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技術(shù)文章

淺析GPRS在電力負(fù)荷管理系統(tǒng)中的應(yīng)用
DQZHAN訊：淺析GPRS在電力負(fù)荷管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

電力負(fù)荷管理系統(tǒng)是供電企業(yè)**地掌握各用電客戶(hù)用電信息的數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)，具有電力負(fù)荷實(shí)施監(jiān)控、遠(yuǎn)程抄表、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、線損分析、無(wú)功補(bǔ)償管理等功能，由主站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)采集監(jiān)控終端組成。數(shù)據(jù)采集監(jiān)控終端與遠(yuǎn)方客戶(hù)電能表安裝在一起，利用光纖通訊、無(wú)線通訊和電力載波構(gòu)成通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互傳，我們把主站系統(tǒng)與監(jiān)控終端構(gòu)成的通訊叫做系統(tǒng)級(jí)通訊。目前采用的通訊方式受投資、維護(hù)、地理環(huán)境等因素的制約，通訊效果并不理想，而且運(yùn)行費(fèi)用較高。GSM和GPSR無(wú)線數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)的興起，為電力負(fù)荷管理系統(tǒng)提供了新一代的通訊手段，特別是GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)通訊方式不用自行組網(wǎng)，具有覆蓋面廣、通訊可靠、通訊費(fèi)用低廉、免維護(hù)等特點(diǎn)，非常適合于點(diǎn)多面廣的電力負(fù)荷管理系統(tǒng)的系統(tǒng)級(jí)通訊。
一、 GPRS通訊過(guò)程描述
1、系統(tǒng)服務(wù)器撥號(hào)連接到Intermet網(wǎng)絡(luò);
2、系統(tǒng)服務(wù)器管理了所有遠(yuǎn)方客戶(hù)終端的電SIM卡電話(huà)號(hào)碼，向所有的電話(huà)號(hào)碼發(fā)短消息，把自己的IP地址通知給遠(yuǎn)方客戶(hù)終端;
注：如果系統(tǒng)服務(wù)器具有固定IP地址，省去1、2項(xiàng)。
3、系統(tǒng)服務(wù)器等待遠(yuǎn)方客戶(hù)終端的TCP/IP連接;
4、遠(yuǎn)方客戶(hù)終端登錄到GPRS網(wǎng)絡(luò)，和已知IP地址的計(jì)算機(jī)建立TCP/IP網(wǎng)絡(luò)連接;
5、遠(yuǎn)方客戶(hù)終端和主站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行身份驗(yàn)證;
6、主站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)需要向遠(yuǎn)方客戶(hù)終端請(qǐng)求數(shù)據(jù)，或者發(fā)控制命令;
7、重復(fù)5和6。
二、電力負(fù)荷管理終端對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的幾個(gè)基本要求
1、 信號(hào)覆蓋率——電力設(shè)備布點(diǎn)分散、量大面廣，通信網(wǎng)絡(luò)必須能夠基本覆蓋整個(gè)地區(qū)，這是衡量通信方案是否成功的關(guān)鍵因素。
2、 通信實(shí)時(shí)性——電力監(jiān)控系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)的信息交互傳送。
3、 數(shù)據(jù)**性——通信網(wǎng)絡(luò)必須能夠保證系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和控制信息在網(wǎng)絡(luò)傳輸中的**性，不會(huì)受到來(lái)意的攻擊而導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸不能順利進(jìn)行，或產(chǎn)生丟包現(xiàn)象，甚至數(shù)據(jù)被惡意篡改，以及人為惡意操作，造成停電破壞等事故的發(fā)生。
4、 運(yùn)行費(fèi)用——信息采集所提供的通訊方式運(yùn)行費(fèi)用是系統(tǒng)組網(wǎng)的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，尤其對(duì)公用配電變壓器這樣的電網(wǎng)低端設(shè)備，考慮運(yùn)行費(fèi)用有兩點(diǎn)建議：
按信息需求采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)并不一定代表信息，只要能反應(yīng)目前我們電力系統(tǒng)配電變壓器運(yùn)行情況的數(shù)據(jù)就足夠，不麻木的追求監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量。
進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，在技術(shù)上提高信道利用率。
5、技術(shù)的前瞻性——通訊技術(shù)的發(fā)展很快，我們所選用的通訊技術(shù)本身及其通訊網(wǎng)絡(luò)必須保證未來(lái)5---10年不被淘汰，或者在技術(shù)層面上能平穩(wěn)生級(jí)，這一點(diǎn)必須得到系統(tǒng)服務(wù)商(移動(dòng)和聯(lián)通)的承諾，單純從技術(shù)層面上比較難以做出判斷。
通訊組網(wǎng)是電力負(fù)荷管理系統(tǒng)中一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，按新聯(lián)電子在目前國(guó)內(nèi)所建立的系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)，建議按各地區(qū)的具體條件(無(wú)線網(wǎng)覆蓋率、公網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行費(fèi)用等)綜合考慮，或采用混合組網(wǎng)模式。
三、幾種電力負(fù)荷管理系統(tǒng)通訊組網(wǎng)技術(shù)的比較和工程應(yīng)用
1、傳統(tǒng)無(wú)線工程應(yīng)用
傳統(tǒng)的無(wú)線組網(wǎng)方式在濟(jì)寧供電公司已實(shí)用多年，目前已建成覆蓋了濟(jì)寧供電區(qū)電力負(fù)荷的大部分地區(qū)。使用無(wú)線專(zhuān)用頻點(diǎn)，同時(shí)干擾很小，通訊速度快(能采用1200bps或2400bps的通訊速率)，實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)。同時(shí)還是一種一次投資長(zhǎng)久使用的資源，不要運(yùn)行費(fèi)用。建成的無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)，是一種適用于電力負(fù)荷管理系統(tǒng)的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)，有著其他通訊網(wǎng)絡(luò)無(wú)可比擬的快速性能。
2、短消息工程運(yùn)用
目前利用GSM系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸有三種模式：短消息(SMS)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、GPRS.利用短消息實(shí)現(xiàn)電力負(fù)荷在工程實(shí)際應(yīng)用中組網(wǎng)方式如下：
短消息是GSM系統(tǒng)提供給用戶(hù)的一種有別于語(yǔ)音傳輸?shù)耐ㄓ崢I(yè)務(wù)，通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)挠邢揲L(zhǎng)度的文本信息。GSM中**不要求建立端-端業(yè)務(wù)路徑的業(yè)務(wù)就是短消息，即使移動(dòng)臺(tái)已處于完全電路通信情況下仍可進(jìn)行短消息傳輸。
短消息通訊**于一個(gè)消息，換言之，一個(gè)消息的傳輸就構(gòu)成了一次通信。因此，業(yè)務(wù)是非對(duì)稱(chēng)的，一般認(rèn)為移動(dòng)起始短消息傳輸與移動(dòng)終接短報(bào)文傳輸是兩回事。這并不阻礙實(shí)時(shí)對(duì)話(huà)，但系統(tǒng)認(rèn)為不同的消息彼此獨(dú)立，消息的傳輸總是由處于GSM外部的短消息服務(wù)中心(SMSC)進(jìn)行中繼，消息有目的地或起源地單只與用戶(hù)和SMSC有關(guān)，而與其他GSM]基礎(chǔ)設(shè)施無(wú)關(guān)。

短消息業(yè)務(wù)主要包括點(diǎn)到點(diǎn)短消息業(yè)務(wù)與小區(qū)廣播短消息業(yè)務(wù)。點(diǎn)到點(diǎn)短消息業(yè)務(wù)即通過(guò)MO(MS 發(fā)起短消息業(yè)務(wù))和MT(MS終止短消息業(yè)務(wù)將一條短消息從一個(gè)實(shí)體發(fā)送到指定目的地地址的業(yè)務(wù)。編碼后單條短消息長(zhǎng)度為140個(gè)字節(jié)，可以承載160個(gè)英文字符或70個(gè)漢字。小區(qū)廣播短消息業(yè)務(wù)即通過(guò)基站(BSC)向指定區(qū)域中所有短消息用戶(hù)發(fā)送短消息的業(yè)務(wù)。編碼后每頁(yè)長(zhǎng)度為82個(gè)字節(jié)，*大頁(yè)數(shù)為 15頁(yè)。
GSM短消息電力負(fù)荷系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的傳輸模式有兩種：
1)對(duì)電力負(fù)荷管理終端進(jìn)行數(shù)據(jù)召測(cè)。
2)終端數(shù)據(jù)主動(dòng)上傳。
短消息在終端側(cè)的連接方式相同，在主站側(cè)的連接方案有兩種：
方案一：是通過(guò)短消息通信方式，在主站設(shè)置一個(gè)或若干個(gè)GSM中心主臺(tái)(GSM短消息模塊)，與終端的手機(jī)通信模塊直接“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”通信，這種方式適用于終端數(shù)量較少的場(chǎng)所，可減少主站的設(shè)備投資。
方案二：從短消息服務(wù)中心建立專(zhuān)線連接(DDN),短消息通過(guò)專(zhuān)線發(fā)送到服務(wù)中心，服務(wù)中心再轉(zhuǎn)發(fā)到終端中，終端側(cè)的數(shù)據(jù)先發(fā)到短消息服務(wù)中心，再通過(guò)專(zhuān)線傳到電力負(fù)荷主站上。該方式可以解決主站側(cè)多個(gè)終端設(shè)備上報(bào)造成的信道容量問(wèn)題。目前中國(guó)移動(dòng)和聯(lián)通可以提供接口協(xié)議(移動(dòng)CMPP/聯(lián)通SGIP)，同時(shí)減少了傳輸?shù)臅r(shí)延，適用于電力負(fù)荷終端數(shù)量較大的場(chǎng)合。但是，這種方式需要申請(qǐng)數(shù)據(jù)專(zhuān)線的連接并承擔(dān)一定的運(yùn)行費(fèi)用，一般為4000—5000元/月，各地不一定相同，可以與系統(tǒng)服務(wù)商協(xié)商解決。
短消息業(yè)務(wù)在電力負(fù)荷系統(tǒng)中的應(yīng)用存在著以下缺點(diǎn)：
1) 實(shí)時(shí)性差，不適用于作對(duì)時(shí)，控制等實(shí)時(shí)性要求很高的功能。
數(shù)據(jù)傳輸長(zhǎng)度受到限制，每條短消息的長(zhǎng)度*多為140個(gè)字節(jié)，這樣也不利于大量數(shù)據(jù)的傳輸。
2) 對(duì)于短消息業(yè)務(wù)還不適用于電力負(fù)荷管理系統(tǒng)的分組與群發(fā)功能。
3、GPRS工程應(yīng)用
1) 由于GPRS網(wǎng)絡(luò)可以為GSM手機(jī)提供移動(dòng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，比較適用于部分電力數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),比較適合于部分電力數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控系統(tǒng)的需要，但由于GPRS網(wǎng)絡(luò)本身的建設(shè)目的是為GMS手機(jī)用戶(hù)提供快速、廉價(jià)的WAP接入手段，同時(shí)為部分需要移動(dòng)上網(wǎng)的用戶(hù)提供Internet接入，這就造成目前的GPRS網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)、配置等不完全適應(yīng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的需要。
2) 降低降低通信費(fèi)用的方法：
根據(jù)理論計(jì)算，一個(gè)終端一個(gè)月的通信費(fèi)用應(yīng)在10元以下，而實(shí)際使用時(shí)發(fā)現(xiàn)形個(gè)終端一個(gè)月的通信費(fèi)用在150元左右。通過(guò)對(duì)移動(dòng)公司帳單的分析，發(fā)現(xiàn)通信費(fèi)用由以下幾個(gè)部分組成：
終端和主站實(shí)際的數(shù)據(jù)通信費(fèi)用;
a) 終端撥號(hào)上網(wǎng)的費(fèi)用;
b) 終端撥號(hào)上網(wǎng)后和主站系統(tǒng)建立TCP/IP連接的費(fèi)用;
c) 數(shù)據(jù)通信時(shí)TCP/IP的打包(協(xié)議層)費(fèi)用;
d) 終端和主站心跳報(bào)文通信費(fèi)用。
終端和主站實(shí)際的數(shù)據(jù)通信費(fèi)用為有效的費(fèi)用，該部分費(fèi)用只占總費(fèi)用的5%不到。針對(duì)這一情況，用電現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)技術(shù)支持系統(tǒng)采用短消息加TCP/IP組合的通信方案。
a ) 終端和主站的TCP/IP連接在平時(shí)是斷開(kāi)的;
終端在每天的固定時(shí)間(該時(shí)間可以設(shè)定)主動(dòng)和主站建立一次TCP/IP網(wǎng)絡(luò)連接，向主站傳送每日抄表數(shù)據(jù)以及其他類(lèi)數(shù)據(jù);
b ) 當(dāng)終端有告警信息需要向主站傳送時(shí)，也由終端發(fā)起主動(dòng)和主站建立一次TCP/IP連接，向主站傳送告警信息;
c ) 主站需要向終端召喚數(shù)據(jù)時(shí)，由主站用短消息命令啟動(dòng)終端和主站的TCP/IP連接，終端收到短消息命令后立即啟動(dòng)終端和主站的TCP/IP連接。通過(guò)短消息命令，雖然TCP/IP網(wǎng)絡(luò)連接連路不保證永遠(yuǎn)連接，但實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)召喚功能、實(shí)時(shí)控制功能均能正常使用。
本方案，每個(gè)終端一個(gè)月的通信費(fèi)用大約為6到8元，一年的費(fèi)用可以控制在100元以?xún)?nèi)。
總之，選用工業(yè)級(jí)的GPRS通訊模塊，充分利用覆蓋面廣，運(yùn)行可靠、費(fèi)用低廉的GPRS公用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)通訊功能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，達(dá)到電力負(fù)荷管理的通訊要求，做到GPRS在電力數(shù)據(jù)采集的實(shí)用化。

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