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一、需求分析
摘要：電力調(diào)度是電力行業(yè)最核心的業(yè)務(wù)之一。電力調(diào)度系統(tǒng)由調(diào)度中心和調(diào)度終端(RTU)兩大部分組成。電力調(diào)度監(jiān)控自動化系統(tǒng),可以通過分散分布的各個遠(yuǎn)端采集單元RTU采集覆蓋密集的電網(wǎng)上的信息, 可實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的采集、電網(wǎng)實時運行狀態(tài)的監(jiān)視與顯示、實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與調(diào)節(jié)、事故報警、越限/變位報警、數(shù)據(jù)計算統(tǒng)計、工作信息登錄、自動化系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)視、事故追憶等功能。 電力調(diào)度自動化系統(tǒng)幫助調(diào)度員及時了解、掌握電力情況，監(jiān)控電網(wǎng)信息，通過對電力信息的實時掌控可以優(yōu)化資源調(diào)配，更有效地利用和調(diào)配有限的電力資源。電力調(diào)度自動化系統(tǒng)是幫助電力系統(tǒng)運行調(diào)度人員及時掌握電網(wǎng)運行狀況，并及時合理地調(diào)度系統(tǒng)運行的有力工具，它能大大的提高電網(wǎng)運行的經(jīng)濟(jì)效益并極大的減輕調(diào)度人員和各分站運行人員的勞動強(qiáng)度。
目前，全國已形成五級調(diào)度管理系統(tǒng)。電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)主要由國家電力調(diào)度數(shù)據(jù)一級網(wǎng)，區(qū)域二級網(wǎng)，省三級網(wǎng)，地市四級網(wǎng)和縣級五級網(wǎng)，覆蓋各級調(diào)度中心和直調(diào)發(fā)電廠、變電站。目前一級網(wǎng)基本建成，二、三級網(wǎng)工程正在實施，少數(shù)省市已經(jīng)開始建設(shè)四級網(wǎng)。 隨著電力調(diào)度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)建設(shè)的完成和逐步成熟，電力數(shù)據(jù)的傳輸和聯(lián)網(wǎng)工作成為下一步工作。采用GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)能有效地利用電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)實現(xiàn)實時傳輸，解決有線通道所無法解決的問題，電力數(shù)據(jù)通過GPRS移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)后,進(jìn)行相應(yīng)的計算和存儲,得到確切的量化的實時,調(diào)度員掌握了這樣的信息,做出相應(yīng)的反映。滿足電力調(diào)度自動化發(fā)展的需要。
GPRS是一種新型的移動數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)。GPRS是中國移動在完善優(yōu)化GPRS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中推出的第2.75代通信技術(shù)，它在目前GPRS網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步升級了無線接口，使其支持高速補(bǔ)充業(yè)務(wù)信道，從而可實現(xiàn)高速互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。GPRS在傳遞速率、功能方面較GPRS具有突出的技術(shù)優(yōu)勢，特別適合像金融交易、遠(yuǎn)程監(jiān)測等行業(yè)的通信需求，可以取代過去傳統(tǒng)的有線MODEM、X.25、數(shù)傳電臺、短信等通信方式。
GPRS通信方式更適合于電力數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)，以往的電力調(diào)度基本上是靠人工方式來進(jìn)行，采用電話線傳送數(shù)據(jù)或手工抄錄，實時性差，費用也不便宜。GPRS無線傳輸數(shù)據(jù)有以下優(yōu)勢：
1）GPRS用戶可隨意分布和移動自己的網(wǎng)點，無需擔(dān)心線路的維護(hù)或有線在移機(jī)時導(dǎo)致的通訊中斷。建設(shè)新的監(jiān)測點無需進(jìn)行拉線、埋線等工作。較光纖或?qū)＞�系統(tǒng)投資較少，設(shè)備安裝方便。
2）終端價格比較低。與DDN相比，較DTU或DDN專線Modem其終端價格便宜很多。
3）GPRS資費便宜，計費合理。GPRS資費包月比有線電話網(wǎng)絡(luò)資費還便宜。電力數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)沒有大數(shù)據(jù)量的信息傳輸，不必要采用資費很高的專線（DDN、幀中繼）。GPRS還可根據(jù)通信的數(shù)據(jù)量和提供的服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行計費。在GPRS網(wǎng)中，用戶只需與網(wǎng)絡(luò)建立一次連接，就可長時間的保持這種連接，并只在傳輸數(shù)據(jù)時才占用信道并被計費，保持時不占用信道不計費。這樣，監(jiān)測點既不用頻繁建立連接，也不必支付傳輸間隙時的費用。
4）GPRS能較好地支持頻繁的、少量突發(fā)型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。通信質(zhì)量穩(wěn)定可靠，永不掉線。
5）GPRS網(wǎng)絡(luò)接入速度快，提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的無縫連接。由于GPRS網(wǎng)本身就是一個分組型數(shù)據(jù)網(wǎng), 支持TCP/IP、X.25協(xié)議，因此無需經(jīng)過PSTN等網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)接，直接與分組數(shù)據(jù)網(wǎng)（IP網(wǎng)或X.25網(wǎng)）互通，接入速度僅幾秒鐘，快于電路型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。采用TCP/IP協(xié)議，較以前的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（集群，雙向傳呼，GSM短信息）而言，網(wǎng)絡(luò)接入更加直接方便。
6）覆蓋較好。比較很多無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（集群，雙向傳呼，CDPD，CDMA）而言，其網(wǎng)絡(luò)覆蓋是比較好的。
二、系統(tǒng)原理
在電力系統(tǒng)中，常常需要對眾多的變電站設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)測，大部分監(jiān)測數(shù)據(jù)需要實時發(fā)送到管理中心的后端服務(wù)器進(jìn)行處理。由于監(jiān)測點分散，分布范圍廣，而且大多設(shè)置在偏遠(yuǎn)的地區(qū)，通過電話線傳送數(shù)據(jù)往往事倍功半。利用GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸，成為電力部門選擇的通信手段亮點之一。變電站監(jiān)測設(shè)備將采集到的電力數(shù)據(jù)和告警信息，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)，及時發(fā)送到電力管理部門，可以實現(xiàn)對變電站設(shè)備的及時管理，大大提高了工作效率，為電力調(diào)度自動化提供了嶄新方式。
上傳信息： 來自RTU的信息首先由北京東方訊GPRS 無線路由器進(jìn)行TCP/IP協(xié)議封包和無線調(diào)制解調(diào)，再通過GPRS移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)向前置機(jī)/數(shù)據(jù)服務(wù)器傳送，經(jīng)主前置機(jī)/數(shù)據(jù)服務(wù)器處理、存儲后，向網(wǎng)上廣播，各工作站收到信息后進(jìn)行相應(yīng)處理。
下傳信息： 來自工作站的信息首先傳送到主前置機(jī)/數(shù)據(jù)服務(wù)器，由其處理后發(fā)送到北京東方訊GPRS 無線路由器進(jìn)行TCP/IP協(xié)議封包和無線調(diào)制解調(diào)，再通過GPRS移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到RTU。
三、方案說明
1、變電所子站的GPRS通信設(shè)備選帶網(wǎng)絡(luò)接口的GPRS無線路由器，直接掛接在變電所子站的局域網(wǎng)絡(luò)上，和光纖接口的路由器處于同一局域網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置光纖網(wǎng)為1號網(wǎng)關(guān)、GPRS無線路由器為第二網(wǎng)關(guān)，在光纖出現(xiàn)問題的時候，網(wǎng)絡(luò)自動切換到GPRS 無線路由器。以網(wǎng)絡(luò)備份的成熟思想來解決比較可靠。
2、也可將GPRS 無線路由器設(shè)置和光纖路由器一樣，在光纖出現(xiàn)問題的時候，由人工切換，讓GPRS 無線路由器取代光纖路由器即可。
3、不建議變電站設(shè)備通過非標(biāo)的串口方式連接GPRS 無線路由器，面臨二次開發(fā)工作，風(fēng)險不確定。
4、為安全和信道保證，從移動的GPRS網(wǎng)關(guān)到調(diào)度中心建議用DDN或光纖等專線。并開通專有的APN網(wǎng)絡(luò)。
四、系統(tǒng)組成
4.1 電力監(jiān)控中心
監(jiān)控中心服務(wù)器申請配置Internet上固定的IP地址，或申請配置專線，通過光纖、DDN 等數(shù)據(jù)專線直接和移動中心機(jī)房的GPRS網(wǎng)絡(luò)連接。監(jiān)控中心服務(wù)器上安裝相關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)軟件。監(jiān)控系統(tǒng)軟件包括通信服務(wù)器、監(jiān)控中心服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、WEB服務(wù)器四個部分。
通信服務(wù)器負(fù)責(zé)實現(xiàn)行業(yè)數(shù)據(jù)通信協(xié)議、數(shù)據(jù)代理轉(zhuǎn)發(fā)、通信設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控等功能；
監(jiān)控中心服務(wù)器實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、存儲、反控等功能；
數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲、備份；
WEB服務(wù)器實現(xiàn)實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)管理、業(yè)務(wù)管理等功能。 具體實現(xiàn)時，通信服務(wù)器、監(jiān)控中心服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、WEB 服務(wù)器可以安裝在一臺服務(wù)器中，也可以安裝在不同服務(wù)器中。如果行業(yè)客戶要求對終端進(jìn)行終端IP綁定，需要安裝RADIUS服務(wù)器，為系統(tǒng)提供AAA 認(rèn)證和IP綁定功能。
4.2 移動網(wǎng)絡(luò)
利用中國移動現(xiàn)有的GPRS網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控點和監(jiān)控中心系統(tǒng)的所有交換信息通過中國移動的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
4.3 監(jiān)控終端
變電站設(shè)備通過RS232 串口直接與GPRS無線路由器連接，并由其建立無線數(shù)據(jù)連接。原則上，所有提供RS232/485接口的電力監(jiān)測設(shè)備均能夠用于該系統(tǒng)方案。
4.4 GPRS無線 路由器介紹
CDMA路由器能使您的局域網(wǎng)共享CDMA無線連接。具有地址轉(zhuǎn)換(NAT)以及其它的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能。用于中小企業(yè)，家庭Internet共享上網(wǎng)，工業(yè)圖像，視頻等大數(shù)據(jù)量傳輸。把CDMA路由器連接到以太網(wǎng)上，這個以太網(wǎng)的用戶就可以共享上網(wǎng)。它有1個10M以太網(wǎng)RJ45接口，有地址轉(zhuǎn)換(NAT)、 DMZ主機(jī)等功能。通過UDP電腦工具軟件設(shè)置參數(shù)。
CDMA通信的特點：
· 無線，大數(shù)據(jù)量通信
· 通信效果依賴于CDMA網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)
· 現(xiàn)階段CDMA網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)已經(jīng)成熟，CDMA數(shù)據(jù)通信穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸速度快，數(shù)據(jù)量大的優(yōu)點。下行速度可達(dá)150kbit/s左右, 上行速度可達(dá)75kbit/s左右。北京測試速度100kbit/s左右, 上行速度30-40kbit/s左右。
特 征
· 依賴CDMA網(wǎng)絡(luò)通信
· 內(nèi)置CDMA模塊
· 一個RJ45 10M以太網(wǎng)口
· 不死機(jī)
· UDP設(shè)置軟件，用來配置參數(shù)
· 掉線自動重新?lián)芴柟δ?/p>
· 高級編程控制功能，電腦可以控制設(shè)備打開數(shù)據(jù)連接傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸完成關(guān)閉數(shù)據(jù)連接。此項功能可以用來省電和減少數(shù)據(jù)流量
· 連接多臺電腦和其他終端設(shè)備共享上互聯(lián)網(wǎng)收發(fā)數(shù)據(jù)
· 現(xiàn)有的很多網(wǎng)絡(luò)軟件都可以使用。如：FTP軟件（用來傳輸圖像文件）可以直接使用。這樣就可以使用成熟的網(wǎng)絡(luò)軟件，而不必投資花工夫自己來設(shè)計類似的軟件
· NAT 路由器功能
· 供電：+5V
· 耗電：最小120毫安，最大800毫安
· 工作溫度：-30℃ ～ +65℃
五、GPRS方案的安全性分析
電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)傳送電網(wǎng)自動化信息、調(diào)度指揮指令、繼電保護(hù)與安全自動裝置控制信息等重要數(shù)據(jù)，是電力安全穩(wěn)定運行的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，安全性是調(diào)度網(wǎng)絡(luò)的首要要求。
GPRS的物理鏈路數(shù)據(jù)本身已經(jīng)采用了加密傳送。 該方案中如果監(jiān)控中心直接連接到GPRS 網(wǎng)絡(luò)，實質(zhì)為內(nèi)網(wǎng)方案，所有數(shù)據(jù)均與INTERNET 隔離。大大增強(qiáng)了信息的安全性。可以向移動中心申請單獨的APN（網(wǎng)絡(luò)接入點名稱），類似于VPN 方案，可以限制非法SIM用戶的登錄。
六、結(jié)論
基于 GPRS的電力調(diào)度在線監(jiān)控方式具有較高的綜合性能價格比。易于網(wǎng)絡(luò)采集點的擴(kuò)展，幾乎不受到網(wǎng)點規(guī)模的限制，可以在中國移動的全網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)使用。跨省份、跨地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)也非常容易組建。可實現(xiàn)集中網(wǎng)絡(luò)管理，可用SNMP 協(xié)議實現(xiàn)所有網(wǎng)點設(shè)備的集中管理。
GPRS方案只是通信方式的改變，對上層應(yīng)用軟件系統(tǒng)幾乎沒有任何影響。同時對現(xiàn)在電力行業(yè)大量存在的各種監(jiān)測設(shè)備也不需要更換和進(jìn)行硬件電路更改。
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