（电气工程专业论文）电力负荷管理终端的实现与研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt og u a n g d o n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y f o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro f e n g i n e e r i n gs c i e n c e im p l e m e n t a t i o na n dr e s e a r c ho np o w e rl o a d m a n a g e m e n tt e r m in a l m a s t e rc a n d i d a t e ：f uw e i s u p e r v i s o r ：p r o f c h e n gh a n x i a n g m a y2 0 10 f a c u l t yo fa u t o m a t i o n g u a n g d o n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y g u a n g z h o u ，g u a n g d o n g ，p r c h i n a ，5 10 0 9 0 0 3m 55 4舢7iiii脚y 近年来，伴随着经济的快速增长，电力供求一直处于紧缺状态，尤其是经济高 速发展的珠三角地区，缺电更为严重。目前，各电网的负荷特性已经发生了很大的 变化，主要表现在高峰负荷持续时间越来越短。全国大部分地区电网的最大负荷增 长速度高于用电量的增长速度，导致“高峰缺电、低谷窝电 的现象时常发生。如 何有序用电越来越受到国内专家和电力工作者的重视。 电力负荷管理终端是保证电力系统稳定运行的重要手段，它在对大电力用户的 监控、对专用和公用的配电监测、以及远方集中抄表系统等场合已得到了广泛应用。 通过对用户负荷进行管理，可以避开高峰时段用电紧张的局面，减少电网一的压力， 同时对改变负荷曲线、改善电网运行状况发挥了重要作用。 本文首先分析了负荷管理终端的功能，接着详细阐述了终端各模块的组成与工 作原理。在此基础上，设计了一种基于a d s p b f 5 3 1 型d s p 芯片的新型电力负荷管 理终端，同时配合大容量的存储器及高精度的多通道a d 采样器件a d 7 3 3 6 0 进行采 样设计。本文对硬件组成和软件设计均做出了详细的论述，给出了关键的硬件电路 图和软件设计流程图。 在系统硬件设计中，首先介绍了系统硬件总体设计方案，接着对各主要硬件单 元模块进行了详细说明，主要包括处理器模块、存贮器模块、交流采样模块、显示 模块和通信模块等。 在软件设计中，将实时操作系统g c o s i i 移植到负荷管理终端的主处理器中， 将一个较为复杂的应用程序，分解为多个任务模块，提高了整个系统的实时性、可 靠性和开发效率。该部分阐述了基于嵌入式实时操作系统g c o s i i 的软件设计方 案，包括设计思想、系统移植、相关模块的划分和优先级的安排，并对部分功能模 块设计流程进行了说明。 最后，对电力负荷管理终端在运行中容易受到的干扰进行了详细的阐述，并介 绍了电力负荷管理终端在各项测试实验中容易产生的问题及应该采取的措施。 整个电力负荷管理终端的设计均采用模块化的设计理念，能够适应大用户负荷 管理、配电变压器检测、电能表抄表和配电线路检测等应用的不同需求，具有很好 广东工业大学工学硕士学位论文 荷管理终端；实时操作系统；配电检测；a d 7 3 3 6 0 1 1 a b s t r a c t a b s tr a c t i nr e c e n taf e wy e a r s ，a c c o m p a n y i n gw i t ht h ef a s tg r o w i n ge c o n o m yi nc h i n a ， g e n e r a l l ys p e a k i n g ，t h ep o w e rd e m a n d i n gi sb e y o n dt h es u p p l y e s p e c i a l l y i ns o m e s p e c i f i ca r e a ，s u c ha sp e a r lr i v e rd e l t ar e g i o n ，p o w e rd e m a n d i n gi s f a rb e y o n dp o w e r s u p p l y t h e r ea r em a n yc h a r a c t e r i s t i c d i f f e r e n c e si ne a c hp o w e rg r i dc o m p a r i n gy e a r s a g o t h em a i ni s s u ef o c u s e so nt h ec o n s i s t e n c eo fh i g hp o w e rs u p p l yo nt h ep e a ko f p o w e rd e m a n d b a s i c a l l y ，i nm o s tp o w e rg r i d ，t h eg r o w i n gs p e e do fp o w e rs u p p l yi s h i g h e rt h a nt h es p e e do fp o w e rd e m a n d i n g c o n s e q u e n t l y ，as t r a n g ep h e n o m e n o n ，l o w s u p p l yo nt h ep e a ka n dh i g hs u p p l yi nt h eb o t t o m ，h a p p e n sa l lt h et i m e l o t sa n dt o t so f p o w e re x p e r t sa n dt e c h n i c i a n s a r e g e t t i n g i n t e r e s t e di nh o wt o o p t i m i z e rp o w e r d e m a n d i n ga n ds u p p l ya td i f f e r e n tt i m ep e r i o d s p o w e rl o a dm a n a g e m e n tt e r m i n a li sa ni m p o r t a n tt o o lt oe n s u r es t a b l eo p e r m i o no f p o w e rs y s t e m i th a sb e e nw i d e l yu s e di n o c c a s i o n ss u c ha sm o n i t o ra n dc o n t r o lt ot h e l a r g ep o w e rc u s t o m e r s ，m o n i t o r t ot h eg e n e r a lo rt h es p e c i a lp o w e rd i s t r i b u t i o n t r a n s f o r m e ra n da u t o m a t i cm e t e rm e s s a g er e c o r d i n gs y s t e m ，e t c b a s e do np o w e rl o a d m a n a g e m e n tt e r m i n a l ，i tn o to n l yc a na v o i dp e a ke l e c t r i ct e n s i o na n dr e d u c et h ep r e s s u r e o fp o w e r ，b u ta l s oc h a n g et h el o a dc u r v ea n di m p r o v et h en e t w o r ko p e r a t i o nc o n d i t i o n w h i c hh a sp l a y e da ni m p o r t a n tr o l e t h i sp a p e ra n a l y s e st h ef u n c t i o n so ft h el o a dm a n a g e m e n tt e r m i n a la tf i r s t ，a n dt h e n e x p l a i n st h em o d u l ec o m p o s i t i o na n dt h eo p e r a t i o np r i n c i p l ei nd e t a i l o nt h i sb a s i s ，t h i s p a p e rd e s i g n san e wl o a dm a n a g e m e n tt e r m i n a lu n i t ，w h i c hi sb a s e d o nt h ed s p c h i po f a d s p b f 5 31 i tn o to n l yh a sal a r g ec a p a c i t ys t o r a g eb u ta l s oi sp r o v i d e dw i t h h i g h - p r e c i s i o na n dm u l t i - c h a n n e la ds a m p l i n g d e v i c ea d 7 3 3 6 0 w h a ti sm o r e ，t h e c o m p o n e n to fh a r d w a r ea n dt h ef r a m eo fs o f t w a r ea r ee x p l a i n e di nd e t a i l ，a n ds o m e c i r c u i td i a g r a m sa n ds o f t w a r ef l o wc h a i r t sa r eg i v e n i nh a r d w a r ed e s i g no ft h es y s t e m ，t h et o t a lh a r d w a r ed e s i g np r o g r a mi si n t r o d u c e d a tf i r s t t h e ni td e s c r i b e si nd e t a i la l lt h em a j o ro rh a r d w a r em o d u l e s ，m a i n l yi n c l u d i n g i i i i v 2 1 4 输入输出单元和通信单元lo 2 2 负荷管理终端的基本功能1 1 2 3 技术指标13 2 4 本章小结1 3 第三章：负荷管理终端硬件设计1 4 3 1 硬件部分总体设计1 4 3 2 处理器模块选择15 3 2 1a d s p - b f 5 3 1 结构综述1 5 3 2 2 a d s p - b f 5 3 1 内核结构1 8 3 3 存储器模块1 9 3 3 1 内部存贮器结构1 9 3 3 2 外部存贮器扩展2 0 3 4 交流采样电路模块2 1 3 4 1a d 7 3 3 6 0 简介2 2 v 广东工业大学工学硕士学位论文 3 4 2 采样电路设计2 2 3 4 3 接口设计2 4 5 按键和l c d 显示模块2 5 3 5 1 液晶显示电路2 5 3 5 2 按键电路2 6 6 通信模块2 7 3 6 1 串口扩展电路2 7 3 6 2 抄表口r s 4 8 5 接口电路2 9 3 6 3 红外通信3 0 7 负荷控制电路3 1 8 实时时钟电路3 2 9 锂电池充电及其控制电路3 3 10 本章小结一3 4 负荷管理终端软件程序设计3 5 1 实时操作系统介绍3 5 2f c o s l i 的体系结构及其对编译器的要求3 6 4 2 1 体系结构3 6 4 2 2 对编译器的要求3 8 3 移植g c o s - i | 3 8 4 3 1 重定义o s c p u h 文件3 9 4 3 2 编写o s c p u c c 文件4 0 4 3 3 编写o s c p u a a s m 文件一41 4 软件总体设计4 5 4 4 1 软件设计的原则4 5 4 4 2 终端软件框架及优先级设计4 6 4 5 部分功能模块设计4 9 4 5 1 电能参数定时采集任务4 9 4 5 2 测量点定时抄表任务5 1 4 6 本章小结5 2 第五章可靠性试验分析5 3 v i 5 1 干扰来 5 1 1 5 1 2 5 2 相关试 5 2 1 5 2 2 5 2 3 5 2 4 5 2 5 绝缘强度试验5 8 5 2 仔高低温试验5 8 5 3 本章小结5 9 结论6 0 参考文献6 1 攻读硕士学位期间发表的论文6 4 独创性声明6 5 致 射6 6 v i i 广东工业大学工学硕士学位论文 c o n t e n t s a b s t r a c t i a b r t r a c t i i c o n t e n t s i v c o n t e n t s v i i 1e x o r d i u m 1 b a c k g r o u n da n dm e a n i n go f r e s e a r c h 1 r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n ts t a t u so ft h ed o m e s t i ca n da b r o a d 3 r e s e a r c hc o n t e n ta n ds e c t i o na r r a n g e m e n to ft h i sp a p e r 5 2f u n c t i o n a la n a l y s i so fl o a dm a n a g e m e n tt e r m i n a l 7 c o m p o s i t i o na n dp r i n c i p l eo fl o a dm a n a g e m e n t t e r m i n a l 7 2 1 1m a i nc o n t r o lu n i t 8 2 1 2a cs a m p l i n gu n i t 10 2 1 3d i s p l a yo p e r a t i n gu n i t 10 2 1 4i n p u ta n do u t p u tu n i t sa n dc o m m u n i c a t i o nu n i t 11 t h eb a s i cf u n c t i o no fl o a dm a n a g e m e n tt e r m i n a l 11 s p e c i f i c a t i o n s 13 s u m m a r yo ft h i sc h a p t e r 13 3l o a dm a n a g e m e n tt e r m i n a lh a r d w a r ed e s i g n 。1 4 o v e r a l lh a r d w a r ed e s i g n 1 4 p r o c e s s o rm o d u l es e l e c t i o n 11 ； 3 2 1a d s p b f 5 31s t r u c t u r es u m m a r y 15 3 2 2a d s p b f 5 3 】c o r es t r u c t u r e 18 3 3m e m o r ym o d u l e s 1 9 3 3 1i n t e r n a lm e m o r ys t r u c t u r e 1 9 3 3 2e x t e r n a lm e m o r ye x p a n s i o n 2 0 ：；4a cs a m p l i n gc i r c u i tm o d u l e 2 1 3 4 1 k d 7 3 3 6 0i n t r o d u c t i o n 2 2 c o n t e n t s 3 4 2s a m p l ec i r c u i t 2 2 3 4 3i n t e r f a c ed e s i g n 2 4 3 5k e y sa n dl c dd i s p l a ym o d u l e 2 6 3 5 1l i q u i dc r y s t a ld i s p l a ym o d u l e 2 6 3 5 2k e y sm o d u l e 一2 7 3 6c o m m u n i c a t i o nm o d u l e 2 7 3 6 1s e r i a lp o r te x p a n s i o nc i r c u i t 2 7 3 6 2m e t e rp o r tr s 4 8 5i n t e r f a c ec i r c u i t 2 9 3 6 3i n f r a r e dc o m m u n i c a t i o n 3 0 3 7l o a dc o n t r o lc i r c u i t ：3 1 3 8r e a l t i m ec l o c kc i r c u i td e s i g n 3 2 3 9l i t h i u mb a t t e r yc h a r g i n ga n dc o n t r o lc i r c u i t 3 3 3 1 0s u m m a r yo f t h i sc h a p t e r 3 4 c h a p t e r4l o a dm a n a g e m e n t t e r m i n a ls o f t w a r ed e s i g n 3 5 4 1r e a l t i m eo p e r a t i n gs y s t e mi n t r o d u c e d 3 5 4 2 肛c o s i ia r c h i t e c t u r ea n dc o m p i l e rr e q u i r e m e n t s 3 6 4 2 1a r c h i t e c t u r e 3 8 4 2 2 t h er e q u i r e m e n t so ft h ec o m p i l e r 3 8 4 3t r a n s p l a n tp c o s i i 3 8 4 3 1r e d e f i n e do sc p u h 。3 9 4 3 2w r i t eo sc p uc c 4 0 4 3 3w r i t eo sc p ua a s m 4 1 4 4o v e r a l ls o f t w a r ed e s i g n 4 5 4 4 1s o f t w a r ed e s i g np r i n c i p l e s 4 5 4 4 2t e r m i n a ls o f t w a r ef r a m e w o r ka n dp r i o r i t yd e s i g n 4 6 4 5p a r to ft h ef u n c t i o nm o d u l e 4 9 4 5 1t i m i n ga c q u i s i t i o nt a s ke n e r g yp a r a m e t e r s 4 9 4 5 2 m e t e rr e a d i n gt a s kt i m em e a s u r e m e n tp o i n t s 51 4 6s u m m a r yo ft h i sc h a p t e r 5 2 c h a p t e r5r e l i a b i l i t yt e s t i n ga n a l y s i s 5 3 i x 广东t 业大学工学硕士学位论文 5 1i n t e r f e r e n c es o u r c e s 5 3 5 1 1e x t e r n a li n t e r f e r e n c e 5 3 5 1 2i n t e r n a li n t e r f e r e n c e 5 4 5 2r e l a t i v ee x p e r i m e n t a lt e s t 5 5 5 2 1e l e c t r o s t a t i cd i s c h a r g ei m m u n i t yt e s t 5 5 5 2 2e l e c t d c a lf a s tt r a n s i e n tt e s t 5 6 5 2 3s u r g ei m m u n i t yt e s t 5 7 5 2 4i m p u l s ev o l t a g et e s t 5 7 5 2 5d i e l e c t r i cs t r e n g t ht e s t 5 8 5 2 6h i g ha n d l o wt e m p e r a t u r et e s t 5 8 5 3s u m m a r yo ft h i sc h a p t e r 5 9 c o n c l u s i o n 6 0 r e f e r e n c e 6 1 d e l i v e r e dp a p e rb e i n gg r a d u a t es t u d e n t 6 4 o r i g i n a l i t ya n n o u n c e m e m 6 5 a c k n o w l e d g e m e n t 6 6 x 第一章绪论 1 1 课题背景与研究意义 第一章绪论弟一早珀了匕 电能是社会生产和人民生活所必需的重要能源，直接关系到社会的方方面面。 随着国民经济的快速发展和用电负荷快速增长，部分地区的电网备用容量过小，长 期处于满负荷运行的紧张状态。当高峰来i 临的时候，常常无法进行有效调控。为了 保证电网的安全运行，在发供电设备发生故障时，不得不采取拉闸限电的办法来降 低电网负荷。这样做给居民生活带来很大的不便，一拉一条线，超过规定用电量的 用户被停电，未超过用电量的用户也被停了电。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。当然我们也要考虑部分厂矿企业、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，直接带来用电的紧张局面n 1 。 近年来，很多地方通过使用电力负荷管理系统，对电网进行实时监测和合理的 调度，并落实不同负荷水平下有序用电的方案，取得了显著的效果。通过对电力负 荷的管理，引导电力用户改变用电方式，提高终端用电效率，优化资源配置，改善 和保护环境，可以实现最小成本电力服务的效益最大化。它作为一种科学的节电方 式，能缓解电力供应紧张状况，提高电力使用效率，是科学发展观的具体体现，是 国家实施能源战略的重要组成部分，有利于推进经济结构的战略性调整，实现节约 发展、清洁发展、安全发展和可持续发展，有利于电力工业与国民经济社会协调发 展。 电力负荷管理系统无论是在缺电情况下的技术限电还是对用电负荷的经济管 理，都是十分有效的技术手段，也是移峰填谷的先进手段心1 。负荷管理系统与配电 自动化系统相结合，促进了电网管理向现代化的实用水平发展。通过各地的统计表 明，高峰时段在用户侧调整i k w 负荷的装置，投资只要5 0 7 0 元，仅为生产和输送 相同功率的发电输电设备投资的1 。在我国人均用电水平还比较低的情况下，技 术限电措施不仅缓解了电力的短缺，而且还把电力资源的配置和合理利用提高到了 一个新的水平。 电力负荷管理系统是一个集现代化管理、计算机应用、自动控制、信息处理等 的通 和相 理的 统的 通信线路，用于在系统主站和负荷管理终端之间传送信息，通信信道的质量直接影 响着该系统功能的实现。在系统中通信信道的选择，可以视当地具体情况( 包括地形、 地貌、噪声源、频率复用等) 来选择无线、微波通道或载波通道等。 负荷管理终端由具有数据采集及处理能力的微处理系统和通信模块系统组成， 能够实时采集用户的用电信息、供电状况、电量信息、电表计量数据等各项用电数 据，实现对用户负荷的控制。它能够将采集的数据和信息通过通信信道发送到系统 主站。我们就可以根据历史数据对未来的用电情况用很好的参考，并能做好及时的 用电负荷预测。什么时候是用电高峰，什么时候是用电低谷，都一目了然，电力部 门就可以根据这些数据，做好充分的准备工作，应对不同的情况。 本文所涉及的电力负荷管理终端是整个电力负荷管理系统最基本的组成单元， 2 它的可靠性、 1 2 国内外 电力负荷 一项技术专利，利用不同的电价差来鼓励用户均衡用电。1 9 1 3 年，都德尔等人提出 了把2 0 0 h z 1 0 v 的电压信号叠加在供电线路上来控制路灯和热水器的信号方案，这 也是最早的音频控制方法。2 0 世纪4 0 年代起，欧洲各国已经广泛发展和应用了音 频控制技术。日本从6 0 年代开始研究电力负荷管理技术，从欧洲引进制造技术，到 7 0 年代已广泛安装使用了音频脉冲控制的装置。美国从7 0 年代开始重视电力负荷 管理技术的发展，不仅从西欧引进了音频电力负荷管理系统设备的制造技术，而且 着手研究和发展无线电力负荷管理技术，开发了无线电负荷控制、配电线载波控制 和工频电压波形畸变控制等多种方式。发达国家是在不缺电的情况下使用电力负荷 管理装置，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。目前，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。世界上已经有 很多国家使用了各种电力负荷管理系统h 1 。 在我国，电力负荷管理技术起步较晚。以前传统的电力负荷管理方法通过采用 行政、经济手段来进行间接控制。随着经济的发展，在计划用电和电力供需矛盾突 出的情况下，电力负荷管理技术的研究和应用开始引起重视，具体可以分为以下几 个阶段。1 9 7 7 1 9 8 6 年为探索阶段，研究了国外电力负荷管理技术新采用的各种方 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。1 9 8 7 - - 1 9 8 9 年为组织试点阶段，主要 试点开发国产的音频和无线电负荷控制系统，并在济南、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 年是全国推广应用的阶段，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，重庆市首先实现了负荷控制系统的实用化达标并由电 广东工业大学硕士学位论文 织正式验收，同年1 2 月，烟台和郑州也通过了电力部组织的正式验收，标志 负荷控制的推广应用工作进入了一个崭新的阶段。 入2 0 世纪9 0 年代中期，电力负荷管理系统从单一控制转向管理应用的发展 随着电力供需矛盾趋向缓和，电力负荷管理系统的作用逐步转向了建立正常 秩序、保障电网安全、营配管理等方面，系统还增加了用电管理功能，包括 息管理、远程抄表、用电信息服务等功能。这些扩展的功能，提高了电力负 系统的经济价值，在系统的数据处理方面也打破了以往的局限性，扩展了网 。为了更确切地表述这个系统，电力负荷管理系统更名为电力负荷管理系统。 荷管理中心可以通过无线网络与不同电力负荷管理终端联结，将负荷管理系 量数据信息送到电力系统的管理网、调度网、营业网等，为龟网管理的科学 代化奠定基础。 着电力负荷管理系统的不断推进和发展，系统的应用需求和功能已由单一的 荷监控发展成了集变电站集中抄表、大用户负荷管理、中小用户负荷采集、 变监测以及并网自各电厂管理等多种功能于一体，电力负荷管理系统也已成 营销、客户服务、电力需求侧管理的必要技术手段。归纳起来，对电力负荷 统的建设主要有着以下方面的需求嗨3 ： 客户用电信息的及时收集和掌握 了加快电费结算周期，分析和预测电力市场的变化，优化和评价市场策略， 时和集中收集客户各类用电负荷电量数据。 客户电力负荷的集中控制 为了实现有序用电管理，保障电网供需平衡，减少用户停电损失，提高电网建 设投资效益，同时也为供电企业提供催收电费的辅助控制手段，需要实施客户侧用 电负荷的集中监控管理。 客户侧电能计量设备工作状况的监控 强化客户侧电能计量设备运行监控己成为供电企业重要技术投向之一。对客户 用电现场所发生的计量异常现象要求能够进行及时监控，发出相应的告警提示，并 能为事件处理提供作为分析依据的数据。 客户用电信息服务和需求侧管理信息服务 为了实现优质服务，需要加强供电企业和客户间的信息交流。通过对客户用电 信息的采集和分析结果的共享，达到供电企业指导和监督客户推行需求侧管理，提 4 高终端能源消费效益的目 1 3 论文主要完成的 针对本课题选择了 a d s p b f 5 3 1 的内部数据 有六级流水线，对数据的 芯片内所带资源比较丰富，价格适中，尤其是其内部带有5 2 k b 片内高速存储器， 提高了系统运行的可靠性和速度。 为了提高系统开发的方便和快捷，提高其工作性能，本文选择了具有开放源代 码的小型嵌入式实时操作系统g c o s i i ，并且成功将其移植到a d s p b f 5 3 1 中。 p c o s i i 代码简洁，具有一般商业实时内核的可移植、可裁减、多任务、占先式等 特点，更为重要的是p c o s i i 完全开放源代码，可以使人彻底了解嵌入式操作系统 的工作原理和实现的方法，方便用户对出现的问题进行彻底的分析和查找，而这一 点是其它商业内核厂商所办不到的。 在a d s p b f 5 3 1 上运行g c o s - i i 既可以充分发挥其快速处理数据的特点，也可 以利用g c o s i i 的多任务管理功能对d s p 进行更好的进行事务处理。为了使 i 止c o s i i 在a d s p b f 5 3 1 中运行起来，必须针对a d s p b f 5 3 l 的结构特点进行操作 系统移植，编写特定的底层驱动程序。 本文的软件设计在研究i 上c o s i i 和d s p 的基础上，借鉴他人的工作经验，设 计了定时采集、测量点定时抄表、用电情况分析与控制、中断通信、动态事物管理、 键盘控制和l c d 显示等功能模块。 论文的章节安排如下： 第一章：简要介绍了课题研究的内容、意义和背景。 第二章：介绍了负荷终端的组成与工作原理，以及其基本功能和技术指标。 第三章：首先提出了硬件平台的总体设计方案，然后阐述了包括d s p 模块、存 储器模块、交流采样模块、键盘输入及l c d 显示模块、通信接口模块、负荷控制电 路、锂电池充电电路等相关设计。 第四章：详细阐述了基于嵌入式实时操作系统g c o s i i 的软件设计方案，包括 设计思想，系统移植，相关模块的划分和优先级的安排，并对部分功能模块设计流 程进行了说明。 广东工业大学硕士学位论文 绍了负荷管理终端在实际应用中的干扰来源，并对相关测试试验进 全文进行了总结。 6 第二章负荷管理终端功能分析 第二章：负荷管理终端功能分析 电力负荷管理终端是电力负荷管理系统的配套终端产品，也是实现计量自动化 的重要组成部分。它和电力负荷管理主站配合可实现负荷的监测与控制，并能够实 现远程自动化实时抄表、计量设备监测和防窃电、用电异常信息报警、电能质量监 测、线损分析、用电检查和负荷闭环控制管理等功能，是需求侧用电管理的理想终 端产品。 2 1 负荷管理终端的组成与工作原蛋 负荷管理终端一般由主控单元、显示操作单元、通信单元、输入输出单元、交 流采样单元及开关电源等组成。各单元的组成与原理框图如图2 1 所示n 9 1 ： 控制信号 输出 采样信号 输入 图2 - 1 负荷管理终端原理图 f i g 2 - 1 ：p r i n c i p l eo fp o w e rl o a dc o n t r o lt e r m i n a l 主控单元：完成所有的数据采集及处理、控制、数据通信、语音提示功能及协 调其他智能模块的工作。 显示单元：用于负荷管理终端实现必要的数据、状态、信息显示输出以及键盘 输入，是终端的人机界面部分。 输入输出单元：完成信号的调理及隔离、输出信号的驱动及隔离；在电力负荷 管理终端具体是指遥信、遥控、脉冲、模拟量、抄表等。 通信单元：实现数据通信及语音传输，是由调制调解电路及无线电台组成，也 称数传电台。随着科学技术的发展，现在可以采用很多不同的通信方式，如g p r s 、 7 时电网交流信号，用以计算电 模块所需要的直流供电，一般 靠性和较高的转换效率。 时钟电路、定时器、输入输出 是终端的心脏，所有的采集、 控单元主要实现模拟量、脉冲 、抄表、打印、语音、控制等 采用高性能处理器实现，有逻 完成上电复位、手动复位、电 基本电路还要配上合适容量的 程序存储器r o m ( 只读存储器) 和数据存储器r a m ( 随即存贮器) 。 ( 2 ) 存贮器。用来存放程序的存储器有r o m 、e p r o m 、e 2 r o m 及f l a s h 等， 根据各种特殊场合和要求，选择不同类型的存储器。例如当终端要求程序下载功能， 我们就可以使用在线编程f l a s h 芯片。用于存放数据的存贮器有普通的并行r a m 和1 2 c 串行r a m 等，有掉电也不会丢失数据的e 2 r o m 及f l a s h 等存储器。在具 体的实际中，针对不同的存贮要求，选择合理的数据存贮器。如果需要长期保存的 但又不是频繁读写的数据，可以考虑使用e 2 r o m 及f l a s h 等存储器，而需要频繁 高速读写而又要带断电保存的数据存储器则可以采用电池保护方式等，存放固定语 音信息就可以选用普通的只读存贮器。在很多的情况下，设计一个组合的内存方案 是一个较好的选择。 ( 3 ) 实时时钟电路。实时时钟电路是c p u 基本电路中必不缺少的一部分。整个 系统对时钟的精度还会有一定的要求。同时考虑到终端的数据往往都是时间相关的， 为了提高终端的可靠性，数据的有效性、明确