简述可编程基于现场可编程门阵列智能化用电信息采集体系设计设计

论文导读：
【摘 要】文章从功能角度分析了基于现场可编程门阵列平台的智能化用电信息采集系统的各个功能模块，各个模块之间的关系及流程，各个模块通信时用到的数据帧格式和报文结构等，实现了系统的控制功能。
【关键词】用电信息采集；自动采集；自动补偿
前言
随着中国社会经济的迅猛发展，工业化程度的不断提高，对电能的需求也呈现不断上升的趋势。而大量配电网络上由于各种感性负荷的增加造成无功损耗增大，出现电压波动、谐波增大等现象，严重影响了电力客户的用电质量，同时对电网、客户都带来了巨大的损失，所以电力网络安全性及稳定性倍受关注。同时，随着信息化、自动化和通信技术的不断提高，开始出现了基于软总线的组件通信技术平台，并且整合了远程电力数据采集、负荷控制管理、电力客户监控等功能于一体的用电信息采集系统。能够完成远程计量、实时计算以及远程控制功能，为设计并实现一套具有远程自动抄表、自动无功补偿等功能的智能化用电信息采集系统提供了可靠的基础平台，对于提高电网可靠性、安全性、稳定性具有重要意义。

1.智能化用电信息采集系统结构组成

智能化用电信息采集系统是基于《国网用电信息采集系统功能规范》和各供电公司的一些特殊需求而进行设计的一套具有远程自动抄表和无功补偿等功能的系统，系统总体结构如图

1.1所示。

本系统组织结构是由电力需求侧主站、智能化无功补偿系统和智能电能表组成。智能化用电信息采集系统和电力需求侧主站是通过GPRS方式进行通信；智能化用电信息采集系统可通过RS485有线方式、载波方式或者微功率无线方式和电能表进行通讯；智能化用电信息采集系统可以通过计量芯片检测电网的电压、电流、无功功率等信息，可以通过控制电路对并联电容器组进行控制。

2.智能化用电信息采集系统各模块功能设计

智能化用电信息采集系统包括数据采集模块、电压电流检测模块、无功补偿模块、存储模块、参数设置和查询模块和人机交互模块等。
图

1.1 系统总体结构框图

2.1 数据采集模块功能设计

数据采集模块是在系统中为采集服务的任务，主要是根据需求侧主站下发的采集参数，自动向智能电能表发送采集数据帧，并把智能表返回的数据上传给数据存储模块进行数据处理。数据采集模块和智能电能表之间采用DL/T 645-1997规约以及DL/T 645-2007规约。数据采集模块包括电能表参数处理、采集启动以及DL/T 645规约数据帧的构造和解析等任务模块。

2.2 电压电流检测模块功能设计

电压电流检测模块在系统中用于对三相线路中的电压、电流进行监测，并计算负载的有功功率、无功功率、需量等数据项。电压电流检测模块又称交采模块，电路中采用ADE7758芯片实现。电压电流检测功能包括对电压、电流、有功功率、无功功率等校准以及计量功能，计量的准确度等级可达到0.5级。

2.3 存储模块功能设计

存储模块由参数存储和数据存储两部分组成。参数存储模块把参数设置和查询模块收到的本地维护接口或需求侧主站系统下发的参数保存到RAM中或者外部FLASH中，并支持本地维护接口或需求侧主站系统对保存的参数进行查询。数据存储模块把数据采集模块采集的RS485电能表数据保存到Flash中，一般存储的数据有实时与当前数据、日冻结数据、月冻结数据和曲线数据等。此外，关于数据存储还有关于终端异常事件的存储，最大可支持256条。

2.4 参数设置和查询模块功能设计

参数设置和查询模块用于处理本地维护接口或需求侧主站系统下发的数据帧，并把相应的参数保存到外部Flash或从外部Flash读取数据上送到上位机。
终端参数包括通信参数（终端地址、行政区划、远端服务器地址，APN等）、终端基本参数（包括终端时间、信道参数等）、测量点参数、事件参数、任务参数、控制参数等。
智能化用电信息采集系统通过配置的通信参数可以通过GPRS方式连接到需求侧主站服务器，并和主站系统进行通信。
配置测量点参数可以实现系统的自动采集功能。
配置事件参数，系统可以根据配置的事件在终端事件条件满足时产生三类事件数据并产生声光报警等。
配置任务参数可以实现日冻结数据、月冻结数据和曲线数据等主动上送到主站，便于信息维护。

2.5 人机交互模块功能设计

人机交互模块包括按键功能、LED指示灯功能和LCD液晶显示功能。人机交互模块属于本地维护功能的一部分，便于现场调试和维护终端。
LED指示灯功能有终端电源、通信、抄表等工作状态。并可显示当前用电情况、抄表数据、终端参数、维护信息等。LCD显示应带背光功能，高对比度，宽视角，视线垂直于液晶屏正面，上下视角应大于水平±60?。在正常使用条件下，LCD寿命大于10年。
LCD显示主画面内容见图2。LCD显示界面信息的排列位置为示意位置，可根据需要调整。
图2 LCD显示主画面示意图
显示菜单内容如表1所示。

2.6 智能化用电信息采集系统的通信数据帧及报文功能设计

2.6.1 数据帧格式

本协议的数据帧格式的基本单元为8位字节。链路层传输顺序为低位在前，高位在后；低字节在前，高字节在后。
具体定义如表2：
协议标识由表3中D0～D1两位编码表示，本规约约定D0=0、D1=1。用户数据长度L1：由D2～D15组成，采用BIN编码，是控制域、地址域、链路用户数据（应用层）的字节总数。
控制域C表示报文传输方向和所提供的传输服务类型的信息。（见表4）
传输方向位DIR：DIR=0：表示此帧报文是由主站发出的下行报文；DIR=1：表示此帧报文是由终端发出的上行报文。
启动标志位PRM：PRM =1：表示此帧报文来自启动站；PRM =0：表示此帧报文来自从动站。
摘自：本科毕业论文结论www.7ctime.com
帧计数位FCB：当帧计数有效位FCV=1时，FCB表示每个站连续的发送/确认或者请求/响应服务的变化位。FCB位用来防止信息传输的丢失和重复。
请求访问位ACD：ACD位用于上行响应报文中。ACD=1 表示终端有重要事件等待访问，则附加信息域中带有事件计数器EC；ACD=0表示终端无事件数据等待访问。
帧计数有效位FCV：FCV=1：表示FCB位有效；FCV=0：表示FCB位无效。
地址域A由行政区划码A

1、终端地址A2、主站地址和组地址标志A3组成，格式见表5。

行政区划码A1：行政区划码按GB2260-91的规定执行。
终端地址A2：终端地址A2选址范围为1～65535。A2=0000H为无效地址，A2=FFFFH且A3的D0位为“1”时表示系统广播地址。
主站地址和组地址标志A3：A3的D0位为终端组地址标志，D0=0表示终端地址A2为单地址；D0=1表示终端地址A2为组地址；A3的D1～D7组成0～127个主站地址MSA。
校验和CS：是用户数据区所有字节的八位位组算术和，不考虑溢出位。用户数据区包括控制域、地址域、链路用户数据（应用层）三部分。
帧序列域SEQ： 帧序列域SEQ为1字节，用于描述帧之间的传输序列的变化规则，由于受报文长度限制，数据无法在一帧内传输，需要分成多帧传输（每帧都应有数据单元标识，都可以作为独立的报文处理）。
3、总结
论文导读：本文设计的基于现场可编程门阵列（FPGA）平台的智能化用电信息采集系统提高了电力公司的生产效率，实现了经营管理的现代化，降低了经营成本，基本解决了电网质量和用电信息采集的难题。上一页12
本文设计的基于现场可编程门阵列（FPGA）平台的智能化用电信息采集系统提高了电力公司的生产效率，实现了经营管理的现代化，降低了经营成本，基本解决了电网质量和用电信息采集的难题。