基本信息
- 项目名称：
- 结合电力载波及GPRS技术的控制与保护开关监控系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 结合当今国家＂十二五＂规划对智能电网建设的迫切需要，我们设计了一套基于电力载波及GPRS技术的控制与保护开关监控系统。在远程通讯方式上，该系统结合了PLC通讯方式及GPRS无线通讯方式，实现了远程监控，弥补现有依靠单一载波通讯和GPRS通讯的不足，使两种通讯方式有机结合，优势互补。其可扩展性强，可根据具体用户的需求进行升级。目前该作品已完成上位机软件的设计，下位机硬件正在试运行中。
- 详细介绍：
- 目前我们所熟知的控制与保护开关的通讯方式有三种：单一总线（如RS485/232总线）、电力线载波通讯（PLC）和无线通讯技术（GPRS）。这三种通讯方式均有缺点，单一总线实现远程监控传输距离有限；电力载波技术利用低压输电线路组成数据通信网络，但其配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，仅限于单个变压器供电范围内的传送且受传输距离影响较大；GPRS是一种新型的分组数据传输方式，但其存在信号盲区。这样便使得仅依靠单一总线、电力线载波或GPRS通讯技术的监控系统受到了很大的制约。结合当今国家＂十二五＂规划对智能电网建设的迫切需要，我们设计了一套基于电力载波及GPRS技术的控制与保护开关监控系，该系统由开关主体、开关主体控制器、信号采集模块、信号接收模块、GPRS无线通讯模块、上位机监控系统六部分组成。 开关主体，采用E型电磁铁交流吸合直流低压保持方式或采用E型电磁铁配永久磁铁工作方式，交流吸合，永磁吸力保持方式。 主体控制器，用于实时采集开关主体工作状态和各种电信号，根据采集到的信息对线路进行实时控制，并随时接收控制室发来的远程控制信号，根据控制指令执行相关操作，将工作状态随时上传给控制室。 信号采集模块和信号接收模块，负责采集主体控制器的数据和传输控制命令。 GPRS无线通讯模块，采用虚拟IP技术，利用移动网络进行数据传输。 上位机监控系统，用于对采集到的数据进行分析和对远端开关参数在线设置。 所述信号采集模块和信号接收模块由电源电路、RS232接口、电力载波模块、中央处理单元构成。上位机监控系统由用电量统计、参数设定、线路参数显示、开关状态监控功能模块组成。信号采集模块和主体控制器可以采用一对一或者一对多的连接方式。此系统实现控制、保护、远程监控的有机结合，可对开关进行远程监控，克服了以往CPS在线监控能力上的不足之处。 这种新型的控制与保护开关具有智能断路器、智能接触器等电器的功能，同时结合电力载波技术和GPRS通讯技术、虚拟IP技术等先进技术于一身，实现了信息的双向采集及传递，使得CPS网络化得以实现，符合当前我国智能电网建设的要求。且该系统可扩展性强，可根据用户的需求进行升级安装无功补偿装置等。 该作品适用于目前农村电网改造、楼宇电器自动化、工厂供配电等场合，有广阔的市场前景，经济效益也十分可观。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计目的：现有的控制与保护开关多采用单一总线实现远程监控，而这些总线传输距离有限，所以考虑设计一种新的通讯方式来解决当前控制与保护开关在远程通讯方面存在的问题。 基本思路：控制与保护开关可实时对电力设施进行控制与保护。电力线载波技术在通讯时不需重新布线，投资成本低，但配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，仅限于单个变压器供电范围内的传送，且不适合长距离传输。GPRS通讯技术是一种新型的分组数据传输方式，采用IP数据网络协议，通讯实时性强，运营成本低，通讯速率高，建设成本少，但需要一定的维护费用，而且存在信号盲区。这样便使得当前依靠单一方式通讯及组网方式受到很大的制约；另外，结合智能电网建设中关键设备的传统控制与保护开关应该具有智能化的特点，所以提出了一种结合电力载波技术与GPRS通讯技术的控制与保护开关，既弥补了当前控制与保护开关在远程通讯方式上的不足，又符合目前我国对智能电网的建设要求，同时可根据具体用户的需求进行无功补偿、智能电表等功能升级。 创新点：将电力载波及GPRS技术相结合来实现控制与保护开关的远程监控。 技术关键：如何结合两种通讯方式及接口处理，采用什么协议通讯、数据包格式、组网方式等。 主要技术指标：实现对远程CPS的运行状态进行监控，控制分合闸，后期可加上远程在线参数设置及线路状态信息显示，如线路电压、电
科学性、先进性
- 科学性与先进性: 一种结合电力载波和GPRS通讯技术的控制与保护开关，主要由以下模块构成：1.开关主体.2.主体控制器.3.信号采集模块和信号接收模块，由电源电路、RS232接口、电力载波模块、中央处理单元构成，负责采集主体控制器的数据和传输控制命令；4.GPRS无线通讯模块，用于采用虚拟IP技术，利用移动网络进行数据传输；5.上位机监控系统，用于对采集到的数据进行分析和对远端开关参数在线设置。信号采集模块和主体控制器采用一对一的连接方式或者一对多的连接方式。 设计的突出优点： 符合目前我国对智能电网的建设要求，弥补了当前控制与保护开关在远程通讯方式上的不足，其通讯方式及组网方式弥补了现有单一载波通讯和GPRS通讯的缺点，使两种通讯方式有机结合，优势互补；可扩展性强，可根据具体用户的需求进行升级。参考文献：[1]国家电网智能化规划总报告（201003修订稿） [2]刘小波.基于GPRS的分布式配电网络远程监控系统[J].高压电器，2005
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 专利转让
作品可展示的形式
- 模型 图片 样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：下端信息采集模块通过RS232接口与CPS相连，通过现有电力线通讯网络与上端的信息采集模块相连；上端采集模块通过数据线与GPRS无线通讯模块连接，用GPRS模块进行数据传输；最后用GPRS通讯模块通过中国移动无线通讯网络与上位机监控系统相连，通过上位机监控系统对CPS进行远程监控。 技术特点及优势：有机结合目前两种比较流行的数据通讯方式，发挥各自的优点，信息传递快速精确，节约资源、金钱且便于管理维护。 适用范围：电网改造、楼宇电器自动化、工厂供配电等。 市场分析：按照国家十二五规划对智能电网发展的迫切需要，对该产品的需求增多，市场前景广阔。 经济效益预测：按每台成本500元，售价1000元，年销售10000台计算，年利润便可达500万元。为了迅速将产品推向市场，在推广初期可以采用模块化生产模式，采取外包的模式生产各模块，然后进行总体安装调试及控制系统的设计，待产品占领市场后，再采取独立生产的模式，进而减少成本，提高利润额。
同类课题研究水平概述
- 以前受信息通讯技术和控制与保护开关的限制使远程监控存在一定的难度，随着信息技术的发展，目前国内外很多公司已经致力于远程监控的研究。 目前该类产品在国内外均有研究，但能够结合电力载波和GPRS这两种当今比较流行的通讯方式的产品不多，大部分都是采用单一的电力载波通讯模式或GPRS通讯模式等进行设计，这样在通讯稳定性及产品建设成本上便会存在缺陷。一方面电力载波通讯方式受传输距离的影响较大，当距离较远时，信号受干扰较为严重。另一方面GPRS通讯技术是一种新型的分组数据传输方式，但需要一定的维护费用，而且存在信号盲区。这样便使得当前依靠单一方式通讯及组网方式受到很大的制约。而作为智能电网建设中关键设备的传统控制与保护开关虽然具有智能化的特点，可根据实际情况采取相应的控制，但缺乏远程监控的功能，使其应用范围受限制。本设计结合了当前较流行电力载波和GPRS通讯技术，使控制与保护开关实现远程监控，而且通过电力线进行数据传送，避免二次消费，节约成本，符合了国家十二五期间对智能电网建设的需要。同时也将该类产品国产化推向日程，为我国智能电网建设提供了有力保证。 通过查阅国内外相关研究成果，目前国内外尚无将这两种通讯方式用于CPS的远程监控设计上，大部分是用单一的通讯方式进行集中抄表（水、电、煤气表等），因此该设计在整体设计思路上属于比较先进的。
