电力系统远程RTU控制

电力系统远程RTU控制

杨峰楚腾嘉

（国网山东嘉祥县供电公司山东嘉祥）

摘要：本文主要就RTU系统硬件方面的理论问题进行了较为深入研究与探索，对我国电力监控远程控制系统发展概况进行了综述，对设计背景和课题研究意义进行了分析，对系统中的关键问题，提出了解决方法。

关键词：RTU；电力系统；远程控制

前言

本文主要研究内容为：构建远动终端装置(RTU)系统的总体方案，设计RTU系统信号测量模块和通信主控模块的硬件电路，包括电压采集电路、CAN接口电路等。

1概述

RTU（RemoteTerminalUnit）是一种远端测控单元装置，安装在远程现场的远程终端设备，负责对现场信号、工业设备的监测和控制。远动终端装置RTU(RemoteTerminalUnit)是构成SCADA系统的核心装置，是采用微处理器可独立运行的智能测控模块，广泛应用于电网调度自动化系统，承担各种远动信息的“上传下达”工作，是电力系统实现远方数据采集与监控的重要设备。该装置通过对输变电线路及设备的交流电压、电流的实时数据采集，自行计算出功率、电度、功率因数、频率等电网参数。

2组成

实现电网调度自动化，首先要采集实时数据，进行监视和控制。监视控制和数据采集应用于可对安装在远距离场地的设备进行中央控制和监视的系统。所以电网调度自动化的基本组成部分是数据采集和监控系统，即SCADA系统(SupervisoryControlAndDataAcquisitionSystem)。SCADA由许多无线远程终端设备（RTU）组成并与安装在中控室的功能强大的微机通信。SCADA系统的远程终端设备的选择取决于被控现场的性质、系统的复杂性、对数据通信的要求、实时报警报告、模拟信号测量精度、状态监控、设备的调节控制和开关控制。由于远动系统为调度中心提供实时数据，实现对远方运行设备的监视和控制，因此它是电力系统调度自动化的基础，它己成为调度自动化系统的一个重要组成部分。

3功能模块介绍

远程终端RTU系统主要由微处理器模块、数据采集模块、参数设置模块、输出单元模块、LED显示模块、通讯接口模块和电源模块等功能模块组成。

微处理器模块是整个系统的核心部分，微处理器选用ATMEL公司51系列单片机中80C51单片机，该处理器具有运用灵活、高速、低功耗的优点。主要特色是：80C51是一个8位的CPU，片内拥有128BRAM数据存储器和4KBROM程序存储器，并且拥有都为64KB外部数据存储器地址空间和程序存储器地址空间，此外还提供5个中断源，两个中断优先级，两个16位定时/计数器，4个8位并行IO口，全双工串行口，片内振荡器及时钟电路。

参数设置模块主要实现本设备地址和通讯波特率的设置，可设置本设备地址范围为1～255，从而实现与主机通信时的参数设定，以满足用户多种不同需求。这一功能实现在系统软件部分作具体介绍。

输出单元模块同样有8路输出，每路有1个开关量输出，用继电器提供一个无源触点来实现。为了避免外部干扰对信号影响，信号的输入和输出单元使用高速光电耦合电路。

显示部分用LED显示报警信号与状态检测信号输入、系统电源的通断信号以及通讯信号的工作情况，实时反应系统的工作状况。

通信接口模块采用CAN接口电路，RS-485接口芯片采用Philips公司生产的SJA1000和与其配套的82Car50CAN收发器。按照CAN总线物理层协议选择总线介质，设计布线方案，连接成CAN网络。双绞屏蔽线可设两套，在两套介质上同时进行信息传输，接收方只用一个介质。在冗余和非冗余段的连接临界点处进行总线切换。

实现交流220V、50Hz到直流电源的转换，同时发出电源工作状态信号，转换获得的直流电源提供整个系统各个模块的工作电源。由于整个系统由CPU主板和I/O板构成，设计时开关电源模块放置在CPU主板上，电源需要连接到I/O板，提供报警与状态信号灯的工作电源。

数据采集部分需要采集8路数据，每路采集数据包括一个电路模拟量。

由于电力系统中要测量的常常是大电流，被测的电流需经过一级变压器后才能接入CPU主板，成为主板中交流电流互感器的模拟输入信号。交流互感器两端接取样电阻，采集获得的模拟输入信号很小，在供给微处理器进行A/D转换成数字量之前需加以放大，因此8路模拟小信号经多路开关选择进行隔离，可以避免相互干扰，再接运算放大电路进行信号的放大，而信号放大电路本身恰是单片机系统中最重要的干扰串入渠道，为削弱较高的干扰、噪声等，需要设计一个抗干扰性较强的放大电路，以保证硬件电路的系统精度。由于数据采集器需要测量八回路交流电流，每路电流信号输入使用两个端口，我们一个多路选择开关，多路选择开关采用CD4051芯片。

输出部分包括8路输出，每路有1个开关量输出，每个开关量输出都用继电器提供一个无源触点实现。所有输出开关量都用光隔与CPU连接，提高系统的抗干扰能力。每块I/O板提供2个继电器触点输出信号，有信号输出时，触点闭合。继电器采用OMRONG6B-114AP，优点是体积小，节约空间。继电器的触点允许接通的最大信号为5A、250V(交流)或5A、30V(直流)。

LED显示实现系统信号通断的过程，整个系统的信号灯主要包括微处理器与PC主机的通信指示灯，电源指示灯，报警信号灯和状态信号灯，通信指示灯和电源指示灯放置在CPU主板上，报警信号和状态信号是开关量输入信号，其信号灯位于I/O板。

报警信号为DC24V，电源24V+需要接到I/O板的W+端，24V地接到I/O板的W-端。当有报警信号输入时，I/O板上的L2(黄)灯亮。

电源模块的设计关系到这个系统工作的稳定性，一个稳定的硬件系统平台需要有一个良好的电源供电系统。由于80C51、多路选择开关CD4051和LED信号灯等都工作在不同的核心电压下，80C51的工作电压为Vcc，一般是+5V，多路选择开关CD4051为+12V，而LED报警和状态信号灯为+24V，所以电源模块要提供三个稳定的电源+5v，+12V和+24V供系统各个模块使用。同时电源模块还要提供-5V和-24V的模拟地，供系统的单点接地。

4结束语

可靠性是描述系统长期稳定、正常运行能力的一个通用概念，它是一个统计概念，表明在某一时间内某个产品或系统稳定正常完成特定功能的概率[13]。在开发带有微处理器的系统时，系统的可靠性和电磁兼容性需要特别注意。影响系统正常运行的主要因素包括内部因素和外部的各种电气干扰，以及系统结构设计、元件选择、元件布局、和外部环境等。这些因素对测控系统造成的影响表现在以下方面。

（1）数据采集误差加大

（2）控制状态失灵

（3）数据受干扰发生变化

（4）程序运行失常

参考文献

[1]何立民.单片机高级教程应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2000，3～14

[2]赖寿宏.微型计算机控制技术[M].北京：机械工业出版社.2003，21～42.

[3]方大千等.实用电子控制电路[M].北京：国防工业出版社，2002,234～304.