摘要：針對電網遠程監控系統的現狀和發展趨勢，研制了一套基于TCP協議的客戶／服務器機制的電網遠程監控系統。客戶端即電網監_測儀，采用PHILIPS公司的LPC2131作為主控芯片，可監測電網實時電壓、電流、功率、頻率等參數，并通過光纖環網將參數傳送給服務器端。服務器端即監控主機，監控軟件采用VB和SQLServer數據庫技術，具有數據顯示、歷史數據查詢等功能。該系統經測試運行穩定，可靠性高。
　　
　　隨著計算機技術的發展、生產過程自動化水平的提高，用戶對電網監控系統的要求越來越高，對供電系統的監控和管理已成為保障企業生產、居民生活的重要因素。減少故障停電時間及次數，確保供電的可靠性、實時監測電網參數、改善電網質量，是供電系統自動化的主要任務。但由于早期的電力監測系統網絡特性差，在整個電力網絡中系統之間難以完成電力數據的通信，從而影響到整個電網的質量檢測及優化控制。
　　
　　針對以上問題，本文研發了一套電網遠程監控系統，以適應對電力質量管理的新的需求。本系統可實現對電網參數的主動測量、分析、自動存儲等功能，通過Internet光纖環網將電網監測數據傳送到調度室的監控主機，工作人員可以對遠程設備的運行狀況進行及時、準確的監控，對其故障先兆做出判斷和預測，采取有效措施解決問題，保證大型機組安全運行，防止惡性事故的發生，避免了定期檢修引起的生產停頓，起到預防和消除故障的作用，提高設備運行的可靠性、安全性和有效性。
　　
　　1、電網遠程監控系統的總體架構設計
　　
　　本文所設計的電網遠程監控系統由監控主機、電網監測儀、光端交換機及光纖環網組成。監控主機可以通過光纖環網對多個電網監測儀進行監控，電網監測儀可以自動識別、儲存并顯示電網電壓、電流、頻率及功率等參數，通過光纖環網傳送至監控主機。本系統的數據傳輸介質選用的是單模光纖，相比傳統的串口總線RS232／RS485、CAN、非屏蔽雙絞線UTP，光纖通訊具有傳輸距離遠、數據吞吐量大、可擴展性強等諸多優點，非常適合遠距離通訊的特點。圖1為電網遠程監控系統的結構圖。　　
　　2、電網監測儀的設計
　　
　　電網監測儀采用PHILIPS公司的LPC2131作為主控芯片，LPC2131是基于一個實時仿真和嵌入式跟蹤的32／16位ARM7TDMI-STMCPU的微控制器，并帶有32KB的嵌入高速FLASH存儲器，含有1個10位8路A／D轉換器及內部實時時鐘。可以對電網電壓、電流、頻率及功率等參數進行監測、顯示及儲存，并通過TCP／IP協議將數據發送至上位機。圖2為電網監測儀的系統框圖。
　　
　　2．1電壓電流檢測
　　
　　在電壓電流信號檢測中，本系統采用直流采樣法，需采集U、V、W三相電壓以及四相電流信號（含零線電流），圖3中PT1為電流型電壓互感器，A相輸入電壓經限流電阻R1使PT1初級的額定電流為2．2mA，次級會產生一個相同的電流。通過運算放大器（LF353），調節反饋電阻R2的值，即可在輸出端得到所需的電壓輸出。　　
　　圖4中CT1為精密電流互感器CTY20，輸入端為額定電流時，次級將產生2．5mA的電流。通過運算放大器（LF353），調節反饋電阻船的值，即可在輸出端得到所需的電流輸出。
　　
　　2．2頻率跟蹤電路設計
　　
　　頻率跟蹤電路的主要作用是保持與電網電壓的同步關系，避免頻譜泄露現象。相電壓經過變壓器降壓，通過兩個二極管D1、D2，再送入放大器，將正弦信號轉換為方波信號。電阻R7起到的作用是產生一個正反饋，加速放大器的跳變過程，得到更加的同步信號。圖5即為頻率跟蹤電路。　　
　　2．3網絡模塊
　　
　　網絡模塊采用Realtek公司的RTL8019AS以太網控制器，RTL8019AS具有32位輸入輸出地址，地址偏移量為00H-1FH，要接收和發送數據包則需要通過DMA讀寫RTL8019AS內部的16KBRAM，RTL8019AS使用跳線模式、IO方式讀寫。首先給RTL8019的NE2000兼容的各個寄存器分配PCS0引腳，IO地址為00H-FFH，即把CPU的A0-A4連接到RTL8019的A1-A5，RTL8019AS默認的IO地址為300H-3FFH，因此，將RTL8019AS的SA19-SA10和SA7-SA5接地，SA9、SA8接VCC。電路設計完成后，通過MAC引擎以及ISA總線即可與LPC2131進行數據交互，圖6為RTL8019AS與LPC2131的接口電路圖。
　　
　　2．4液晶顯示
　　
　　液晶顯示器采用CM12864型LCD，液晶模塊經數據總線接收LPC2131發送的指令和數據，存入內部的數據存儲器中，從而實現所需信息的顯示。為了獲得友好的界面和便捷的使用，液晶顯示采用漢字顯示方式，從字模軟件中獲取漢字代碼，再將每個漢字的代碼記錄在CAT1025中，在使用時跳去。由于LPC2131大多GPIO是復用口，需要在使用前對L／O口進行設置。圖7為LPC2131與CM12864的連接框圖。
　　　　3、電網遠程監控的實現
　　
　　本文所設計的電網遠程監控系統采用客戶一服務器分布式網絡接口，遠程監控主機（服務器端）通過Internet連接到電網監測儀（客戶端），實現電網的遠程監控。
　　
　　3．1客戶／服務器機制
　　
　　針對電網遠程監控系統的特點，將電網監測儀設置為客戶端，遠程監控主機設置為服務器端。服務器端24小時不問斷地監聽來自客戶端的連接請求，建立連接后進行TCP數據傳輸。圖8為基于TCP協議的客戶／服務器機制。　　
　　客戶端首先申請套接字打開通信信道，并連接到服務器所在主機保留的端口，該端口對應服務器的TCP進程；隨后向服務器發出請求報文并等待接收應答；zui后從服務器收到zui終應答結果，或在不再請求時關閉信道并終止客戶端進程。
　　
　　服務器端首先申請套接字打開通信通道，通知本地主機在某一保留端口接受客戶端請求；一旦接收到客戶端的請求，便啟動新進程處理用戶請求，同時釋放舊進程以響應新的客戶請求，一旦服務完成，便關閉新進程與客戶的通信鏈路；如果不想響應客戶端的請求，則關閉服務器進程。
　　
　　3．2實時監控系統
　　
　　遠程監控主機（服務器端）的網絡通訊程序采用VB編寫，使用MFCWinsock類添加網絡通信能力。遠程監控主機的IP地址為192．168．1．100，監控程序端口號8000，所有網絡上的電網監測儀都與該服務器監控程序建立連接，傳輸數據。此時監控程序的運行狀態為監聽連接，等待各個電網監測儀（客戶端）設備的連接請求。當某個電網監測儀與服務器端監控程序建立連接之后，就開始進行傳輸數據。
　　
　　3．3歷史數據查詢
　　
　　若服務器端要求獲得電網的實時參數，客戶端在上傳實時數據時將數據存儲到客戶端的數據庫，同時服務器端將接收到的數據存放在自己的數據庫中，形成歷史數據庫，供查詢、決策參考及故障分析。
　　
　　遠程監控系統的SQLServer數據庫采用ADOAPI技術，用ADO的Connection對象實現與數據庫的連接，用Recordset對象實現對數據記錄的訪問，用Command對象來實現SQL查詢，用Error對象控制數據交換時發生的錯誤。　　
　　數據庫查詢是在用戶條件的基礎上從數據庫中返回相應的結果，因此需要在查詢中包含變量或控件的值。其功能主要是從電網參數表中查詢兩個時間段之間的電網整點參數。圖9為查詢數據庫的流程圖。
　　
　　3．4電網遠程監控系統的調試
　　
　　本文所設計的電網監測儀在四川省達州電業局經過反復測試，效果良好，該系統能夠及時的檢測并發送電壓、電流、功率及頻率等參數給監控主機。監控主機顯示的數據對比現場測量的數據誤差在5％以內，各項參數的測試都比較準確。表1為系統測試的其中一組數據。　　
　　4、結論
　　
　　隨著現代化電網的高速發展，電網遠程監控系統將發揮越來越重要的作用。本文自行設計的電網遠程監控系統經過大量實驗和反復調試，該監控系統運行穩定可靠，能夠滿足現場需要，使用方便，可以有效地提高控制和管理水平，同時也為現有的電網參數監控設備提供了一種設計方法，以便相關電力工作者參考與借鑒。