GPRS通信的配電監控系統應用

隨著科學技術的發展，實現中低壓配電網的自動化已成為電力系統發展的趨勢。中低壓配電網作為輸配電系統的最后一個環節，其實現自動化的程度與供用電的質量和可靠性密切相關。為此，本文特對中低壓配電網自動化的必要性及其實現方案作簡單的討論。
配電變壓器是將電能直接分配給低壓用戶的電力設備，其運行數據是整個配電網基礎數據的重要組成部分。因此，對其運行參數與狀態進行監測是必要的。本文討論利用GRPS作為通信手段，建立配電變壓器監測系統。
　 在配電變壓器監控系統的通信中，可以采用數傳電臺、GSM短消息、光纖接入等方式。數傳電臺的優勢是除了每年的頻點費以外，平時運行無需額外費用；缺點是受地形、氣候的影響較大，造成系統的可靠性、實時性較差，無法主動上報。GSM短消息方式可以實現主動上報；缺點是按條收費，運行費用高，而且在節假日短消息中心服務器繁忙時延時相當長。光纖通信穩定可靠，但是施工成本投入大、擴展性差、設備維護方面不方便。而GPRS通信則避免了以上問題。
　　通用分組無線業務GPRS 是在現有GSM系統上發展出來的一種新無線數據傳數業務，目的是給移動用戶提供高速無線IP或X.25服務。 GPRS理論帶寬可達171.2Kbit/s，實際應用帶寬大約在40～100Kbit/s，在此信道上提供TCP/IP連接，可以用于INTERNET連接、數據傳輸等應用。GPRS采用分組交換技術，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，資源被有效的利用。GPRS允許用戶在端到端分組轉移模式下發送和接收數據，而不需要利用電路交換模式的網絡資源。GPRS永遠在線，按流量計費，從而提供了一種高效、低成本的無線分組數據業務。特別適用于間斷的、突發性的和頻繁的、點多分散、中小流量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸。

二、系統結構

配電變壓器綜合管理系統的開發目標是建立一個安全可靠，能提供各種高級服務，并有為應用程序的執行和實施提供較強功能的開放式平臺和運行在該平臺的多個相對獨立的應用子系統組成的系統，成為一個符合配電系統現代化管理要求的，分布式，開放式，模塊化，可擴充的配電變壓器綜合管理系統。基礎平臺除提供基本的硬件技術和操作系統內核外，還提供諸如數據庫系統、信息傳遞、人機界面、實時環境應用程序等基礎服務。基于基礎平臺之上的各應用子系統包括：配電變壓器管理，線損管理，自動抄表，VQC功能，諧波數據，購電量管理，數據查詢，自動報表，圖表和與其他系統的接口等。這些子系統之間在開放系統結構（OSA）基礎上實現有機的橫向和縱向集成，形成一個完整的配電變壓器綜合管理信息系統。
　　GPRS配電變壓器監控系統的網絡架構如下圖所示，系統分為四個部分，分別是監控中心主站、網絡代理服務器、GPRS數據傳輸終端、監控終端設備。主站主要完成人機交互工作；網絡代理服務器主要負責網絡數據鏈路建立和數據收發的透明中轉；GPRS數據傳輸終端完成信息的上送與下發；監控終端設備主要完成數字量與模擬量的采集。

三、監控終端

該監測系統采用的配電綜合監測儀是根據電力需求側管理技術要求和配變負荷監測相關標準設計、制造的一種高科技產品。它采用高精度數字采樣處理技術，集數據采集、顯示、存儲、通訊等多功能于一體，并可通過后臺軟件將儲存記錄的數據以圖表或報表的形式顯示、打印和分析。其科技領先，功能強大、可靠性高，可廣泛應用于配電自動化系統的監測。其主要功能有：

A、基本測量參數：
　　　三相電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、功率因數、四象限電能、環境溫度等九類，三十多個參數。

B、額定技術參數

　　　 額定電壓 Un：　100V
　　　 額定電流 In：　5A
　　　 額定頻率 Fn：　50Hz

C、測量準確度

　　　 電壓/電流/頻率：　0.2級
　　　 功率因數/有功功率/無功功率：　0.5級
　　　 有功電量/無功電量：　1.0級

D、內置閃存容量　

　　　 存儲容量：1024k字節，可實現連續84日用電數據記錄（每15分鐘記錄一次）

E、精度
　　　 電壓/電流/頻率：　0.2級
　　　 功率因數/有功功率/無功功率：　0.5級
　　　 有功電量/無功電量：　1.0級

F、系統參數設定

　　　 裝置的CT、PT變比
　　　 數據存儲間隔
　　　 系統時鐘

G、LCD對比度

　　　 過壓參數
　　　 欠壓參數
　　　 過流參數

四、GPRS數據傳輸終端

GPRS數據傳輸終端實現監控中心主站與監控終端的通訊。本系統中采用北京東方訊科技發展有限公司GPRS無線 DTU（CG12）。該DTU功能與特點如下：

特 征

· 無線，大數據量通信
· 通信效果取決于GPRS網絡的建設
· GPRS數據通信穩定，數據傳輸速度快，數據量大的優點。單程<1秒,速度可達40 kbit/s
· 一個RS232串口，內置GPRS模塊
· 5V直流電源供電
· 串口速率高達115200bps
· 支持參數設置、TCP客戶、TCP服務器、UDP、設備透明傳輸等模式
· 通過超級終端類似于AT指令方式或設置程序靈活設置通信參數
· 支持靜態IP，域名，SMS找IP等多種主機發現方式
· 供電： +5V
· 耗電：待發射狀態約120mA；發射狀態約300mA，范圍200mA ~480mA
· 工作溫度：-20℃ ～ +70℃
· 掉線自動重新撥號功能
· 省電模式

優 點

· 無線、實時、大數據量通信
· 控制端不需要多用戶卡、Modem之類的設備。只需要控制端上網
· 低端串口設備快速聯網

五、監控中心主站

主站系統最里面層為操作系統及系統軟件。第二層為系統支持軟件層，包括數據庫系統、電力系統模型、數據采集和傳輸。電力系統模型主要指電力系統設備對象化及網絡拓撲；數據庫系統分運行庫、基礎庫、標準庫和歷史庫四部分；數據采集和傳輸就是將各種數據從不同的終端根據各種通訊協議采集過來，但并不進行處理，再通過網絡分發給需要這些數據的系統。第三層為基礎應用層，將采集過來的數據經過各種處理，通過GUI界面顯示給用戶。第四層為高級應用層，它所產生的數據主要是供電力系統進一步管理和決策用。

　　上位軟件主要完成以下功能：

　　（1）配電變壓器SCADA系統　變壓器運行監控，變壓器異常情況監控，數據的分析、處理和存盤，RTU的參數設置及狀態顯示。既能獲得配電網運行的基本信息，又為功能擴充提供很好的基礎。
　　（2）自動抄表系統　根據設定的時間自動抄錄配電變壓器和用戶的電度數。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）用戶購電量管理　對于信譽比較差的用戶，通過系統對它進行先購電后供電，并在使用電量達到某些比例時進行警告。
　　（4）線損管理　主要是臺區線損管理和線路線損管理。
　　（5）配電設備管理　主要是配電線路和配電變壓器等設備的管理。
　　（6）終端錯誤智能識別　終端錯誤分為通訊恢復，通訊中斷（某一終端連續三次召測不到），終端無線錯誤（一天連續十次召測不到），無線中斷（連續有三十個終端召測不到）。
　　（7）負荷預測　通過計算主站和分站所有臺區的總有功功率總加值來初步預測下一階段的負荷情況。
　　（8）電容器投切　根據電壓和功率因數就地進行調節，調節時考慮時間因素和投切次數。在就地調節失靈的情況下能夠遠方監視和遠方控制。如果終端無調節投切功能，系統能夠遠方計算后控制電容器投切。
　　（9）終端操作　可以遠方讀取或者設置終端的參數，如變壓器的整定參數等。可設置開關合閘，開關分閘。可讀取或設置VQC參數。
　　（10）與營銷系統數據庫的接口　能方便地為營銷系統提供數據源。
　　（11）采集諧波數據　通過系統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換為電量的比較，通過設置比例系數，來進行警告，比如當有功功率產生而電量不動時，則產生警告。

六、結論

實現我國中低壓配電網自動化，是提高供電質量、用電可靠性和提高電力企業自身水平的需要,GPRS作為一種新的通訊手段，應用在配電自動化中有很多優點, 基于GPRS通信的配電變壓器綜合管理系統是一個比較有應用前景的實現方案。

本系統中網絡代理服務器可采用ADSL、LAN等INTELNET公網連接，采用公網固定IP或者公網動態IP+DNS解析服務，出于安全性考慮，監控中心主站在局域網中，不直接連在INTERNET網上，通過網絡代理服務器來負責網絡數據鏈路建立和數據收發的透明中轉。GPRS數據傳輸終端上電后，它會根據預先設定在其內部的IP地址或者是域名來主動訪問網絡代理服務器，通過代理服務器和監控中心建立TCP/IP鏈路。監控中心主站本身維護接入的每個終端的IP地址和ID號，當主站要向某個監控終端提出數據請求時，它會根據IP地址和ID號來找到對應的終端，將命令下發到該終端，終端響應后通過GRPS數據傳輸終端把數據發到網絡代理服務器端口，通過端口影射轉發到監控中心主站，即完成了一個應答式的通訊流程。
　　以上方式是通過Internet(CMNET)實現的，這樣用戶的實現成本比較低。如需要高可靠性數據傳輸。中國移動為這種應用提供了直接接入GPRS網絡的方式。監控中心主站通過專線方式直接接入GPRS移動基站，并獲得一個固定的IP地址。監測點數據無需路由到Internet網絡，監測點DTU也采用固定IP地址的SIM卡。采用這種方式組成點對多點網絡具有實時性好、安全性高的特點，但接入費用相對較高。