采用指令冗余、软件陷阱等抗干扰措施,使系统具有良好可靠性能。

3.1 交流采样算法

    在一个周期内对某一电压进行等时间间隔连续采样,对得到的N个采样数据分别计算出电压U的有效值:

   式中:  分别为同样相电压的k次采样值。

主流程如图所示,PORTC.0~PORTC.4分别对应设定为U相、V相、W相平均数据采集。

 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.结论

本装置采用高速芯片组,采样速度快;采用多种算法,数值精确,可靠性高。采集电压电流精度:1级。产品功耗 ≤1W。实时监测电力线路设施,在发生缺相、断电、断路时,马上报警。电压高于或者低于设定值,现场不报警,但是发出电压异常信号及电压值到中心。可由中心主动发出采集信号,将前端电压电流信号采集到中心;也可设置定时由前端主动将电压电流信号传输到中心。三相电流采集端子,同时采集三相电流(需外接电流互感器);系统只需要在中心发出指令,前端设备可以上传电压、电流数值。通讯采用GPRS/CDMA1x通道,无需网络建设、运行、维护成本低。专业的防雷设计;专业的手机卡保护设计。防水机箱,工作温度:-25℃-+70℃。可外接电感式电流传感器,提供无功功率因数供管理部门参考。

 

参考文献

[1] 刘羽峰,宁媛 六轴旋翼碟形飞行器控制系统软件设计及仿真研究[J].计算机测量与控制201119卷 第51028-1029

[2] 牟龙华,朱国锋等生基于智能电网的智能用户端设计 [J].电力系统保护与控制.201011月第21 38卷第4374-376

[3] 何帅,高晓蓉等 激光限界检测中扫描系统的设计 [J]微计算机信息20092512-2109-111  

[4] 林涛郭晓 陈恩 基于Si4432GPRS远程智能抄表系统的研究[J]自动化与仪表2014年第7期  31-34

[5] 廖骏杰 徐晶华 大地电磁天然场远程测量系统的设计[J].自动化仪表.20147月 第26卷第430-33

作者简介:陈大力(1975-),男,吉林四平人,工程硕士,副教授,从事电子产品设计和工业系统控制方面研究。

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