基于GPRS通信的配電監(jiān)控系統(tǒng)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)中低壓配電網(wǎng)的自動(dòng)化已成為電力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。中低壓配電網(wǎng)作為輸配電系統(tǒng)的zui后一個(gè)環(huán)節(jié)，其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的程度與供用電的質(zhì)量和可靠性密切相關(guān)。為此，本文特對(duì)中低壓配電網(wǎng)自動(dòng)化的必要性及其實(shí)現(xiàn)方案作簡(jiǎn)單的討論。 
關(guān)鍵詞：中低壓配電網(wǎng) 自動(dòng)化 GPRS通信 配電監(jiān)控系統(tǒng)

一、前言

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)中低壓配電網(wǎng)的自動(dòng)化已成為電力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。中低壓配電網(wǎng)作為輸配電系統(tǒng)的zui后一個(gè)環(huán)節(jié)，其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的程度與供用電的質(zhì)量和可靠性密切相關(guān)。為此，本文特對(duì)中低壓配電網(wǎng)自動(dòng)化的必要性及其實(shí)現(xiàn)方案作簡(jiǎn)單的討論。
　　配電變壓器是將電能直接分配給低壓用戶的電力設(shè)備，其運(yùn)行數(shù)據(jù)是整個(gè)配電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的重要組成部分。因此，對(duì)其運(yùn)行參數(shù)與狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)是必要的。本文討論利用GRPS作為通信手段，建立配電變壓器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
　　在配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)的通信中，可以采用數(shù)傳電臺(tái)、GSM短消息、光纖接入等方式。數(shù)傳電臺(tái)的優(yōu)勢(shì)是除了每年的頻點(diǎn)費(fèi)以外，平時(shí)運(yùn)行無(wú)需額外費(fèi)用；缺點(diǎn)是受地形、氣候的影響較大，造成系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時(shí)性較差，無(wú)法主動(dòng)上報(bào)。GSM短消息方式可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)上報(bào)；缺點(diǎn)是按條收費(fèi)，運(yùn)行費(fèi)用高，而且在節(jié)假日短消息中心服務(wù)器繁忙時(shí)延時(shí)相當(dāng)長(zhǎng)。光纖通信穩(wěn)定可靠，但是施工成本投入大、擴(kuò)展性差、設(shè)備維護(hù)方面不方便。而GPRS通信則避免了以上問(wèn)題。
　　通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)GPRS 是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來(lái)的一種新無(wú)線數(shù)據(jù)傳數(shù)業(yè)務(wù)，目的是給移動(dòng)用戶提供高速無(wú)線IP或X.25服務(wù)。 GPRS理論帶寬可達(dá)171.2Kbit/s，實(shí)際應(yīng)用帶寬大約在40～100Kbit/s，在此信道上提供TCP/IP連接，可以用于INTERNET連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用。GPRS采用分組交換技術(shù)，每個(gè)用戶可同時(shí)占用多個(gè)無(wú)線信道，同一無(wú)線信道又可以由多個(gè)用戶共享，資源被有效的利用。GPRS允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源。GPRS永遠(yuǎn)在線，按流量計(jì)費(fèi)，從而提供了一種、低成本的無(wú)線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、點(diǎn)多分散、中小流量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　
　 　配電變壓器綜合管理系統(tǒng)的開發(fā)目標(biāo)是建立一個(gè)安全可靠，能提供各種服務(wù)，并有為應(yīng)用程序的執(zhí)行和實(shí)施提供較強(qiáng)功能的開放式平臺(tái)和運(yùn)行在該平臺(tái)的多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的應(yīng)用子系統(tǒng)組成的系統(tǒng)，成為一個(gè)符合配電系統(tǒng)現(xiàn)代化管理要求的，分布式，開放式，模塊化，可擴(kuò)充的配電變壓器綜合管理系統(tǒng)。基礎(chǔ)平臺(tái)除提供基本的硬件技術(shù)和操作系統(tǒng)內(nèi)核外，還提供諸如數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、信息傳遞、人機(jī)界面、實(shí)時(shí)環(huán)境應(yīng)用程序等基礎(chǔ)服務(wù)。基于基礎(chǔ)平臺(tái)之上的各應(yīng)用子系統(tǒng)包括：配電變壓器管理，線損管理，自動(dòng)抄表，VQC功能，諧波數(shù)據(jù)，購(gòu)電量管理，數(shù)據(jù)查詢，自動(dòng)報(bào)表，圖表和與其他系統(tǒng)的接口等。這些子系統(tǒng)之間在開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（OSA）基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)有機(jī)的橫向和縱向集成，形成一個(gè)完整的配電變壓器綜合管理信息系統(tǒng)。
　　GPRS配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如下圖所示，系統(tǒng)分為四個(gè)部分，分別是監(jiān)控中心主站、網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器、GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端、監(jiān)控終端設(shè)備。主站主要完成人機(jī)交互工作；網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路建立和數(shù)據(jù)收發(fā)的透明中轉(zhuǎn)；GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端完成信息的上送與下發(fā)；監(jiān)控終端設(shè)備主要完成數(shù)字量與模擬量的采集。

　　本系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器可采用ADSL、LAN等INNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP或者公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP+DNS解析服務(wù)，出于安全性考慮，監(jiān)控中心主站在局域網(wǎng)中，不直接連在INTERNET網(wǎng)上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器來(lái)負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路建立和數(shù)據(jù)收發(fā)的透明中轉(zhuǎn)。GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端上電后，它會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)定在其內(nèi)部的IP地址或者是域名來(lái)主動(dòng)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器，通過(guò)代理服務(wù)器和監(jiān)控中心建立TCP/IP鏈路。監(jiān)控中心主站本身維護(hù)接入的每個(gè)終端的IP地址和ID號(hào)，當(dāng)主站要向某個(gè)監(jiān)控終端提出數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)，它會(huì)根據(jù)IP地址和ID號(hào)來(lái)找到對(duì)應(yīng)的終端，將命令下發(fā)到該終端，終端響應(yīng)后通過(guò)GRPS數(shù)據(jù)傳輸終端把數(shù)據(jù)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器端口，通過(guò)端口影射轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控中心主站，即完成了一個(gè)應(yīng)答式的通訊流程。
　　以上方式是通過(guò)Internet(CMNET)實(shí)現(xiàn)的，這樣用戶的實(shí)現(xiàn)成本比較低。如需要高可靠性數(shù)據(jù)傳輸。中國(guó)移動(dòng)為這種應(yīng)用提供了直接接入GPRS網(wǎng)絡(luò)的方式。監(jiān)控中心主站通過(guò)專線方式直接接入GPRS移動(dòng)基站，并獲得一個(gè)固定的IP地址。監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)無(wú)需路由到Internet網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)DTU也采用固定IP地址的SIM卡。采用這種方式組成點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)具有實(shí)時(shí)性好、安全性高的特點(diǎn)，但接入費(fèi)用相對(duì)較高。

三、監(jiān)控終端

　　該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用的配電綜合監(jiān)測(cè)儀是根據(jù)電力需求側(cè)管理技術(shù)要求和配變負(fù)荷監(jiān)測(cè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、制造的一種高科技產(chǎn)品。它采用高精度數(shù)字采樣處理技術(shù)，集數(shù)據(jù)采集、顯示、存儲(chǔ)、通訊等多功能于一體，并可通過(guò)后臺(tái)軟件將儲(chǔ)存記錄的數(shù)據(jù)以圖表或報(bào)表的形式顯示、打印和分析。其科技，功能強(qiáng)大、可靠性高，可廣泛應(yīng)用于配電自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)。其主要功能有：

基本測(cè)量參數(shù)：
　　　　 三相電壓、電流、頻率、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、四象限電能、環(huán)境溫度等九類，三十多個(gè)參數(shù)。 

額定技術(shù)參數(shù)

　　　 額定電壓 Un：　100V 
　　　 額定電流 In：　 
　　　 額定頻率 Fn：　50Hz 

測(cè)量準(zhǔn)確度

　　　 電壓/電流/頻率：　0.2級(jí) 
　　　 功率因數(shù)/有功功率/無(wú)功功率：　0.5級(jí) 
　　　 有功電量/無(wú)功電量：　1.0級(jí) 

內(nèi)置閃存容量　 

　　　 存儲(chǔ)容量：1024k字節(jié)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)84日用電數(shù)據(jù)記錄（每15分鐘記錄一次）

精度
　　　　 電壓/電流/頻率：　0.2級(jí)
　　　　 功率因數(shù)/有功功率/無(wú)功功率：　0.5級(jí)
　　　　 有功電量/無(wú)功電量：　1.0級(jí)

系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定

　　　　 裝置的CT、PT變比
　　　　 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)間隔
　　　　 系統(tǒng)時(shí)鐘

LCD對(duì)比度

　　　　 過(guò)壓參數(shù)
　　　　 欠壓參數(shù)
　　　　 過(guò)流參數(shù)


四、GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端

　　GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心主站與監(jiān)控終端的通訊。本系統(tǒng)中采用SARO1010P GRPS DTU。該DTU功能與特點(diǎn)如下：

A、功能：

1. 標(biāo)準(zhǔn)的AT 命令界面,方便程序設(shè)計(jì)；
2. TCP/IP Internet 內(nèi)嵌的協(xié)議棧，輕松互連；
3. RS232接口方式，更加簡(jiǎn)便的通訊方式；
4. 可通過(guò)串口升級(jí)程序。
B、性能：
1. 使用低功耗高性能的CPU 做處理器，16位內(nèi)部數(shù)據(jù)總線，128KBSRAM，512KBFLASH，可高速處理協(xié)議和大量數(shù)據(jù)；
2. 支持全透明及幀格式數(shù)據(jù)傳輸；
3. 支持TCP、IP、PPP、ICMP、UDP、NET、HTTP 協(xié)議棧；
4. 一個(gè)符合ISO7816-3IC 卡標(biāo)準(zhǔn)的SIM 卡座，支持符合GSM11.11 和GSM11.10，規(guī)范SIM 卡；
5. 簡(jiǎn)化的接口設(shè)計(jì)，使用通用的232 接口和簡(jiǎn)單的AT 命令交互界面；
6. 供了更方便的電源接口，即可使用外掛電源。又可從串口直接取電；
7. 整機(jī)功耗小于3W；
8. 完善了GPRS 網(wǎng)絡(luò)中所出現(xiàn)的假撥號(hào)，掉線自動(dòng)重啟，遠(yuǎn)程喚醒等功能；
9. 支持遠(yuǎn)程控制及動(dòng)態(tài)域名解析；
10. 同時(shí)更具嵌入式系統(tǒng)要求，可提供內(nèi)置式模塊（不帶外殼，可通過(guò)插針與嵌入式直接系統(tǒng)相連）。
11、同時(shí)還有軟硬件雙重看門狗，在DTU不能正常工作時(shí)，能夠自動(dòng)斷電復(fù)位。

五、監(jiān)控中心主站

　　主站系統(tǒng)zui里面層為操作系統(tǒng)及系統(tǒng)軟件。第二層為系統(tǒng)支持軟件層，包括數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、電力系統(tǒng)模型、數(shù)據(jù)采集和傳輸。電力系統(tǒng)模型主要指電力系統(tǒng)設(shè)備對(duì)象化及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌粩?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)分運(yùn)行庫(kù)、基礎(chǔ)庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)和歷史庫(kù)四部分；數(shù)據(jù)采集和傳輸就是將各種數(shù)據(jù)從不同的終端根據(jù)各種通訊協(xié)議采集過(guò)來(lái)，但并不進(jìn)行處理，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分發(fā)給需要這些數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。第三層為基礎(chǔ)應(yīng)用層，將采集過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)各種處理，通過(guò)GUI界面顯示給用戶。第四層為應(yīng)用層，它所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)主要是供電力系統(tǒng)進(jìn)一步管理和決策用。
上位軟件主要完成以下功能：

　　（1）配電變壓器SCADA系統(tǒng)　變壓器運(yùn)行監(jiān)控，變壓器異常情況監(jiān)控，數(shù)據(jù)的分析、處理和存盤，RTU的參數(shù)設(shè)置及狀態(tài)顯示。既能獲得配電網(wǎng)運(yùn)行的基本信息，又為功能擴(kuò)充提供很好的基礎(chǔ)。
　　（2）自動(dòng)抄表系統(tǒng)　根據(jù)設(shè)定的時(shí)間自動(dòng)抄錄配電變壓器和用戶的電度數(shù)。并具有電表異常告警，跟蹤抄表記錄和操作記錄等輔助功能。
　　（3）用戶購(gòu)電量管理　對(duì)于信譽(yù)比較差的用戶，通過(guò)系統(tǒng)對(duì)它進(jìn)行先購(gòu)電后供電，并在使用電量達(dá)到某些比例時(shí)進(jìn)行警告。
　　（4）線損管理　主要是臺(tái)區(qū)線損管理和線路線損管理。
　　（5）配電設(shè)備管理　主要是配電線路和配電變壓器等設(shè)備的管理。
　　（6）終端錯(cuò)誤智能識(shí)別　終端錯(cuò)誤分為通訊恢復(fù)，通訊中斷（某一終端連續(xù)三次召測(cè)不到），終端無(wú)線錯(cuò)誤（一天連續(xù)十次召測(cè)不到），無(wú)線中斷（連續(xù)有三十個(gè)終端召測(cè)不到）。
　　（7）負(fù)荷預(yù)測(cè)　通過(guò)計(jì)算主站和分站所有臺(tái)區(qū)的總有功功率總加值來(lái)初步預(yù)測(cè)下一階段的負(fù)荷情況。
　　（8）電容器投切　根據(jù)電壓和功率因數(shù)就地進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)時(shí)考慮時(shí)間因素和投切次數(shù)。在就地調(diào)節(jié)失靈的情況下能夠遠(yuǎn)方監(jiān)視和遠(yuǎn)方控制。如果終端無(wú)調(diào)節(jié)投切功能，系統(tǒng)能夠遠(yuǎn)方計(jì)算后控制電容器投切。
　　（9）終端操作　可以遠(yuǎn)方讀取或者設(shè)置終端的參數(shù)，如變壓器的整定參數(shù)等。可設(shè)置開關(guān)合閘，開關(guān)分閘。可讀取或設(shè)置VQC參數(shù)。
　　（10）與營(yíng)銷系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的接口　能方便地為營(yíng)銷系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)源。
　　（11）采集諧波數(shù)據(jù)　通過(guò)系統(tǒng)能夠采集用戶的各次諧波含量。
　　（12）用戶竊電管理　增加用戶電量與功率轉(zhuǎn)換為電量的比較，通過(guò)設(shè)置比例系數(shù)，來(lái)進(jìn)行警告，比如當(dāng)有功功率產(chǎn)生而電量不動(dòng)時(shí)，則產(chǎn)生警告。

六、結(jié)論
　　
　　 實(shí)現(xiàn)我國(guó)中低壓配電網(wǎng)自動(dòng)化，是提高供電質(zhì)量、用電可靠性和提高電力企業(yè)自身水平的需要,GPRS作為一種新的通訊手段，應(yīng)用在配電自動(dòng)化中有很多優(yōu)點(diǎn), 基于GPRS通信的配電變壓器綜合管理系統(tǒng)是一個(gè)比較有應(yīng)用前景的實(shí)現(xiàn)方案。