利用GPRS技术实现调度自动化信息的传输2004.doc

利用GPRS技术实现调度自动化信息的传输

摘要：本文讲述了一种新型的通讯技术——GPRS通讯在调度自动化系统数据传输中的应用。首先，文中指出，现有的光纤通讯方式已不能完全满足调度自动化系统发展的要求，需要开发一种新的电力信息通讯方式。然后在介绍GPRS技术的各种邮电之后，提出了利用GPRS通讯技术传输调度自动化信息的软、硬件配置方案并给出系统框图及总体结构。最后，通过GPRS通讯技术在变电站信息传送中的实际应用，指出GPRS 技术在调度自动化系统中的应用，开创了电力通讯事业中的一个新兴领域，为电力系统提供了一种新型的灵活、可靠、经济、实用的通信网络，确保电力系统运行的可靠性。
关键词：GPRS 数据传输 实时监控
Abstract
Key words
1 引言
目前，变电站无人值班管理模式已在电力系统中广泛推广。[1]以笔者工作的济南供电公司为例，其下辖的46座220KV及以下的变电站已全部实现了无人值守。为确保调度及监控中心及时、准确地监视及控制变电站的所有设备，要求远动系统能够正确传送站内设备信息，尤其在故障发生时，能快速、准确的将站内故障信息全部传送至调度主站，以便于调度及监控中心人员及时了解故障情况并做出准确的判断，尽可能减少电网损失。为完成上述功能要求，除了要选用稳定、可靠的远动设备，高可靠性数据传输的通讯系统也是必不可少的条件。同时，远动运行规程中规定，一个变电站至少应有两种不同的通讯方式，实现双通道互为备用并自动切换，以提高数据传输的可靠性。
济南供电公司自上世纪90年代开始变电站无人值守改造以来，远动数据的传输方式已由以载波、微波为主要传输模式发展到光纤传输为主要通道，一点多址微波为备用通道的方式。目前，公司管辖的所有变电站已实现光纤通讯，其中，由老站进行改造的变电站依托原有的微波设备，将一点多址微波作为备用通道；但是对某些新建的变电站，无法安装一点多址设备从而造成资源浪费，需要寻找一种新型的通讯手段作为备用通道方式。经过一定时间的考察论证，我们选择了GPRS技术对远动数据进行传输。
2 GPRS技术简介
GPRS是通用分组无线业务（General Packet Radio Service）的英文简称，是在现有的GSM系统上发展出来的一种新的分组数据承载业务。GPRS与现有的GSM语音系统最根本的区别是，GSM是一种电路交换系统，而GPRS是一种分组交换系统。因此，GPRS特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。这一特点正适合大多数移动互联的应用。
相对原来GSM的拨号方式的电路交换数据传送方式，GPRS是分组交换技术，具有“实时在线”、“按量计费”、“快捷登录”、“高速传输”、“自如切换”的特点。
2.1 实时在线
“实时在线”，即用户随时与网络保持联系。举个例子，用户访问互联网时，手机就在无线信道上发送和接受数据，就算没有数据传送，手机还一直与网络保持连接，不但可以由用户侧发起数据传输，还可以从网络测随时启动push类业务，不象普通拨号上网那样断线后还得重新拨号才能上网冲浪。 这样可保证变电站内远动信息可实时传输至调度主站。
2.2按量计费
 用户可以一直在线，按照用户接收和发送数据包的数量来收取费用，没有数据流量的传递时，用户即使挂在网上，也是不收费的。举个很形象也很意思的例子：发呆是免费的。
2.3快捷登录
　　GPRS的用户一开机，就始终附着在GPRS网络上，每次使用时只需一个激活的过程一般只需要1-3秒的时间马上就能登录至互联网，而固定拨号方式接入互联网需要拨号、验证用户名密码、登录服务器等过程，至少需要8-10秒甚至更长的时间。
2.4高速传输
GPRS采用分组交换的技术，数据传输速率最高理论值能达171.2kb/s，但实际速度受到编码的限制和手机终端的限制，可能会有所不同。电路交换数据业务，速率为每秒9.6K比特，因此电路交换数据业务(简称CSD)与GPRS的关系就象是9.6K Modem和33.6K、56K的Modem的区别一样。
2.5自如切换
　　GPRS还具有数据传输与话音传输可同时进行或切换进行的优势。也就是说用户在用移动电话上网冲浪的同时可以接收语音电话。举个例子，原来的电话拨号上网，接入之后就不能再打电话，也不能接电话，而GPRS就类似于固定电话的ISDN的概念，电话上网两不误。
2.6 GPRS通讯的优点
1）接入使用费用低，安装调试方便快捷。
2）终端需要经过两次认证才能登录网络，而且与用Internet实现的VPN相比，更具安全性，GPRS移动终端不会受到外界攻击，通信数据安全性高。
3）整个通信系统利用中国移动网络，不需要构建通信网络，系统建设成本低，周期短，收效快，维护量少。
3 方案的设计与实现
　　由于远动数据传输的特殊性：速率不高，一般为600-1200bps,但要求循环不断的发送数据至调度主站端，同时调度主站需随时向变电站发送下行命令，对实时性和正确性的要求较高。而GPRS技术支持中高速率数据传输，支持基于标准数据通信协议的应用，可以和IP网互联互通，支持特定的点对点和点对多点服务，技术上较为符合远动数据对通道的要求。同时，GPRS设备安装使用简单、方便，投资较少，运行维护费用低廉，资金方面比较容易实现。为此，我们首先制定了软、硬件系统方案，并以110KV经七路变电站为对象进行了系统的构建及试验。
3．1 设计原则
变电站GPRS通讯系统应遵循以下原则：
1） 可靠、先进、灵活、实用、安全
2） 采用开放体系的硬件和软件平台
3） 采用TCP/IP联网标准
4） 采用基于域名的设备管理
5） 存储能满足系统的需要
3.2 硬件系统
由中心站、移动终端、数据发送端、通信链路、数据接收端组成，具体情况如下：
3.2.1 中心站
通信主站，采用一台双CPU的高可靠性工业控制用计算机加上足够数量的多用户卡与调度自动化系统和配网自动化系统相连接。双CPU用负荷分担的方式互为备份。
3.2.2 移动终端
经考察论证，采用了广东立信企业生产的SRE WIC-01A（无线智能传控终端），它是广东立信企业有限公司充分利用现代化的通讯与计算机技术，开发的新一代基于GPRS无线智能传输产品，是SRE系列产品中的高端产品。该终端是由无线传输模块和核心控制模块集成的产品，它将采集到的数据传送到远程数据处理中心，或将远程数据处理中心发送的指令发送给控制模块，可实现数据的双向处理、传输和控制功能，传输稳定性高，并且实时在线。它外形小巧，接口丰富、灵活，数据处理能力强，配置、调试和维护简单，造型柔和，性价比高，数据传输的安全性和稳定性好，在实时性要求比较高的领域得到了广泛的应用。并具有以下优点：
a) 核心采用高性能、低功耗的工业级CPU，大容量的存储单元。
b) 内置无线通讯GSM模块，模块具有GPRS功能，并且为工业级模块，能适应在较恶劣的安装使用环境。
c) RS485/RS232接口与现场RTU连接。
d) 数据传输和协议转换：SRE WIC-01A既可以将数据透明传输，也可以通过添加相应程序模块对数据做协议转换，针对不同的应用系统提供灵活的应用方式。
e) 电源单元支持双路供电，一路为直流外部电源，一路为内部可充电的高容量锂电池，能在停电时继续工作。
3.2.3 数据发送端
RTU、FTU、TTU等非智能设备，数据量大，需要实时传输，采用WDL或WIC。
3.2.4 通信链路
数据经由无线智能传输产品走GPRS网络到达移动SGSN骨干网，从GGSN到移动ROUTER采用GRE TUNNEL连接，从移动ROUTER到监控中心ROUTER使用专线方式（E1）连接。
3.2.5 数据接收端
监控中心ROUTER直接接入电力信息中心的SWITCH，通过GRE TUNNEL方式将数据直接传送给ARS，然后由ARS将数据转发给相应的后台数据库和应用程序。
系统的网络框图如下图所示：
网络结构框图

3.3 软件系统：
在此系统中，每一个FTU都有唯一ID，作为自身的唯一标识，与它对应的GPRS则拥有动态IP地址，作为它与服务器连接的地址标识。IP地址的分配权限掌握在GGSN中。调度自动化设备也具有自身唯一ID，每个设备与服务器上的一个串口相对应。

设备配置界面

本系统主要的作用就是消息的转发和记录以及对网络状态的监控功能。消息处理就是将从一端发送过来的消息接收，然后根据设备映射表将此消息转发给与其对应的另一端设备，同时在服务器上记录所传递的消息。网络状态监控就是监视网络的连通状态，并在网络断开的情况下将断开节点编号通知给管理员，以便管理员采取相应的措施。
系统总体结构如下图所示：

系统服务器
GPRS
GPRS
……
GPRS
GPRS
……
调度自动化
调度自动化
……
调度自动化
调度自动化
……
短信接收
消 息 接 收 / 发 送 器
消 息 接 收 / 发 送 器
系统状态监控图
设备映射表维护
数据库系统
网络状态监视
消息处理器
地址和设备映射表
短信接收器
GGSN
RTU
RTU
RTU
RTU
……
……

3.4 系统特点
1）可靠性
组网时选用高可靠性的产品和技术，条件许可的话传输手段和传输路由做到备份设置，确保整个网络和系统的安全可靠。
系统软件具有较强的容错能力，不易崩溃和受到破坏，并具有良好的恢复能力。
2） 灵活性
组网时选用符合国际发展潮流的国际标准的软硬件技术，使系统有移植性强、可用性强、易于扩展等优点，保证在将来发展中迅速采用最新出现的技术、长期保持系统的先进性。
3） 实用性
系统立足于本地通信网的实际情况，首先考虑目前各种业务的实际需要，解决现有业务的实际问题，现在主要功能是提供先进的通信网络和部分网管功能。可利用现有设施，考虑对已有投资的保护，减少重复投资，避免浪费。
4） 可扩展性
系统结构采用模块化设计，可新增功能。因采用开放体系，能灵活扩展客户终端。能适应网络中新增设备的要求。
5） 可操作性
系统紧密结合维护人员日常的操作习惯，提供在线帮助，可减轻工作量，提高管理水平。
4 应用情况
我们于2004年3月在110KV经七路变电站安装了SRE WIC-01A（无线智能传控终端）设备，并将GPRS通道作为该变电站的备用通道正式投入运行，至2004年9月，经过半年的测试，通道运行比较正常，无长时间数据中断现象，可满足调度自动化的实时运行指标的要求。
具体指标如下表所示：
内 容

指 标
实际运行指标
是否满足要求
模拟量
l 遥测综合误差
l 遥测合格率
≤1.5%
≥98%
1.0%
99%
符合要求
符合要求
状态量
l 遥信正确率
≥99%
100%
符合要求
系统
响应
时间
l 开关量变位传递到主站
l 遥控返校
l 重要模拟量越死区传递时间
l 事故画面推出时间
l 故障隔离
l 平均拨通率
l 平均掉线率
〈10s

〈10s
〈15s

〈12s
〈45s
>98%
<2%
5s

5s
10s

8s
25s
100%
0.5%
符合要求

符合要求
符合要求

符合要求
符合要求
符合要求
符合要求

5 结束语
综上所述，利用GPRS通讯技术，对变电站的“四遥”信息实现实时的监控，是完全可行的。GPRS通讯技术在调度自动化系统中的应用，开创了电力通讯事业中的一个新兴领域，为电力系统了提供一种新型的灵活、可靠、经济、实用的通信网络。它不仅可作为光纤通讯的有效的补充手段，更可在特殊情况下（如光缆未敷设到某个变电站时）作为主通讯方式，提高了调度自动化系统运行的可靠性、稳定性，确保电力行业对电网在正常及事故情况下的正确监测和控制。

作者简介：林祺蓉，女，1972年生，高级工程师，长期从事调度自动化、配电网自动化技术及管理工作，联系电话：[phone].

参考文献
1、 曾庆禹，变电站自动化技术的未来发展。电力系统自动化，VOL24,No18
2、