（电气工程专业论文）韶关电力大客户负荷管理系统的设计与实现.pdf

摘要 电力大客户负荷管理系统是围绕着需求侧管理，集现代数字通信技术、计算机软硬 件技术、电能计量技术和电力营销技术为一体的综合性的实时信息采集与分析处理系 统。其主要目标是管理大客户负荷，在用电高峰时下发控制命令，启动负荷管理现场终 端的功率控制功能。通过负荷特性的分析和预测，及早制订不同情况下的错峰、避峰预 案和措施，引导客户积极参于调荷避峰，实现改善电网运行负荷峰谷差，减少停电次数， 缩短停电时间。从而改善电网负荷曲线形状，使负荷曲线趋于平坦，提高用户和电网的 负荷率，提高发、供、用电设备的利用率，达到电网的安全和经济运行。随着我国电力 工业改革的不断深入，厂网分开，市场化已成为发展方向，电力大客户负荷管理系统 作为电力营销、电力需求侧管理、客户服务的重要技术手段，已越来越显出它的实用价 值。因此迫切需要研究和设计电力大客户负荷管理系统。 本文分析了国内外电力负荷管理的发展概况，立足于韶关供电局负荷管理，电力营 销和需求侧管理的实际需要、今后发展及系统的规模效益，依据有关的标准和原则，对 韶关电力大客户负荷管理系统的系统结构、性能指标、系统功能、软件、硬件进行了设 计和实现，并对系统的应用进行了效益分析，提出了改进方案。在系统设计时，重点突 出了主站数据采集功能、负荷管理、防窃电功能及其软件设计，现场终端的硬件、软件 设计，现场终端采用嵌入式系统。通过调研，对各种通信方式和组网方式进行了技术、 经济论证，确定了以专线连接的g p r s 无线网络作为系统的通信方式，使系统更具特色。 韶关电力大客户负荷管理系统的实现，将为韶关电网需求侧管理提供有效的技术装 备保障。 关键词：负荷管理系统；g p r s 无线网络；嵌入式系统；设计和实现 a b s t r a c t t h el o a dm a n a g e m e n ts y s t e mi sar e a lt i m ei n f o r m a t i o nc o l l e c t i o na n da n a l y s i s m a n a g e m e n ts y s t e ma r o a n dt h ee l e c t r o - d e m a n d s i d e ，w h i c hi n c l u d e st h em o d e mt i m e s n u m e r a lc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y ，t h es o f t w a r ea n dh a r d w a r et e c h n o l o g y , t h ee l e c t r i c e n e r g ym e a s u r e m e n tt e c h n o l o g ya n dt h ee l e c t r i cp o w e rm a r k e t i n gt e c h n o l o g y i t sm a i na i mi s t om a n a g el a r g ec u s t o m e rl o a d ，t os e n dc o n t r o lo r d e ri np e a kl o a dt i m ea n dt os t a r t u pt h el o a d m a n a g e m e n tf i e l da g e n t sp o w e rc o n t r o lf u n c t i o n a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i sa n df o r e c a s to f t h el o a dc h a r a c t e r i s t i c i tc a np r e p a r et h em e a s u r e st os t a g g e ra n da v o i dt h et i m ei n t e r v a lo f p e a l cl o a di nd i f f e r e n tc o m p l e x i o n 鹪s o o na sp o s s i b l e ，a n dt h e ng u i d et h ec u s t o m e r s t oj o i ni n i ta c t i v e l y ，i m p r o v et h es i t u a t i o no f t h ed i f f e r e n c ei nt h en e t w o r k sp c a ka n dl o ws e r v i c el o a d ， r e d u c et h et i m eo f p o w e rc u ta n ds h o r t e nt h eh o u ro f p o w e rc u t a c c o r d i n gt oi m p r o v e m e n to f t h es h a p eo f t h en e t w o r k s1 0 a dc u r v e i t 锄m a k et h el o a dc u r v eg of l a t n e s sa n da d v a n c et h e c u s t o m e r sa n dn e t w o r k sl o a dm t e c o n s e q u e n t l yi tc a na d v a n c et h ea v a i l a b i l i t yo fe l e c t r i c p o w e rg e n e r a t i o n , s u p p l ya n de l e c t r o e q u i p m e n tt oa c h i e v et h en e t w o r k ss a f ea n de c o n o m i c o p e r a t i o n w i t ht h ec o n t i n u a ld e e pr e f o r m a t i o n i no u rc o u n t r y se l e c t r i cp o w e ri n d u s t r y , p o w e rp l a n ta n dg r i dh a ds e p a r a t e d ，t h em a r k e t i n gc h a n g et u r n si n t ot h ew a yo f d e v e l o p m e n t l o a dm a n a g e m e n ts y s t e m , a st h ei m p o r t a n tt e c h n o l o g yi n s t n a n e n ti ne l e c t r i cp o w e r m a r k e t i n g ，d e m a n d s i d em a n a g e m e n ta n dc u s t o m e rs e r v i c e ，h a sd i s p l a y e di t si m p o r t a n tu t i l i t y v a l u e t h e r e f o r es t u d y i n ga n dd e s i g n i n gt h el o a dm a n a g e m e n ts y s t e mb e c o m em o r ea n dm o r e i n s t a n l 1 1 1 ed e v e l o p m e n tg e n e r a ls i t u a t i o n so f e l e c t r i cl o a dm a n a g e m e n ti n s i d ea n do u t s i d eo u r c o u n t r ya r ea n a l y z e d a n dt h e ng e t t i n gg o i n gf r o mt h ef a c tn e e do ft h el o a dm a n a g e m e n t , e l e c t r i cp o w e rm a r k e t i n ga n dd e m a n d s i d em a n a g e m e n ti ns h a a g u a np o w e rs u p p l yb r a n c h , b e i n ge s t a b l i s h e di np r a c t i c ea p p l i c a t i o n , d e v e l o p m e n t a n ds y s t e m i cs i z eb e n e f i ta n d a c c o r d i n ga si n v o l v e ds t a n d a r da n dp r i n c i p l e ，t h es y s t e ms t r u c t u r e ，c a p a b i l i t yt a r g e t ，s y s t e m f u n c t i o n , s o f t w a r ea n dh a r d w a r eo fs h a o g u a nl o a dm a n a g e m e n ts y s t e ma r ed e s i g n e da n d r e a l i z e d t h ea n a l y s i sb e n e f i t sa f t e ru s i n gt h es y s t e ma n dp u tf o r w a r dt h ep r o j e c t st oi m p r o v e t h es y s t e m b e t w e e ns y s t e md e s i g n , t h em a i n s t a g ed a t ac o l l e c t i o nf i m c t i o n , l o a dm a n a g e m e n t f u n c t i o na n ds o f h v a r ed e s i g n ；f i e l da g e n t sh a r d w a r ea n ds o f t w a r ed e s i g n sa l es t o o do u t f i e l d a g e n t i s i m p l e m e n t e dw i t he m b e d d e ds y s t e m a n da c c o r d i n gt or e s e a r c h , k i n d s o f c o m m u n i c a t em o d e sa n dn e t w o r k sa s s e m b l ew a y sa l ed e m o n s t r a t e dt e c h n o l o g i c a l l ya n d e c o n o m i c a l l y ，t a k i n gt h eg p r sw i r e l e s sn e t w o r kw h i c hi sc o n n e c t e dw i t hs p e c i a lr a i l w a yl i n e a st h es y s t e mc o m m u n i c a t i o nm o d ei sc o n f u m e d , w h i c hm a k e st h es y s t e mb eo fm o r e t h er e a l i z a t i o no fs h a o g u a nl o a dm a n a g e m e n ts y s t e mm a yo f f e rs h a o g u a nn e t w o r k s d e m a n d - s i d em a n a g e m e n te f f e c t i v ee n s u r eo f t e c h n i q u ea n de q u i p m e n t k e y w o r d s ：l o a dm a n a g e m e n ts y s t e m , g p r sw i r e l e s sn e t w o r k , e m b e d d e ds y s t e m ， d e s i g na n di m p l e m e n t i 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名：习多蕴，孚 日期：7 o 。6 年i 2 - n c 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校 有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位 论文被查阅( 除在保密期内的保密论文外) ；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位 论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 本学位论文属于： 口保密，在年解密后适用本授权书。 口不保密。 学位论文全文电子版提交后： 口同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：豸釜蓥绎日期：2 9 。哗，1 月彳曰 指导教师签名；伺狮 日期： 第一章绪论 第一章绪论 近年来，随着国民经济的高速发展，负荷快速增长，电网备用容量小，长期处于满 负荷运行的紧张状态下，调峰能力差，在发供电设备故障情况下，为了保证电网的安全 运行，不得不采取拉闸限电的办法来降低电网负荷。一拉一条线，超用电的用户被停 电，不超用电的用户也被停了电。这种无计划的拉闸限电，不仅会造成工厂企业突然停 电，给企业和国民经济带来重大的经济损失，还会给人民的生活和社会秩序带来严重影 响。与此同时，部分工矿企业、事业单位电力的使用效率不高，甚至严重浪费电力的情 况时有发生。大客户负荷管理系统具有负荷控制功能，能对用电负荷进行合理的管理和 直接控制。改善电网负荷曲线形状，使负荷曲线趋于平坦，提高用户和电网的负荷率， 从而提高发、供、用电设备的利用率，达到电网的安全和经济运行，提高投资效益，对 发电、供电和用电以及整个社会都有很大好处。 1 1 电力大客户负荷管理系统简述 电力大客户负荷管理系统是集现代数字通信技术、计算机软硬件技术、电能计量技 术和电力营销技术为一体的用电需求侧综合性的实时信息采集与分析处理系统。它以公 共的移动通信网络为主要通信载体，以无线电台、公用电话网、光纤网为辅助通信载体， 通过多种通信方式实现系统主站和现场终端之间的数据通信，具有大客户远程抄表、用 电异常信息报警、和负荷控制等功能。 负荷管理系统的前身是负荷控制系统。早期主要用于执行电力紧张时的“限电不拉 路”。随着电力市场的起步和电力供需矛盾的变化。负荷管理系统的功能不断拓展，从 早期的以控为主向综合管理发展。 与负荷管理系统相类似的是自动抄表系统( t m r ) ，该系统的主要功能是对电能表 计量的电能量数据进行自动采集、远传和存储，预处理、统计分析等，可见在大客户应 用层面，大客户负荷管理系统已经包含了自动抄表系统的功能。 1 2 电力大客户负荷管理系统的意义 1 对电力生产的意义 需求侧管理( 简称d s m ) 是目前国际上推行的一种先进的资源规划方法和管理技术。 电力需求侧管理是电力企业利用科学、合理，有效的技术措施和运营策略，在用户的参 与下，对负荷曲线进行改善，达到合理利用电能资源，提高用电效率的目的，使节约与 发展并行，实现战略节电和战略负荷增长，最终实现电力企业和用户的共同利益。 l 华南联王大学联学位论文 电力负荷警瓒系统可从电力需求侧管理的角度进行削蜂填谷，限电不拉阉，减少基 建投资，减少机缀启停调峰造成的损失。此外可进行配电线路负荷率调整，可对地方电 厂和上网的企业囱备电厂发电进行必黉的监控。 2 。对电力营镪黥意义 电力受蔫警瑷系统对电力客声帮送移实露监控，黧簸筏客户雳电戆交讫，辩欠费客 户报警及进行有效的停、限电控制，对客户的各时段用电情况进行计量等。同时也可自 动监测和记录客户窃电情况，实现预售电的运营方式，可从根本上解决收费熊和欠费问 题，实现远力抄袭，进行用电预测分擀。为电力营销环节实现自动化、网络化綮理，奠 定基磷。 3 对供用愈秩_ | 掌的意义 利用电力负荷集中控制的手段，西己合法律和经济的措施，把用电管理深入剿户，建 立正常的供用电秩序。 l 。3 电力负蕊譬理麓效益 对用电受荷遴行有效的管理和控制可改善负荷蓝线，掇离发供电设备的幂j 雕率，可 防止拉闸限电，溅免影响社会生产和嫩活。负荷管理的效菔主要体现在以下几方面1 j ： 1 对客户的效益 c 1 ) 防止接溺嫩电，便于安鬟 擞： ( 2 ) 实行需鬣控制和实行分瓣毫徐，篌客户受蓥： ( 3 ) 提高窖户的用电水平。 2 对发电的经济效益 ( 1 ) 协助解决调蜂问题； 2 ) 毒秘予攥嵩发龟经涛注释安塞性： ( 3 ) 负荷曲线平稳，可以多发毫。 3 对供电的缀济效益 ( 1 ) 降低购电费用。负荷管理可以降低地区电网的最大需量，从而降低地区电网向 大毫瓣建毫豹费溺。 ( 2 ) 降豫线揆。由于线路损失葛受旖的平方成正跑，羧糊7 峰荷，提高了负荷率， 使最大负荷下降，将能降低供电系统的损耗，提高供电爨。 ( 3 ) 可以开媵配电自动化。配电囱动化是建立在配电设备和信道基础上，内于开展 2 第一章绪论 负荷管理必然要建立这种信道，所以负荷管理也为配电自动化奠定了基础。 1 4 国内外文献综述 1 4 1 负荷管理系统的国内外发展概况 国外从2 0 世纪3 0 年代开始，就应用负荷管理技术了。英国最早采用开关钟切换电度 表，分别统计峰谷电费。2 0 世纪4 0 年代，西欧一些国家应用了音频控制装置。法国、德 国、瑞士等国家大量使用音频电力负荷控制，并很快向世界其它地区发展。东欧的匈牙 利、亚洲的e t 本相继引进音频控制设备的生产专利，马来西亚、阿拉伯各国也逐渐使用 音频控制技术进行电力负荷控制。美国在世界性石油危机以后，为减少调峰油耗，才开 始重视电力负荷控制技术。1 9 7 5 年，装用了第一套音频电力负荷控制系统，接着又研制 发展了无线电电力负荷控制技术和电力线载波负荷控制技术。发达国家使用电力负荷控 制装置，已有六十多年的历史，是在不缺电的情况下发展起来的，发达国家使用这项 技术主要目的是改善电网负荷曲线，削峰填谷，提高电网运行的经济性、安全性和发电 设备投资的效益，推迟电力设施的建设投资。国外正把注意力从一般的负荷控制转向配 电自动化、需求侧管理和对电力市场的技术支持。更加注意采集用户的用电数据，进行 自动远方抄表，同时进行负荷控, o t 2 j 我国从1 9 7 7 年底开始了电力负荷控制技术的研究和应用，过程大致可分为几个阶 段。1 3 1 1 9 7 7 年- - 1 9 8 6 年为探索阶段。研究了国外电力负荷控制技术所采用的各种方法， 并自行研制了音频、电力线载波和无线电控制等多种装置，同时由国外引进一批音频控 制设备安装在北京、上海、沈阳等地。1 9 8 7 1 9 8 9 年为有组织的试点阶段。主要试点开 发国产的音频和无线电负荷控制系统，分别在济南、石家庄、南通和郑州安装使用，都 获得了成功。在试点成功的基础上，1 9 8 9 年底在郑州召开了全国计划用电会议，要求首 先在全国直辖市、省会城市和主要开放城市重点推广应用，然后在所有地( 市) 级城市中 全面推广。1 9 9 0 1 9 9 7 年是全面推广应用的阶段。经过7 年多的努力，全国已有近2 0 0 个 地( 市) 级城市供电系统规模不等地建立了负荷控制系统，还有部分县级城市也开展了这 项工作。这些系统普遍采用了无线电作为组网信道，有些系统部分采用了音频或电力线 载波，也有采用分散性装置来补充无线电信道达不到地用户的控制。1 9 9 6 年7 月，重庆 市首先通过了电力部组织的负荷控制实用化达标验收，同年1 2 月，烟台和郑州也通过了 电力部组织的正式验收；1 9 9 7 年，又有绍兴、合肥、武汉、福州、张家口等五城市也相继 通过了电力部实用化达标验收。这标志着我国负荷控制的推广应用工作进入了一个新的 3 华糍璞王大学硕士学位论文 阶段。电力负蘅羧角l 在各逡的授入瀵行，使各地区的受荷鞠线有了很好的改蛰。1 9 9 7 年 以后的电力负荷控制系统从单一控制转向管理应用的发展阶段。 上世纪九十年代，电力供需矛盾趋向缓和，电力负荷控制系统的作用逐步转向了建 鼗正常静供电秩黟、豫障毫网安全、营配管理等方葱。系统增热了用电管理黥，功戆， 包摇焉电痿怠管瑗、远程掺表、麓散藤息获务等功髓。邃整扩震懿功麓，鬟离了奄力受 荷控制系统的经济价值和生命力。猩系统的数据处理方酾也打破了以前的局限性，扩展 了网络功能。为了更确切地表述这个系统，电力负荷拧制系统遂更名为电力负荷管理系 统。丑前，电力负荷管理中心可以邋过数据库和网桥与不阕的系统网络联结，将负荷警 毽系统夔大量数据毽悫送爱毫力系统瓣营蓬矮、调度薅、藿韭弱等，辩予毫瓣警理魏疆 学化和现代化，帮是不可或缺静。 1 4 2 负荷管理系统的通信方式 按照照大客户系统的通信特点燹求，目前可以使用及芷在应用的通信方式宥以下4 秘。 1 电话拨罨蠢式 这种方式的实现是由电信服务商提供通信连接，使用方在大客户现场终端侧和主站 计算机侧安装拨号m o d e m 实现通信对接。拨号连接有以下的技术特点：使用内置拨号 m o d e m 模块同远方圭站进行数据通臻；在透信兹需要通j 建援号建立连接，热暴鬟保涯实 嚣重佳，必矮傈簿逶信不翊蘩；遥售麓蠲占蘑电蓿逶遵资源；需要惠逶落撬供鬻支幸雩逶覆 费用，通信费用遇常按照通信时间长短计算；电力企蛾光 臀维护通道。 2 载波方式 这种方式需鬻在变电站侧和大鬻户侧同时安装耦岔器和配电载波调制解调嚣，采用 l 戆n 魏方式。这耱逶绩薮拳魏特熹怒；嚣震孛压配毫薅终转浚售号，无爨另癸絮设线路； 载波设备一次投资较大；信号的传输不受地理环境静影响通信信道不易被破坏；通信 可靠性差，通信成功率低；无需支付通信使用费，但需聚进行运行维护。 3 g p r s 无线网络方式 方案实现；在瑗户装电表测安装壤场终溃窝g p r s 邋傣模块。 g p r s 是适穗努缝无线韭务( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e m c o 豹英文筒称，嘲 s l 潮潮黻锷是 在常规g s m 系统上发展出来的一种新的分组数据承载业务。g p r s 通信采用岛g s m 相同 的频带并共享相同基站设备，而收发嚣则采用与g s m 不同的形式。它与g s m 系统最根 本的区别是，g s m 是一静电路交换系统，瑟g p r s 是一种分组交换系统，g p r s 特别适用 4 第一章绪论 于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用与偶尔的大数据量传输。 g p r s 无线网络方式具有如下技术特点【4 】【5 】【6 】r 玎嗍例： ( 1 ) 专用数据业务网，数据直接传输、速度较高：由于g p r s 采取了先进的分组交换 方式，数据传输最高理论值可达17 1 2k b s ，实际速率一般在2 0 5 0 k b s 。 ( 2 ) 对通信资源利用率高，按量计费：按数据传输量来计费，没有传输数据信息时， 即使实时在线也不会发生费用。 ( 3 ) 无线通信，实时在线：各通信点现场终端与主站设备随时都保持网络联系，可 以及时将窃电信息、计量设备故障、供电质量、电量表码等数据及时上传，提高服务响 应速度。 ( 4 ) 空中加密，安全性好。 4 2 3 0 m h z 无线电台 国家无线电委员委批准2 3 0 频段的1 5 对双工频点和1 0 对单工频点作为无线电力负荷 管理系统的专用频剧埘，目前我国电力负荷管理系统已经建成为覆盖全国大部分地区的 通信网。目前国内多数系统采用1 2 0 0b p s 的通信速度，另外一些系统采用6 0 0 或2 4 0 0b p s 的通信速度。一般来说，经过细致的场强测试和通信方案设计后，无线系统是相当可靠 的，实际使用的情况也证明了这一点。由于通信网一旦建成，可作为多种数据的传输通 道，因此，无线通信网有明显的经济和技术优势，2 0 世纪9 0 年代国内负荷管理系统的主 流是无线信道。 1 4 3 嵌入式系统 1 嵌入式系统定义 嵌入式系统指以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适于应用系 统对功能、可靠性、成木、体积和功耗等严格要求的专用计算机系统，是一个具有广阔 发展前景的信息技术领埘1 1 1 。 目前一个完整的高性能嵌入式系统通常包括硬件系统和软件系统两部分。硬件系统 包含嵌入式处理器，各种片内或片外的存储器r o m , s r a m 和s d r a m ，实现一定功能的 外围电路模块等。软件系统包含系统自启动引导代码b o o t l o a d e r 和嵌入式操作系统，外 围电路各模块的驱动程序，应用程序等。嵌入式系统的一般总体结构如图1 1 所示： 嵌入式系统应具有的特点剧1 2 ： ( 1 ) 高可靠性，在恶劣的环境或突然断电的情况下，系统仍然能够正常土作： ( 2 ) 许多嵌入式应用要求实时性，这就要求嵌入式操作系统具有实时处理能力： 5 肇蠢理工大学醭士学位论交 ( 3 ) 嵌入式系统和具体应用菊机地结合程一起，它的升级换代也与舆体产品同步 进行； “) 嵌入式系统中的软俸代弼要求高质羹、嵩可靠性，一般部国亿在廷读存储器巾 或闪存中，也就是i 蔸软件要求固态化存储，而不是存储在磁盘等载体中。 袋入式痰蠲软绺 绥入武攥体系统 嵌入式戆理羹l 嵌入式舞l i 浚鍪 嵌入式磁件警弁 图1 1 嵌入式系统极梅 2 嵌入式处理潞 灏琢上公认的遐用嵌入式处理器有三丈类：m c u ( m i c r o c o n t r o l l e ru n i t ) 、d s p ( n i g i t 鑫l s i g n a lp r o c e s s o r ) 和m p u ( m i c r o p r o c e s s o ru n i t ) 。 ( 1 ) 嵌入式微处理器( e m b e d d e dm i o r o p r o o e s s o ru n t e m p u ) 嵌入式微处理器静基础是邋耀诗算枧中豹c p u 。在应用孛将微处理嚣装配在专门 设计静电路板上，哭保留稆嵌入戏应用有关的蹲板功能，这样可以大幅度减小系统体截 和功耗。为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器屡然在功能上和标准微处璁 器基零是一样豹，缎在工终温度、抗电磁干扰、可靠性等方蕊一般都徽了备释增强。 稻工监控制计算祝相眈，嵌入式微处理嚣鬃有体积，j 、黧董轻、成本低、可靠往态 的优点，但是在电路板上必须包括r o m ，r a m 、总线接口、各种外设等器件，从而降 羝了系统的可靠性，技术保密性像较差。嵌入妓擞处理器及菸存姥器、总线、外设等安 装在一块电路援上，称为苹板计撵机。如s t d ，b u s ，p c i 0 4 等。 ( 2 ) 嵌入式微控制器( 啊i c r o c o n t r o l l e ru n t m c u ) 嵌入式擞控割嚣又称单片撬，鬏名恩义，就跫将整个计算税系统集成烈一块芯片中。 嵌入式微控制器一般以莱一种微处理器内核为核心，芯片内部集成r o m e p r o m ，r a m 、 总线、总线逻辑、定时计数器、w a t c h d o g ，i o 、串行口、脉宽调制输出、a d ，d a , e e p r o m 等各静必要功能帮强设。失适应誉弱豹应震霭求，一般一令系麓豹单嚣瓠爨有多静餐囊 产品。每种衙生产黼的处理器内核都是一样的，不同的是存储器和外设的配置及封装。 6 第一章绪论 这样可以傻孽片机最大限度鲰和应用需求据匹配，功能不多不少，瓢瓣减少功耗和成本。 和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点悬单片化，体积大大减小，从而使功 耗和成本卜降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系统工业的土流。微控制器的片上 外设资源一般魄较丰富，适会予控裁，因j | ：称为微控制器。 ( 3 ) 嵌入式o s p 憝理器( e m b e d d e dd i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r ，e d s p ) d s p 处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行d s p 算法，编译效 率较高，指令执行速度也较离。在数字滤波、f f t 、谱分析等方面d s p 算法正在大量进 入嵌入式领域，d s p 应用正从农通用单片机中以酱遗指令实现d s p 功能，过渡至采用嵌 入式d 黯憝理器。 3 嵌入式操作系统 嵌入溅操作系统e o s ( e m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m ) 是一种用途广泛的系统软件， 过去它主要应用于工业控制和国防系统领域。e o s 受责嵌入系统的全部软、硬件资源的 分配、璃嶷秘控裁。它必绥体凌其所在系统熬黪鬣，藐够透过装帮莱熬模块亲达到系绕 j 箩 要求黯功缝。 目前，已推出一些应用比较成功的e o s 产品系列。随着i n t e r a c t 技术的发展，信息家 电的普及威用和e o s 的微型化、专业化，e o s 开始从单一的弱功能向商专业化的强功能 方向发震。嵌入式操作系统农系统实时离效性、骥传抟相关依赖性、软 牛固纯以及应用 戆专惹毪簿方嚣兵骞较秀突滋瓣特点。e o s 是程对于一簸撩痒系绞褥森的，它豫兵釜了 一般操作系统最基木的功能，如任务调度、同步机制中断处理、文件处理等外，还有以 下特点：【埘 ( 1 ) 埘装卸性。开放性、可伸缩性的体系结构。 ( 翁强爽瓣睦。e o s 实爨装一般较强，霹焉予冬耱浚冬控裁当孛。 ( 3 ) 统一豹接口。提供器种设备驱动接口。 ( 4 ) 操作方便、简单、提供友好的g u i ( g r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c e s 图形用户界 而) ，追求易学易用。 ( s ) 援 ；l l 强大的网络功筑，支持t c p i p 秘议疑英其它 办谈，援供t c p u d p i p p p p 协 议支持疑统一豹m a c 鞠e d i aa c c e s sc o n t r o l ，媒体存敬控裁) 谤闳落缓穰，为各种移动计 算设备预留接口。 ( 6 ) 强稳定性，弱交互性。嵌入式系统一旦开始运行就不需要用户激多的干预，这 就要负责系统管理的e o s 具番较强的稳定性。嵌入式操作系统的用户接i z l - - 般不提供操 7 肇南瑾工大学碛惫学位论文 作命令，它已通过系统的调用命令向用户程序提供服务。 ) 固亿我码。拦嵌入式系统审，嵌入式搽律系统和应熙菰终被重化援瑕入式系统 的r o m 中。 ( 8 ) 辅助存储器在嵌入式系统中很少使用，因此，嵌入式操作系统的文件管理功能 应该簇够缀容易缝撼帮，嚣趸各聿争建毒文待系绫。 ( 9 ) 更好的硬件适应性，也就是良好的移掇憔。 如今，主要的嵌入式操作系统有v x w o r k s ，q n x , p a l m o s ，w i n d o w sc e 以及嵌入式 l i n u x 铸。 1 5 课题的来源及主要研究内容 韶关供电局电力太客户负荷管理系统是广电集团公司2 0 0 4 年- - 2 0 0 6 年的营销改造 瑗霞，逶行分多实麓。论文懿主要磅究蠹容是： ( 1 ) 系统总体设计，其中包播确定设计依据和目标，系统的总体要求，系统结构设 计， 生熊指标的要求等： ( 2 ) 遴僖方寨设诗，售话逶傣方式选撵懿论证衽吴舔方案懿设计； ( 3 ) 主站设计，能括主站的硬件平台、软件平台的选择，软件功能和流程的设计。 “) 现场终端设计，包括终端的结构的确定，终端硬件、软件和功能嬲设计。 蠢煮突密系统功麓、系统软璇传帮逶藩方霞酶设舌 。下甏分章叙述。 3 第二章系统总体设计 第二章系统总体设计 2 1 设计依据 负荷管理系统设计应遵守如下有关的国家标准、行业标准、企业标准： ( 1 ) g b t 1 3 7 3 0 - - 9 2 地区电网数据采集与监控系统通用技术条件 ( 2 ) g b 8 5 6 6 8 8 计算机软件开发规范 ( 3 ) i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 2 远动设备及系统第5 部分第1 0 2 篇电力系统中传输累计量 ( 电能量) 配套标准1 9 9 6 应用标准 “) 0 0 0 卜1 2 1 0 4 0 1 2 0 0 1 地区负荷管理系统建设导p j j ) ( 5 ) d l t 7 4 3 2 0 0 0 9 9 9 ； ( 2 ) 主鼹务器e 朗手均负蓠s 4 溅； ( 3 ) 圭站设簧的平均无效障辩瓣m t b 龟2 0 0 0 0 小辩，浚场终端设备平筠嚣敌障工作 时间( m t b f ) 5 0 0 0 0 d 、时； ( 4 ) 系统遴行寿命 1 0 年； ( 5 ) 真嚣晌威时间s 3 秒； ( 8 ) 终褒浚餐蕊攘：系统最夫霹接入5 0 0 0 叁终端； ( 7 ) 终端交流采样； 2 5 2 系统运行环境 系统的硬件设餐在下述情况下应簏难常工作。 ( ) 主站遴移嚣凌 主站计算机设备安装在韶关供嘏髑信息机房内，温度为：1 5 3 0 摄氏度，灞发夕o ， 接地电阻s 1 q 。生站机房应考虑防雷防静电、防电磁辐射、防火，防尘等要求。供电电 源应采用u p s 电源供电，停电后u p s 持续供电时间大于或等于l 小时。 ( 2 ) 终端遴 掌舔境 现场终端安装在大客户处。部分装在室内配电房赴，稳箕环境甄没有空调也没有防 尘措施；部分安装在户外表箱内。溆臆。2 5 + 7 5 。 2 6 本章小缩 本章主要奔绥了系统豹设计依撂移蠢个总俸要求，溺述了系统兹设计题标鬻通令方 螽鲍主要功麓，臻述了系统结梅和誓俸过程，系统痘逡到翁性能指标。 1 2 第三章通信方案设计和实现 第三章通信方案设计和实现 大客户负荷管理系统的现场终端数量巨大，安装位置分散，电力通信网覆盖不了， 通信实现困难。实现大客户系统远方现场终端与主站计算机系统之间的通信连接成为制 约项目建设运行的瓶颈技术。 3 1 大客户负荷管理系统通信特点 大客户负荷管理系统计算机主站集中在韶关供电局，现场终端则分散分布在各大客 户供电电源点附近，主站与各现场终端的通信具有以下的几个特点： 1 大客户位置分散 韶关供电局3 1 5 k v a 以上容量大客户有2 0 0 户左右，1 0 0 3 1 5 k v a 容量大客户有2 0 0 0 户左右，韶关地区的9 个直管、代管县级供电局3 1 5 k v a 以上容量大客户合计有2 5 0 户左 右，1 0 0 3 1 5 k v a 容量大客户有3 0 0 0 户左右。大客户一般采用1 0 k v 配网供电，配电开关 及计量表绝大多数安装在客户侧，位置分散，无法象居民小区或变电站那样采用先对现 场信息集中处理然后再集中传输的方式。 2 实时性要求 由于现场用电异常信息必须即时传送到主站，否则将造成无计量用电损失，而且损 失随时间延续直线增长。同时为非计划性的错峰限电也需要在一定约定时间内完成对负 荷的远程控制。因此大客户计量必须有一定的实时性要求，延迟时间可以是分钟级。 3 数据量小 从主站到各计量点的下发命令通常采用比较小的短信息格式即可以满足，以时间设 定命令为例，整个命令帧数据部分占用8 b y t e ，帧头包括地址字、类别字、数据长度字 等占用6 b y t e ，帧尾填充字、校验字等等占用4 b y t e ，总共占用不超过2 0 b y t e 。其它下发 命令数据量更少。从现场终端到主站上发信息数据量相对较大。以1 个电表为例，同时 采集四象限电量日曲线，4 个量，9 6 个时间点，d r 2 4 k b y t e ，但是整个信息包1 0 k b y t e 完全可以满足。 4 缺乏电力通信网覆盖 目前韶关供电局电力通信网主要覆盖所属1 1 0 k v 及以上电压等级的变电站，大客户 绝大多数属1 0 k v 配网供电，目前暂无条件建设电力通信网的条件。 5 现场情况复杂 大客户供电电源点通常分布在大楼内部、架空杆线上、厂矿内、野外等处，布线困 1 3 华南理工大学硕士学位论文 难。 3 2 通信方式选择 与变电站自动化系统的通信要求相比，大客户负荷管理系统具有点数多、规模大、 电力通信网无法覆盖、实时性要求小及小数据量和电能量数据批量抄读的特点。根据大 客户系统的通信特点及国内负控系统已有组网方案，选择了2 3 0 m h z 无线电台、中压载 波、g p r s 公共网络三种通信组网方案进行了技术经济比较。据我们所做的调研发现， 三种通信方式在广东省内的应用都开展了局部试点，试点用户量都超过1 0 0 户根据试 点情况，结合大客户通信特点，从通信质量及建设维护管理等方面进行了技术比较，比 较结果见表3 1 表3 1 通信方式技术比较表 f o r m 3 1t e c h n o l o g yc o m p a r i s o nb e t w e e ns e v e r a lc o m m u n i c a t i o n s 内容 g p r s 中压载波2 3 0 m h z 无线电台 组网方式 v p n 专网利用电力线缆，在客户端及利用国家无线电委员会批 变电站侧安装载波设备信准的2 3 0 m h z 频段建立专用 号无线通信网 速率 2 0 1 7 1 k b p s 1 2 0 0 9 7 0 0k b p s3 0 0 2 4 0 0k b p s 抗干扰性好，专业通信网络，不易受低，受干扰几率高，特别是一般，容易受到外界通信信 到外界干扰电力谱波干扰号干扰 实时性网络方式实时在线，延迟时电路方式实时连接，但不能电路方式实时连接，实时性 问一般不超过7 0 0 m s够与同一载波线路上多个好 终端同时通信 施工周期短，只需建立主站系统与通长，需要在变电站和客户端较长，需要进行基站选址建 信服务商数据中心之间的安装载波通信设备，需停电 立基站，且调试难度高 专线连接 工作 维护工作由通信服务商提供专业维 供电企业自己进行维护，受供电企业自己进行维护，需 护 配电线路运行影响，维护量要专人维护 较大 成熟度成熟。目前银行、商场、交不够成熟。在电力行业有少成熟，是我国早期负荷控制 通、电力多个行业应用量应用系统的主要通信方式 安全性公用通信电路，安全性需利专用通信电路，不与外部通专用通信电路不与外部通 用v p n 、a p n 隧道技术以及 信网络连接，非常安全 信网络连接 加密、身份认证等来加强 1 4 第三章逶售方案设谤秘安瑷 经济跑较主要体现在固定投入和运行维护赘凡方面，按照安装1 0 0 户现场终端比较， 结果见表3 - 2 。 袭3 2 通信组网方案经济比较 f o r m 3 2e c o n o m yc o m p a r i s o nb e t w e e ns e v e r a lc o m m u n i c a t i o n s 阮较内容 g p l 塔 孛摄载波2 3 0 m h z 无线电台 固定投入( 包括现场终端) 1 0 0 万元1 6 0 万元 3 0 0 万元 年运行费用2 4 万元，( 每户每月无兹 2 0 觉) 维护费用无 3 万元鹕万元 赉表3 - l 和表3 - 2 范较霹觅，g p 珏方式其有技术藏熟，实现麓摹，邋信速率高，建设 及维护成本低的优点，无论从技术上还是经济上，都具有一定的优势，结合韶关地区大 客户的通信特点，在通信方案上选择g p r s 方式。 3 。3g p r s 无线通信网络的设计与实现 3 。3 1g p r s 无线通信组鞠方式研究 由予g p r s 网络是基于豫协议的，可与其它分缎数据网络( 如i n t e r a c t 网) 进行无缝、直 接连接，因此，g p r s 无线通信组网方案不仅仅周限于g p r s 网内，也可以通过i n t e m e t 网来实瑗。 。g p r $ 痰瓣实瑗方案 ( 1 ) 系统主站通过移动公翻的专线接入 由g p r s 网络的g g s n 经数据专线连接至系统擞站。这种专线接入方式数据传输是在 g p r s l 鼹内进行的，通过申请专用的a p n ( 接入点名称) 来实现。专用a p n 是指用户和移动 运营裔协髓戆a p n ，用于瘸声遥：遘g p r s 弼缀建爨己懿按照标准鹣i p s e c 絮稳设诗魏 ，n ( 虚拟专用两) ，它支持动态球缝垃，可戳实现攮绝井部访闯和阻成访每舞帮等功麓。 数据采集点的g p r s 现场终端擞陆g p r s 网络后，猩s g s n 上进行认证，通过认证后，s g s n 会在g g s n 分配一定区域的网内m 地址，之后就能够与系统主站建立遇信，实现双向数 据传输。 这耪方式带宽大( 数据专线豹繁塞一簸秀2 m ) ，支持，憝褒臻终壤戮并发豹方式发 送数据，假系统通信设备