本實用新型涉及配電監控技術領域，特別是涉及一種基于TTU的配電遠程監控系統。

背景技術：

隨著國民經濟的發展和人民物質文化生活水平的不斷提高，對電力的需求越來越大，促使電力事業迅速發展，電網不斷擴大，用戶對供電可靠性的要求也越來越高。因而，配電系統自動化DSA(Distribution System Automation)的研究與應用就顯得特別重要。

電力供配電系統中，配電變壓器是將電壓直接分配給低壓用戶的電力設備，其運行數據是整個配電網基礎數據的重要組成部分。電力供配電系統中，配電變壓器是將電壓直接分配給低壓用戶的電力設備，其運行數據是整個配電網基礎數據的重要組成部分。運行數據包括：三相電壓、三相電流、三相有功(無功)功率、功率因數、頻率、有功(無功)電量、油溫度等。這些數據正常與否是配電變壓器運行是否良好的重要反映。因此，不斷地監測配電變壓器運行中的各種參數，依據采集的數據進行統計分析，及時地發現配電變壓器運行中出現的異常情況并加以控制或解決，可以實現電網的穩定優化運行，它是配電自動化的基礎與核心設備。

配電變壓器監控終端就是用于配電變壓器的各種運行參數的監視、測量與控制的遠方終端，稱為“TTU”(Transformer Terminal Unit)。一方面完成對配電變壓器(箱式變壓器)運行數據的自動監測、存儲及傳輸，為電力企業提供的一些專業分析，例如負荷預測、線損分析等提供數據；另一方面實現現場控制無功電容的投切，就地保持系統的無功平衡；此外，配電變壓器發生過載和缺相故障時可由TTU發出跳閘指令直接切除低壓負載，并通過DTU（數據傳輸終端設備）上報電子站。

由于近年來計算機技術、通信技術及電力事業的飛速發展，配電網綜合自動化成為必然趨勢，國內許多廠家和研究單位紛紛研制和開發各種類型的TTU。TTU已從早期的功能單一、通信能力方式簡單發展到現的智能化、小型化、多功能化并具備多種通信方式，加快了國內配電系統自動化的發展步伐。

目前，國內外很多廠家致力于研制和開發TTU產品，功能上各有側重。例如，工業級單片機（MSP430），這種結構的產品雖然控制性能較好，但卻不擅長數字信號的處理，特別是處理電力系統中復雜的數據運算時，耗時過長。隨著DSP技術的推廣，一些公司目前已經生產了DSP＋MCU的結構，其中DSP芯片為TI公司的TMS320C2XX系列，只用于測量數據的采集和運算，運算結果送入Intel MCS－96芯片，由單片機完成控制、通信及人機對話功能等，并由一塊FPGA芯片完成片選及邏輯控制功能；還有北京時代集團推出的TPM2000型配電監控儀、洛陽卓飛公司的PD－A01配變監測終端也都是基于此類結構的產品。這些結構設計雖然能夠滿足性能上的要求，但系統設計上增加了難度，電路板接線復雜，從而使裝置的可靠性降低；同時造成一定的資源浪費，成本較高，不利于我國配網工程中推廣應用。

技術實現要素：

本實用新型的目的是針對上述設計雖然能夠滿足性能上的要求，但系統設計上增加了難度，電路板接線復雜，從而使裝置的可靠性降低；同時造成一定的資源浪費，成本較高，不利于我國配網工程中推廣應用的問題，而提供一種基于TTU的配電遠程監控系統。

為實現本實用新型的目的，本實用新型所采用的技術方案是：一種基于TTU的配電遠程監控系統，包括控制端和受控端，所述控制端和受控端通過無線通信網絡相連接，控制端由通訊模塊和計算機組成，受控端由通訊模塊、TTU和配電變壓器組成，所述TTU包括LCD、微處理器芯片、計量芯片、鐵電存儲器、電源和信號變換芯片、外圍功能擴展模塊，所述微處理器芯片包括1個RS485接口和1個GSM網絡接口。

其中，所述通訊模塊為GSM通訊模塊，所述無線通信網絡為GSM通信網絡。

本實用新型對配電變壓器遠方監控終端進行了開發，所設計的終端選擇無線通信方式，可以省去布線組網帶來的很多問題：通信距離受限制、覆蓋范圍窄、通信可靠性差，便于實現數據的遠程采集和處理，特別適合移動、分散、無人值守的監控領域。

附圖說明

圖1所示為本實用新型的系統結構示意圖；

圖2所示為本實用新型提供的GSM通信網絡的結構示意圖；

圖3所示為本實用新型提供的TTU的結構示意圖；

圖4所示為本實用新型提供的計量芯片的電路結構示意圖；

圖5所示為本實用新型提供的鐵電存儲器的電路結構示意圖；

圖中：A- 控制端，B-GSM通信網絡，C-受控端。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

應當說明的是，本申請中所述的“連接”和用于表達“連接”的詞語，如“相連接”、“相連”等，其既可以指代某一部件與另一部件直接連接，也可以指代某一部件通過其他部件與另一部件相連接。

本申請應用于配電自動化系統內，對于分布范圍大、地域比較復雜、實時數據量小、數量眾多的配電變壓器監測和控制來說可以節省耗費巨大的導線材料和人工費用，而且免除了日常檢修和維護費用。同時，具有高可靠性，擴展性和抗干擾性。這樣配變監控系統應用GSM技術可以監控配電變壓器的運行狀態、用戶的電表讀數等參數。

因此，將GSM通信技術應用于配電自動化系統中，將會使配電自動化系統更加方便地服務于人們。

如圖1所示，本實用新型一種基于GSM通信模塊的配電遠程監控系統，包括控制端和受控端，所述控制端和受控端通過GSM通信網絡相連接，控制端由GSM通訊模塊和計算機組成，受控端由GSM通訊模塊、TTU和配電變壓器組成，GSM通信網絡包括通信基站和短消息服務中心，控制端的GSM通訊模塊和計算機通過串行口RS232連接，受控端的GSM通訊模塊通過串行口RS232與TTU連接，TTU與配電變壓器連接，控制端的GSM通訊模塊通過通信基站與短消息服務中心相連接，短消息服務中心通過通信基站與受控端的GSM通訊模塊相連接。

GSM遠程監控系統由控制端和受控端兩部分組成，本系統中，控制端由GSM通訊模塊和計算機組成，受控端由TTU和配電變壓器組成。其中計算機用于監測和控制，計算機不但可以接受通過GSM模塊發送過來的TTU的數據，而且還可以通過GSM模塊控制TTU。計算機經短消息服務中心向受控端發送短消息，GSM模塊接收短消息后，通過串行口RS232傳給TTU，TTU根據接收到的短消息進行處理，從中提取控制命令，再對配電變壓器進行相應的控制操作；而配電變壓器的狀態信息也是以短消息的形式通過GSM模塊發送給短消息服務中心，再由短消息服務中心發送給計算機。計算機收到短消息后，根據短消息的內容可發回短消息進行對配電變壓器的控制。

圖2為GSM遠程監控原理框圖。其中，所述GSM通信網絡包括交換網路子系統(SS)、無線基站子系統(BSS)和移動臺(MS)及操作維護子系統(OMC)四大子系統，所述交換網路子系統（SS)包括：移動業務交換中心（MSC）、拜訪位置寄存器（VLR)、歸屬位置寄存器（HLR)、鑒權中心（AUC）、移動設備識別寄存器（EIR）；無線基站子系統(BSS)包括基站控制器(BSC)和基站收發信臺(BTS)；移動臺包括移動終端(MS)和客戶識別卡(SIM)；短信息業務中心(SMSC)。

交換網路子系統（SS)完成交換功能和用戶數據移動性管理、安全性管理所需的數據庫功能，SS由一系列功能尸體所構成，各功能實體介紹如下：

移動業務交換中心（MSC）是GSM系統的核心，是對位于它所覆蓋區域移動臺進行控制和話路交換的功能實體，也是移動通信系統與其它公用通信網之間的接口。

拜訪位置寄存器（VLR)用來存儲MSC為了處理所管轄區域中MS（統稱拜訪客戶）的來話、去話呼叫所需檢索的信息，所處位置區域的識別，向客戶提供服務參數。

歸屬位置寄存器（HLR)用于存儲管理部門用于移動客戶管理的數據。

鑒權中心（AUC）用于產生為確定移動客戶身份和對呼叫保密所需鑒權、加密的功能實體。

移動設備識別寄存器（EIR）用于存儲有關移動臺設備參數。

無線基站子系統(BSS)BSS主要負責完成無線發送接收和無線資源管理等功能。功能實體可分為基站控制器(BSC)和基站收發信臺(BTS)。

移動臺是移動客戶設備部分，它由兩部分組成，移動終端(MS)和客戶識別卡(SIM)。

操作維護子系統(OMC)OMC完成對整個GSM網絡的管理和監控。通過它實現對GSM網內各種部件功能的監視、狀態報告、故障診斷等功能。

GSM網上還配有短信息業務中心(SMSC)即可開放點對點的短信息業務，又可開放廣播式公共信息業務。另外配有語音信箱，可開放語音留言業務，當移動被叫客戶暫不能接通時，可接到語音信箱留言，提高網路接通率。

需要說明的是，點對點短消息是GSM Phasel標準定義的業務，它通過信令信道傳送，無業務信道呼叫時使用獨立專用控制信道(CSDCCH)，有業務信道呼叫時使用慢伴隨控制信道(SACCH)，最大消息長度為140字節或160英文字母(7Bit編碼)或80個中文漢字(Unicode編碼)。對短消息的控制共有三種模式：Block模式，基于AT指令的PDU模式，基于AT指令的Text模式。前，Block模式已逐漸被PDU模式取代，Text模式收發短信原理簡單，程序實現起來比較容易，但其顯著的缺點是只能收發英文信息不能收發中文信息，PDU模式則完全可以解決這個問題，通過PUD編碼的短消息內容不僅可以是英文而且也可以是中文，另外通過PDU編碼的短消息內容可以是聲音或圖像。同時PDU模式支持不同的編碼方式，可以實現各種數據的操作，這些編碼方式包括：7bit、8bit和USC2編碼，隨著短消息協議的發展，短消息將來能夠支持更多樣化的數據。

一般來說，接收短消息是先將消息存放SIM卡中，將其讀出，然后再把處理完的短消息刪除，這樣一次接收短消息要進行4次讀寫SIM卡(寫SIM卡、讀短消息、將SIM卡中的短消息由未讀標記為已讀、刪除短消息數據)，這勢必影響SIM卡的壽命。使用PDU模式就可以避免讀寫SIM卡而將短消息數據直接交付給用戶終端設備，從而提高系統的可靠性。所以PDU模式比Text模式有更大的優勢。由于PDU模式具有明顯的優點，所以它實際中得到廣泛應用，本系統設計就是采用PDU模式。

對TTU的設計還沒有統一的國家標準，但可以根據其功能參照某些國標和行業標準來執行

如圖3所示，所述TTU包括LCD、微處理器芯片、計量芯片、鐵電存儲器、電源和信號變換芯片、外圍功能擴展模塊，所述微處理器芯片包括1個RS485接口和1個GSM網絡接口。

根據系統總體功能的要求，對裝置進行了軟件和硬件電路設計。硬件電路主要包括：主控模塊、數據采集處理模塊、時鐘模塊、開關量輸入輸出模塊、通信模塊。本終端不僅能測量配電變壓器的交流電參量，還能通過GSM網絡與監控主機通信，以便調度室能隨時對配電變壓器的運行狀態和參數進行監控。

經過需求分析和參照的標準，確定TTU的設計指標如下：

（1）TTU可實現三相四線（或三相三線）的實時交流數據采集，電壓176～264V，電流取自一次電流互感器的二次側，額定電流5A（監測終端可與多種規格的一次電流互感器配合使用，但監測終端的輸入電流最大為5A）。電壓測量精度0.5級，電流測量精度0.5級，功率測量精度1級；

（2）頻率測量精度為0.1Hz；

（3）斷相保護功能，即使出現斷掉一相或者兩相的情況也可以繼續工作，并作為故障狀態記錄；

（4）統計配變的各種運行參量，包括：三相的電壓、電流、功率、頻率；

（5）1個RS-485口，1個GSM接口；

（6）時鐘精度為±60s/月，斷電后也可以保證10年的走時。

其中，所述微處理器芯片為增強型51系列單片機STC89C516RD＋，具有1K字節RAM，使用C語言編程更方便；64K字節FLASH、具備應用編程（IAP）功能。

微處理器芯片作為系統的核心控制單元，微控制器的選擇至關重要，它直接關系到系統的整體性能。為了確保整個嵌入式系統的可靠運行首先必須有大容量的ROM、RAM資源，其次運行速度要足夠快，PC機中的

TCP/IP協議棧有操作系統的支持，被劃分成多個任務和進程來進行，而本系統中沒有采用操作系統，仍然是單任務、單進程。

考慮到以上因素，價格相對低廉的前提下，采用深圳宏晶科技公司推出的增強型51系列單片機STC89C516RD＋作為控制器。傳統8051內核12個時鐘周期為一個指令周期，而這種雙倍速8051內核將處理速度提高到6個時鐘周期為一個指令周期，最高支持80M的晶振頻率。STC89C系列單片機與8051系列（MCS－51）完全兼容，原有資源均可使用。同時，它具有高速、低功耗、系統/應用編程（IAP、ISP）功能。

其結構特點主要如下：

（1）具有1K字節RAM，使用C語言編程更方便；64K字節FLASH、具備應用編程（IAP）功能；

（2）可以打開或關閉ALE地址鎖存功能。關閉時僅MOVX或MOVC指令執行時輸出，大大提高了系統EMI性能；

（3）支持雙數據指針（DPTR），查表、尋址更方便；

（4）內置8個中斷源，中斷優先級為4級；

（5）內置看門狗，可以根據需要打開或關閉看門狗輸出；

（6）具有輸出監測功能，電源電壓降至3.85V時進行輸出；

（7）3個16位定時器/計數器。

微控制器不僅要讀取計量芯片ADE7758中相應寄存器的數值，還要實現GSM通訊協議、數據處理。STC89C516RD＋單片機提供的64K字節FLASH可以很好的解決程序空間問題。

所述計量芯片為ADE7758，所述ADE7758包括6通道模擬通道、A/D轉換器和專用計算的DSP集成一體。

如圖4所示，采用ADE7758芯片作為計量模塊，輔助相應的外圍電路完成測量功能。ADE7758是ADI公司為三相電能計量而研制的專用ASIC，它將6通道模擬通道、A/D轉換器和專用計算的DSP集成一體，完成周期電壓、電流有效值、有功和無功的累積值（功率、電能），通過外部輔助的數字計算可完成電網全部電參數的測量，ADE7758的測量精度等級可1000：1的動態范圍內達到0.1%精度；片內集成高精度的基準電壓和溫度測量單元。采用標準的SPI完成同外圍MCU接口，通過SPI可實現對ADE7758的編程配置、電量數據的采集、校準等多種功能。

其中，所述鐵電存儲器為FM25640。

經過計量芯片ADE7758處理后，得到大量的電量數據、設置數據、校準數據，就要根據需要對數據進行存儲。STC89C516RD＋單片機中，FLASH的容量高達64K。

但是FLASH的讀寫有著嚴格的條件限制：

1.有一定的編程/刪除電壓值，雖然這個電壓可以由內部電壓發生器來提供，但需要提供足夠的電流；

2.編程/刪除時間由FLASH存儲器的硬件來控制，軟件沒辦法進行干涉；

3.編程/刪除期間，不能FLASH存儲器中執行任何代碼；

4.因為FLASH的寫入只能將0寫成1，所以進行寫之前必須進行清零操作；

5.代碼段和數據段同時放同一塊FLASH中，為了避免由于代碼段和數據段發生重疊而引起的程序錯誤執行，這就給相應的軟件設計帶來諸多不便。

以上的種種限制，顯然不符合TTU系統實時性的要求。這些重要數據要求存儲可靠、準確而且掉電不丟失，而且大量的電量數據存實時累積，大量次數寫入等要求。

基于這種特點，存儲信息的方案我們采用外部擴展鐵電RAM來完成。鐵電存儲器十分適合電量數據的頻繁寫操作和掉電不丟失特性，滿足監測終端的設計要求，考慮到讀寫速度要求和需要，選擇FM25640，它具有64KB（8K字節）存儲空間、工業級的工作范圍、無限制的讀寫訪問和無延時的寫入特點、低功耗、寫保護功能；帶有高速SPI接口，簡潔的外形尺寸（8PINS的DIP或SOP）。考慮數據的可靠性，所有的數據存儲都采用冗余備份方式，滿足了數據操作的可靠性要求。FM25640工作電路圖如圖5所示。

其中，所述外圍功能擴展模塊包括時鐘芯片，所述時鐘芯片為 DS1305。

實時時鐘芯片選用的是DS1305，它是帶SPI串行接口的報警實時時鐘芯片，可通過串行接口提供BCD碼形式的時間和日期。該芯片有16管腳DIP和20管腳的TSSOP兩種封裝形式，工作電壓為2.0V～5.5V，可外接充電電池，系統掉電后仍可正常維持內部時鐘運行。

以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出的是，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。