易天福

(四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 崇州，611231)

基于GPRS通信的配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

易天福

(四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 崇州，611231)

根據(jù)配電變壓器(配變)監(jiān)測(cè)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃约皩?shí)時(shí)性要求，本文提出并設(shè)計(jì)了一種基于GPRS通信的配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。文中闡述了該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和通信原理，介紹了采集終端、配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件的功能和特點(diǎn)。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)具有傳輸速率快、可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)和運(yùn)行費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)。

GPRS配電變壓器 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1 概述

配電變壓器是將電能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。但是由于配電變壓器分布點(diǎn)多、位置雜亂，要建立一個(gè)實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高、投資節(jié)約的通信網(wǎng)絡(luò)，困難非常大，這已成為大面積推廣配變監(jiān)測(cè)的主要障礙。

目前的配變監(jiān)測(cè)方案，常采用數(shù)傳電臺(tái)、GSM短消息、光纖等通信方式。數(shù)傳電臺(tái)方案除每年的頻點(diǎn)費(fèi)以外，平時(shí)運(yùn)行雖然無(wú)需額外費(fèi)用，但是可靠性、實(shí)時(shí)性差，無(wú)法主動(dòng)上報(bào)。GSM短消息方案可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)上報(bào)，但是需要按條收費(fèi)，運(yùn)行費(fèi)用偏高，尤其在節(jié)假日期間，短消息服務(wù)中心服務(wù)器因繁忙導(dǎo)致延時(shí)，造成實(shí)時(shí)性不強(qiáng)。光纖運(yùn)行穩(wěn)定可靠，但是成本投入較大。

本文提出了以GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和Internet為通信系統(tǒng)而構(gòu)建的星型網(wǎng)絡(luò)的配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能較好地解決上述配變監(jiān)測(cè)中的一系列問(wèn)題。

2 GPRS及其相關(guān)技術(shù)介紹

GPRS是移動(dòng)通信技術(shù)中介于數(shù)字通信和分組型移動(dòng)通信業(yè)務(wù)之間的一種技術(shù)，通過(guò)全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)網(wǎng)絡(luò)而實(shí)現(xiàn)。GPRS采用時(shí)分多址(TDMA)方式傳輸話音，采用分組方式傳輸數(shù)據(jù)。

GPRS是按GSM標(biāo)準(zhǔn)定義的封包交換協(xié)議，可以快速接入數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。主要優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)傳輸速率高。通過(guò)同時(shí)使用8個(gè)時(shí)隙，GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率最高理論值可達(dá)到171.2kbit/s，而且通過(guò)不同的編碼方式，可以實(shí)現(xiàn)不同速率的傳輸速度，能對(duì)有限寬帶加以高效利用，完全能滿足配電變壓器監(jiān)測(cè)的通信速率要求；

(2)永遠(yuǎn)在線，實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。GPRS在終端與網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)了不間斷在線連接，即使沒(méi)有數(shù)據(jù)傳送，移動(dòng)終端仍保持與網(wǎng)絡(luò)連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)無(wú)需重連，只有在進(jìn)行實(shí)際傳輸時(shí)才會(huì)占用網(wǎng)絡(luò)容量，保證了信息交換的實(shí)時(shí)性和高效性；

(3)按流量計(jì)費(fèi)。GPRS營(yíng)運(yùn)商是以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量而不是以連接時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)計(jì)費(fèi)的，這使系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用大大降低。用戶可以根據(jù)實(shí)際需要選擇交費(fèi)方式，從而節(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用。

綜上所述，GPRS在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域獨(dú)有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)拓展了它廣泛的應(yīng)用前景，成為配變監(jiān)測(cè)較為理想的通信方式。

3 基于GPRS的配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集模塊、GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸部分、互聯(lián)網(wǎng)傳輸部分和配變監(jiān)測(cè)管理軟件四部分組成。在該系統(tǒng)中，終端設(shè)備通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接到Internet，與客戶端前置機(jī)(具有上網(wǎng)功能)進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)以UDP報(bào)文發(fā)送給監(jiān)測(cè)中心。

通過(guò)GPRS模塊，數(shù)據(jù)采集模塊可以直接訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)，配變監(jiān)測(cè)中心電腦只需要通過(guò)寬帶接入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)功能即可。具體的通信鏈路是數(shù)據(jù)采集模塊把配變的參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)檢測(cè)出來(lái)，通過(guò)串口連接到GPRS模塊上，然后將其打成IP包，再通過(guò)GPRS空中接口接入到GPRS網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)GPRS網(wǎng)關(guān)和路由器接到配變監(jiān)測(cè)中心，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

對(duì)于配變較多的配電網(wǎng)，配變監(jiān)測(cè)中心應(yīng)使用通信能力更強(qiáng)的寬帶接入，使用固定IP，并且配置UNIX主機(jī)或微軟的Windows服務(wù)器，使其能夠滿足同時(shí)對(duì)多個(gè)配變的監(jiān)測(cè)要求。但是通過(guò)Internet會(huì)對(duì)企業(yè)的安全性帶來(lái)一定的風(fēng)險(xiǎn)，這時(shí)需要考慮使用虛擬專用網(wǎng)(VPN)技術(shù)建立企業(yè)網(wǎng)，并在移動(dòng)通信服務(wù)商申請(qǐng)接入點(diǎn)(APN)，使GPRS網(wǎng)傳出的數(shù)據(jù)直接發(fā)送至VPN而不通過(guò)Internet，這樣就可以保護(hù)企業(yè)數(shù)據(jù)不被破壞，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

總之，根據(jù)實(shí)際需要，應(yīng)該靈活地選擇配變監(jiān)測(cè)中心的構(gòu)建方式?；贕PRS通信的配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成方案，較好地解決了配變監(jiān)測(cè)的信道“瓶頸”問(wèn)題，避免了重復(fù)建設(shè)通訊網(wǎng)絡(luò)，有效地提供了準(zhǔn)確可靠的配變運(yùn)行數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確地對(duì)配變負(fù)荷變動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

4 系統(tǒng)終端硬件設(shè)計(jì)方案

終端硬件部分主要由數(shù)據(jù)采集模塊和GPRS模塊組成。微控制器采集到配變的運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息之后，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)把數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)測(cè)中心，同時(shí)監(jiān)測(cè)中心向它索要數(shù)據(jù)時(shí)，及時(shí)上報(bào)數(shù)據(jù)。

GPRS數(shù)據(jù)采集模塊硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 GPRS數(shù)據(jù)采集模塊的硬件結(jié)構(gòu)

4.1GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊功能

目前GPRS模塊一般是指帶有GPRS上網(wǎng)功能的GSM模塊，例如H7118GPRS模塊。H7118的GPRS數(shù)傳模塊支持雙頻GSM/GPRS，A5/1及A5/5加密算法，內(nèi)置自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接和協(xié)議處理模塊，無(wú)需后臺(tái)計(jì)算機(jī)支持，具有抗干擾、自診斷與警告輸出功能，適合電磁環(huán)境惡劣的應(yīng)用環(huán)境，同時(shí)提供RS232接口。H7118GPRS模塊使用簡(jiǎn)單、方便，為用戶的數(shù)據(jù)設(shè)備提供透明傳輸通道，體積小，功耗低，非常適合作為嵌入式系統(tǒng)的基本硬件進(jìn)行開(kāi)發(fā)使用。

4.2CS5460A芯片介紹

CS5460A是美國(guó)CRYSTAL公司推出的帶有串行口的單相雙向功率/電能計(jì)量集成電路芯片，可以測(cè)量瞬時(shí)電流、瞬時(shí)電壓、瞬時(shí)功率、電能量、電流有效值和電壓有效值，并集成了看門狗定時(shí)器WDT(WatchDogTimer)與內(nèi)部電源監(jiān)視器。CS5460A不僅具有較高的可靠性和精度，而且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，目前已在多種電力參數(shù)測(cè)量裝置中廣泛應(yīng)用。

5 配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件

監(jiān)測(cè)軟件采用通用編程工具開(kāi)發(fā)，靈活性好，擴(kuò)展性強(qiáng)，可以對(duì)采集來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、保存、入庫(kù)，并制作輸出報(bào)表、繪制各種曲線，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)配電網(wǎng)配變的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件界面簡(jiǎn)單、操作方便，真正實(shí)現(xiàn)了高效率和辦公自動(dòng)化。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)如下功能：

(1)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)功能。自動(dòng)接收和處理配電變壓器綜合參數(shù)測(cè)量和計(jì)量裝置發(fā)送過(guò)來(lái)的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并存入網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)中；

(2)顯示功能。除顯示各重要數(shù)據(jù)外，還可以針對(duì)某一配電變壓器的某一同類參數(shù)自動(dòng)繪制出負(fù)荷曲線，直觀地反映出各配電變壓器的運(yùn)行情況，曲線可放大、縮小和拖動(dòng)；

(3)報(bào)警功能。在配電變壓器運(yùn)行時(shí)，當(dāng)某參數(shù)超出設(shè)定范圍，系統(tǒng)將自動(dòng)報(bào)警，并把故障內(nèi)容存入數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)自動(dòng)彈出故障窗口，提醒工作人員處理，也可以用短消息的方式把故障內(nèi)容發(fā)送到預(yù)先設(shè)定的負(fù)責(zé)人的手機(jī)上；

(4)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢功能。操作員可以設(shè)置不同的查詢條件從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得各種歷史數(shù)據(jù)，顯示這一時(shí)刻的某一配電變壓器的運(yùn)行參數(shù)。數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQLServer網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)，維護(hù)方便，可對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并可在權(quán)限范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)或遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)共享；

(5)統(tǒng)計(jì)報(bào)表功能。系統(tǒng)可以針對(duì)某一配電變壓器自動(dòng)做出日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、年度報(bào)表等匯總統(tǒng)計(jì)，并可按照用戶要求的格式定制報(bào)表，并進(jìn)行預(yù)覽或打印。

6 結(jié)語(yǔ)

本文所論述的基于GPRS通信的配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，解決了配變監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)通信問(wèn)題，適用范圍廣泛，運(yùn)行費(fèi)用低，能解決配變監(jiān)測(cè)的實(shí)際問(wèn)題，也能保證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性，可以給配變監(jiān)測(cè)帶來(lái)極大的方便。

〔1〕李 暉，牛少彰.無(wú)線通信安全理論與技術(shù)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2011，10(2)：31～35.

〔2〕劉 健，沈兵兵，趙江河，陳 勇.現(xiàn)代配電自動(dòng)化系統(tǒng)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2013，6(4)：51～66.

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TM421∶TP

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2095-1809(2016)04-0080-03

易天福(1971-)，男，四川廣元人，講師，工程碩士，從事電力系統(tǒng)運(yùn)行相關(guān)課程的講授和研究工作。