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广东电网有限责任公司 肇庆供电局 526000
摘要：随着我国电力事业的不断发展和电力系统对输配电要求的提高。电力负荷管理系统将被广泛地用于冶金、电力、交通、楼宇控制等自动化控制场合，具有广阔的市场前景。本文介绍了基于大宗电力用户的电力负荷管理系统，论述了系统的结构、功能和工作原理，介绍了系统的主站设计和通信实现。
关键词：大宗电力；负荷；管理系统；研究
1引言
在企业改革不断深入发展的过程中，对用电进行科学有效的管理越来越受到重视。如何能准确、快速、经济地获得用电的各类数据，从而进行用电分析、负荷管理、表计运行状况监测、电费自动结算，不但有利于供电部门对电力负荷的管理、保证供电和用电电量的平衡，同时也是提高企业经济效益的有力手段。而电力负荷控制系统的目的就是通过控制用户的用电开关，使得一些负荷在用电低谷的时段运行，从而起到了削峰填谷，平衡整体的负荷曲线，提高供用电经济效益。
此外，由于国家对大中型工业企业节能降耗的要求不断地提高，工业企业已经越来越关注电能消耗这一重要问题。在工业供电系统中，企业通过全面掌握供电系统的运行状况，不仅可以提高供电系统的可靠运行，而且还能加强对重要负荷的电能监测，掌握分时段电能计量的标准，进而合理安排生产，减少用电消耗和降低生产成本。同时，企业对其内部供电系统的电能质量分析、配电系统的运行管理有了更高的需求[1]。为了满足其需求，新一代的电力负荷管理系统开始逐渐应用到大宗电力用户供电系统中，电力负荷管理系统是现代企业管理不可或缺的组成部分。
2 电力负荷管理系统体系结构
2.1 系统总体结构
电力负荷管理系统由主站软件、通信管理终端、电力负荷管理终端组成。系统的结构见图2-2。
图2-2系统结构图
电力负荷管理终端对电流、电压、功率等实时运行参数和用电量进行测量和计量，通过RS-485数字通信信号接入到设在当地的通信终端，通信终端将数据采集、处理，由通信通道网络传输到计算机主站。主站按照应用软件和通信协议处理数据，计算出分时电量、负荷曲线、统计报表等，为负荷管理、科学用电提供数据。
2.2系统的工作原理
电力负荷管理终端安装于设备侧，通过计量芯片采集设备电流、电压、功率、电量等数据，并且将电能表采集到的用电数据采集过来，再经由Modbus数据总线与通信终端连接，最后将采集到的数据上报给计算机主站。主站按照Modbus通信协议规定来处理数据，计算出分时电量、负荷曲线、统计报表、分析报告等，为负荷管理和企业运营提供数据。
2.3 系统的主要功能
电力负荷管理系统功能结构图如2-2所示，其除了具有系统管理功能、负荷管理功能和事件管理功能外，还必须具有数据管理等功能。
3电力负荷管理系统Modbus通信协议
采用的是PHILIPS公司生产的ARM7处理器系列中的LPC2131处理芯片，通过使用高级语言Delphi编程实现PC机与下位机的RS485串行通信，并成功实现了用单台微机与多台ARM控制器的通信控制，进而实现了对多台配电智能终端的灵活控制。
3.1 串行通信线路的连接
本项目是用于企业内部的电能管理，属于分布式控制系统，通信距离较长，一般都在1000米以内，而RS485具有传输距离远、抗干扰性好等特点，在波特率为100kbit/s时其通信距离可达到1200m[2]，因此采用RS485通信。图l为PC机与多台ARM控制器串行通信的连接图，这里只重点突出了PC机与ARM控制器RS485的接口部分。
由于多数微机仅具有RS232接口而没有RS485接口，所以图中的PC机是通过“RS232/485转换器”将PC机的RS232接口转换成RS485接口，由此实现PC机与多台ARM控制器的RS485通信连接，这种连接最多可达32台ARM控制器。每台ARM控制器都可以在内部以参数或跳线的形式设定一个唯一的地址码，以此作为通信时ARM控制器的识别码，这样PC机便能通过RS485通信线对挂接在上面的所有ARM控制器按照通信协议进行控制操作。
图1：系统通信结构
但一般的PC机上没有RS485接口，且RS485与RS232电平不同，想通过计算机的RS232接口与系统的终端相连，就必须有相应的RS232-RS485的双向转换器。
3.2 与ARM控制器之间的通信协议
1978年由施耐德公司制定了Modbus协议，当时它主要是用于电子控制器上的一种通信语言，實现控制器之间、控制器和其他设备之间的通信。在1996年施耐德公司又推出了基于TCP＼IP的Modbus协议。Modbus协议是一种应用层报文传输协议，从功能上看，它可以认为是一种现场总线。该协议已成为通用工业标准。采用Modbus协议，不同厂商生产的控制设备通过Modbus接口可以相互连成工业网络，进行整个系统的集中监控。
3.2.1ARM控制器串口通信方式
LPC2131处理芯片宽范围的串行通信接口，其RS485通信接口也符合一般串行口的异步通信格式：1位起始位+5～8位数据位+0～1位奇偶校验位+1～2位停止位。波特率可根据需要选择，最高可达到19.2kbit/s。
此处，我们将变频器的RS485通信接口设定为：1位起始位+7位数据位+1位偶校验位+1位停止位，即一个字符共11bit。
3.2.2 ARM控制器的通信协议
Modbus通信协议是工业控制网络中用于对自控设备进行访问控制的主/从（Master/Slave）式通信协议，由Modicon公司开发，在工业控制中得到广泛应用。[3]已有以下特点：
物理界而符合EIA-485规范；组成主从访问的单主控制网络；通过简单的通信报文完成对从节点的读写操作；通信速率可达19.2kbps；在主节点轮询即逐一单独访问从节点时，要求从节点返回一个应答信息；主节点也可以对网段上所有的从节点进行广播通信。
Modbus通信采用主—从方式，即仅某一设备（主设备）能主动传输（查询），其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据做出响应。
Modbus通信协议具有两种报文帧格式：ASCII和RTU（Remote Terminal Unit）报文帧格式。本系统采用RTU报文格式，如表1所示，其中T表示一个字符的发送时间该报文以4个T的空闲时间标志报文的开始和结束，中间包括地址域、功能域、数据域和CRC校验域。
表1 Modbus通信协议的RTU报文格式
前导标志码 地址域 功能域 数据域 校验域 结束码
T1-T2-T3-T4 8位 8位 n个8位 16位 T1-T2-T3-T4
3.3串口通信控制软件的设计
在标准串口通信方面，选择使用相对简单的SPCOMM控件。该控件
摘要：随着我国电力事业的不断发展和电力系统对输配电要求的提高。电力负荷管理系统将被广泛地用于冶金、电力、交通、楼宇控制等自动化控制场合，具有广阔的市场前景。本文介绍了基于大宗电力用户的电力负荷管理系统，论述了系统的结构、功能和工作原理，介绍了系统的主站设计和通信实现。
关键词：大宗电力；负荷；管理系统；研究
1引言
在企业改革不断深入发展的过程中，对用电进行科学有效的管理越来越受到重视。如何能准确、快速、经济地获得用电的各类数据，从而进行用电分析、负荷管理、表计运行状况监测、电费自动结算，不但有利于供电部门对电力负荷的管理、保证供电和用电电量的平衡，同时也是提高企业经济效益的有力手段。而电力负荷控制系统的目的就是通过控制用户的用电开关，使得一些负荷在用电低谷的时段运行，从而起到了削峰填谷，平衡整体的负荷曲线，提高供用电经济效益。
此外，由于国家对大中型工业企业节能降耗的要求不断地提高，工业企业已经越来越关注电能消耗这一重要问题。在工业供电系统中，企业通过全面掌握供电系统的运行状况，不仅可以提高供电系统的可靠运行，而且还能加强对重要负荷的电能监测，掌握分时段电能计量的标准，进而合理安排生产，减少用电消耗和降低生产成本。同时，企业对其内部供电系统的电能质量分析、配电系统的运行管理有了更高的需求[1]。为了满足其需求，新一代的电力负荷管理系统开始逐渐应用到大宗电力用户供电系统中，电力负荷管理系统是现代企业管理不可或缺的组成部分。
2 电力负荷管理系统体系结构
2.1 系统总体结构
电力负荷管理系统由主站软件、通信管理终端、电力负荷管理终端组成。系统的结构见图2-2。
图2-2系统结构图
电力负荷管理终端对电流、电压、功率等实时运行参数和用电量进行测量和计量，通过RS-485数字通信信号接入到设在当地的通信终端，通信终端将数据采集、处理，由通信通道网络传输到计算机主站。主站按照应用软件和通信协议处理数据，计算出分时电量、负荷曲线、统计报表等，为负荷管理、科学用电提供数据。
2.2系统的工作原理
电力负荷管理终端安装于设备侧，通过计量芯片采集设备电流、电压、功率、电量等数据，并且将电能表采集到的用电数据采集过来，再经由Modbus数据总线与通信终端连接，最后将采集到的数据上报给计算机主站。主站按照Modbus通信协议规定来处理数据，计算出分时电量、负荷曲线、统计报表、分析报告等，为负荷管理和企业运营提供数据。
2.3 系统的主要功能
电力负荷管理系统功能结构图如2-2所示，其除了具有系统管理功能、负荷管理功能和事件管理功能外，还必须具有数据管理等功能。
3电力负荷管理系统Modbus通信协议
采用的是PHILIPS公司生产的ARM7处理器系列中的LPC2131处理芯片，通过使用高级语言Delphi编程实现PC机与下位机的RS485串行通信，并成功实现了用单台微机与多台ARM控制器的通信控制，进而实现了对多台配电智能终端的灵活控制。
3.1 串行通信线路的连接
本项目是用于企业内部的电能管理，属于分布式控制系统，通信距离较长，一般都在1000米以内，而RS485具有传输距离远、抗干扰性好等特点，在波特率为100kbit/s时其通信距离可达到1200m[2]，因此采用RS485通信。图l为PC机与多台ARM控制器串行通信的连接图，这里只重点突出了PC机与ARM控制器RS485的接口部分。
由于多数微机仅具有RS232接口而没有RS485接口，所以图中的PC机是通过“RS232/485转换器”将PC机的RS232接口转换成RS485接口，由此实现PC机与多台ARM控制器的RS485通信连接，这种连接最多可达32台ARM控制器。每台ARM控制器都可以在内部以参数或跳线的形式设定一个唯一的地址码，以此作为通信时ARM控制器的识别码，这样PC机便能通过RS485通信线对挂接在上面的所有ARM控制器按照通信协议进行控制操作。
图1：系统通信结构
但一般的PC机上没有RS485接口，且RS485与RS232电平不同，想通过计算机的RS232接口与系统的终端相连，就必须有相应的RS232-RS485的双向转换器。
3.2 与ARM控制器之间的通信协议
1978年由施耐德公司制定了Modbus协议，当时它主要是用于电子控制器上的一种通信语言，實现控制器之间、控制器和其他设备之间的通信。在1996年施耐德公司又推出了基于TCP＼IP的Modbus协议。Modbus协议是一种应用层报文传输协议，从功能上看，它可以认为是一种现场总线。该协议已成为通用工业标准。采用Modbus协议，不同厂商生产的控制设备通过Modbus接口可以相互连成工业网络，进行整个系统的集中监控。
3.2.1ARM控制器串口通信方式
LPC2131处理芯片宽范围的串行通信接口，其RS485通信接口也符合一般串行口的异步通信格式：1位起始位+5～8位数据位+0～1位奇偶校验位+1～2位停止位。波特率可根据需要选择，最高可达到19.2kbit/s。
此处，我们将变频器的RS485通信接口设定为：1位起始位+7位数据位+1位偶校验位+1位停止位，即一个字符共11bit。
3.2.2 ARM控制器的通信协议
Modbus通信协议是工业控制网络中用于对自控设备进行访问控制的主/从（Master/Slave）式通信协议，由Modicon公司开发，在工业控制中得到广泛应用。[3]已有以下特点：
物理界而符合EIA-485规范；组成主从访问的单主控制网络；通过简单的通信报文完成对从节点的读写操作；通信速率可达19.2kbps；在主节点轮询即逐一单独访问从节点时，要求从节点返回一个应答信息；主节点也可以对网段上所有的从节点进行广播通信。
Modbus通信采用主—从方式，即仅某一设备（主设备）能主动传输（查询），其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据做出响应。
Modbus通信协议具有两种报文帧格式：ASCII和RTU（Remote Terminal Unit）报文帧格式。本系统采用RTU报文格式，如表1所示，其中T表示一个字符的发送时间该报文以4个T的空闲时间标志报文的开始和结束，中间包括地址域、功能域、数据域和CRC校验域。
表1 Modbus通信协议的RTU报文格式
前导标志码 地址域 功能域 数据域 校验域 结束码
T1-T2-T3-T4 8位 8位 n个8位 16位 T1-T2-T3-T4
3.3串口通信控制软件的设计
在标准串口通信方面，选择使用相对简单的SPCOMM控件。该控件