淺析GPRS在電力負荷管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

電力負荷管理系統(tǒng)是供電企業(yè)全面地掌握各用電客戶用電信息的數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)，具有電力負荷實施監(jiān)控、遠程抄表、電能質(zhì)量監(jiān)測、線損分析、無功補償管理等功能，由主站計算機系統(tǒng)和遠方數(shù)據(jù)采集監(jiān)控終端組成。數(shù)據(jù)采集監(jiān)控終端與遠方客戶電能表安裝在一起，利用光纖通訊、無線通訊和電力載波構(gòu)成通訊網(wǎng)絡(luò)，實現(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)級通訊。目前采用的通訊方式受投資、維護、地理環(huán)境等因素的制約，通訊效果并不理想，而且運行費用較高。GSM和GPSR無線數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)的興起，為電力負荷管理系統(tǒng)提供了新一代的通訊手段，特別是GPRS無線數(shù)據(jù)通訊方式不用自行組網(wǎng)，具有覆蓋面廣、通訊可靠、通訊費用低廉、免維護等特點，非常適合于點多面廣的電力負荷管理系統(tǒng)的系統(tǒng)級通訊。

一、 GPRS通訊過程描述

1、系統(tǒng)服務(wù)器撥號連接到Intermet網(wǎng)絡(luò);

2、系統(tǒng)服務(wù)器管理了所有遠方客戶終端的電SIM卡電話號碼，向所有的電話號碼發(fā)短消息，把自己的IP地址通知給遠方客戶終端;

注：如果系統(tǒng)服務(wù)器具有固定IP地址，省去1、2項。

3、系統(tǒng)服務(wù)器等待遠方客戶終端的TCP/IP連接;

4、遠方客戶終端登錄到GPRS網(wǎng)絡(luò)，和已知IP地址的計算機建立TCP/IP網(wǎng)絡(luò)連接;

5、遠方客戶終端和主站計算機系統(tǒng)進行身份驗證;

6、主站計算機系統(tǒng)根據(jù)需要向遠方客戶終端請求數(shù)據(jù)，或者發(fā)控制命令;

7、重復(fù)5和6。

二、電力負荷管理終端對通信網(wǎng)絡(luò)的幾個基本要求

1、 信號覆蓋率——電力設(shè)備布點分散、量大面廣，通信網(wǎng)絡(luò)必須能夠基本覆蓋整個地區(qū)，這是衡量通信方案是否成功的關(guān)鍵因素。

2、 通信實時性——電力監(jiān)控系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)能夠進行實時的信息交互傳送。

3、 數(shù)據(jù)安全性——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)傳輸中的安全性，不會受到來意的攻擊而導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸不能順利進行，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、 運行費用——信息采集所提供的通訊方式運行費用是系統(tǒng)組網(wǎng)的一個關(guān)鍵問題，尤其對公用配電變壓器這樣的電網(wǎng)低端設(shè)備，考慮運行費用有兩點建議：

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)配電變壓器運行情況的數(shù)據(jù)就足夠，不麻木的追求監(jiān)測數(shù)據(jù)量。

進行數(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5---10年不被淘汰，或者在技術(shù)層面上能平穩(wěn)生級，這一點必須得到系統(tǒng)服務(wù)商(移動和聯(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)是電力負荷管理系統(tǒng)中一個非常復(fù)雜的問題，按新聯(lián)電子在目前國內(nèi)所建立的系統(tǒng)經(jīng)驗，建議按各地區(qū)的具體條件(無線網(wǎng)覆蓋率、公網(wǎng)的實際運行費用等)綜合考慮，或采用混合組網(wǎng)模式。

三、幾種電力負荷管理系統(tǒng)通訊組網(wǎng)技術(shù)的比較和工程應(yīng)用

1、傳統(tǒng)無線工程應(yīng)用

傳統(tǒng)的無線組網(wǎng)方式在濟寧供電公司已實用多年，目前已建成覆蓋了濟寧供電區(qū)電力負荷的大部分地區(qū)。使用無線專用頻點，同時干擾很小，通訊速度快(能采用1200bps或2400bps的通訊速率)，實時性強等特點。同時還是一種一次投資永久使用的資源，不要運行費用。建成的無線通訊網(wǎng)絡(luò)，是一種適用于電力負荷管理系統(tǒng)的專用網(wǎng)絡(luò)，有著其他通訊網(wǎng)絡(luò)無可比擬的快速性能。

2、短消息工程運用

目前利用GSM系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸有三種模式：短消息(SMS)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、GPRS.利用短消息實現(xiàn)電力負荷在工程實際應(yīng)用中組網(wǎng)方式如下：

短消息是GSM系統(tǒng)提供給用戶的一種有別于語音傳輸?shù)耐ㄓ崢I(yè)務(wù)，通過GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)挠邢揲L度的文本信息。GSM中唯一不要求建立端-端業(yè)務(wù)路徑的業(yè)務(wù)就是短消息，即使移動臺已處于完全電路通信情況下仍可進行短消息傳輸。

短消息通訊僅限于一個消息，換言之，一個消息的傳輸就構(gòu)成了一次通信。因此，業(yè)務(wù)是非對稱的，一般認為移動起始短消息傳輸與移動終接短報文傳輸是兩回事。這并不阻礙實時對話，但系統(tǒng)認為不同的消息彼此獨立，消息的傳輸總是由處于GSM外部的短消息服務(wù)中心(SMSC)進行中繼，消息有目的地或起源地單只與用戶和SMSC有關(guān)，而與其他GSM]基礎(chǔ)設(shè)施無關(guān)。

短消息業(yè)務(wù)主要包括點到點短消息業(yè)務(wù)與小區(qū)廣播短消息業(yè)務(wù)。點到點短消息業(yè)務(wù)即通過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實體發(fā)送到指定目的地地址的業(yè)務(wù)。編碼后單條短消息長度為140個字節(jié)，可以承載160個英文字符或70個漢字。小區(qū)廣播短消息業(yè)務(wù)即通過基站(BSC)向指定區(qū)域中所有短消息用戶發(fā)送短消息的業(yè)務(wù)。編碼后每頁長度為82個字節(jié)，最大頁數(shù)為15頁。

GSM短消息電力負荷系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的傳輸模式有兩種：

1)對電力負荷管理終端進行數(shù)據(jù)召測。

2)終端數(shù)據(jù)主動上傳。

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：是通過短消息通信方式，在主站設(shè)置一個或若干個GSM中心主臺(GSM短消息模塊)，與終端的手機通信模塊直接“點對點”通信，這種方式適用于終端數(shù)量較少的場所，可減少主站的設(shè)備投資。

方案二：從短消息服務(wù)中心建立專線連接(DDN),短消息通過專線發(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，再通過專線傳到電力負荷主站上。該方式可以解決主站側(cè)多個終端設(shè)備上報造成的信道容量問題。目前中國移動和聯(lián)通可以提供接口協(xié)議(移動CMPP/聯(lián)通SGIP)，同時減少了傳輸?shù)臅r延，適用于電力負荷終端數(shù)量較大的場合。但是，這種方式需要申請數(shù)據(jù)專線的連接并承擔(dān)一定的運行費用，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)在電力負荷系統(tǒng)中的應(yīng)用存在著以下缺點：

1) 實時性差，不適用于作對時，控制等實時性要求很高的功能。

數(shù)據(jù)傳輸長度受到限制，每條短消息的長度最多為140個字節(jié)，這樣也不利于大量數(shù)據(jù)的傳輸。

2) 對于短消息業(yè)務(wù)還不適用于電力負荷管理系統(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手機提供移動分組數(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手機用戶提供快速、廉價的WAP接入手段，同時為部分需要移動上網(wǎng)的用戶提供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) 降低降低通信費用的方法：

根據(jù)理論計算，一個終端一個月的通信費用應(yīng)在10元以下，而實際使用時發(fā)現(xiàn)形個終端一個月的通信費用在150元左右。通過對移動公司帳單的分析，發(fā)現(xiàn)通信費用由以下幾個部分組成：

終端和主站實際的數(shù)據(jù)通信費用;

a) 終端撥號上網(wǎng)的費用;

b) 終端撥號上網(wǎng)后和主站系統(tǒng)建立TCP/IP連接的費用;

c) 數(shù)據(jù)通信時TCP/IP的打包(協(xié)議層)費用;

d) 終端和主站心跳報文通信費用。

終端和主站實際的數(shù)據(jù)通信費用為有效的費用，該部分費用只占總費用的5%不到。針對這一情況，用電現(xiàn)場服務(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連接在平時是斷開的;

終端在每天的固定時間(該時間可以設(shè)定)主動和主站建立一次TCP/IP網(wǎng)絡(luò)連接，向主站傳送每日抄表數(shù)據(jù)以及其他類數(shù)據(jù);

b ) 當(dāng)終端有告警信息需要向主站傳送時，也由終端發(fā)起主動和主站建立一次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，由主站用短消息命令啟動終端和主站的TCP/IP連接，終端收到短消息命令后立即啟動終端和主站的TCP/IP連接。通過短消息命令，雖然TCP/IP網(wǎng)絡(luò)連接連路不保證永遠連接，但實時數(shù)據(jù)召喚功能、實時控制功能均能正常使用。

本方案，每個終端一個月的通信費用大約為6到8元，一年的費用可以控制在100元以內(nèi)。

總之，選用工業(yè)級的GPRS通訊模塊，充分利用覆蓋面廣，運行可靠、費用低廉的GPRS公用無線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)GPRS無線數(shù)據(jù)通訊功能進行數(shù)據(jù)傳輸，達到電力負荷管理的通訊要求，做到GPRS在電力數(shù)據(jù)采集的實用化。