GPRS通信在小型水電站水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

葛 瑜

（國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院 南京南瑞集團(tuán)公司，南京 210003）

隨著水電事業(yè)的發(fā)展，小型水電站由于其低碳綠色和投資少、建設(shè)周期短、見效快等諸多優(yōu)點(diǎn)，近年來得到了很大程度的推廣，越來越多的小型水電站建成投產(chǎn)。然而數(shù)量龐大、個(gè)體規(guī)模小、地理位置偏遠(yuǎn)的小型水電站和調(diào)度中心之間的通信成為一個(gè)難題。本文在實(shí)踐的基礎(chǔ)上，提出了以GPRS通信替代傳統(tǒng)的通信信道，實(shí)現(xiàn)水電站和調(diào)度中心之間的通信，以達(dá)到低成本和高效的目的。

1 水調(diào)系統(tǒng)通信特點(diǎn)

水電站自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)是現(xiàn)代電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，它是集電力、水文、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信等多專業(yè)的綜合性應(yīng)用系統(tǒng)，主要進(jìn)行與水庫(kù)運(yùn)行有關(guān)的監(jiān)視、預(yù)報(bào)、調(diào)度和管理，其需要接收和采集的數(shù)據(jù)有水雨情數(shù)據(jù)、機(jī)組數(shù)據(jù)、閘門數(shù)據(jù)等[1,2]。

相對(duì)于大型水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)，小型水電站水調(diào)系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

1）水雨情數(shù)據(jù)采集遙測(cè)站點(diǎn)較少，一般為幾個(gè)關(guān)鍵站點(diǎn)，采集頻率也不高，因此數(shù)據(jù)量較小。

2）機(jī)組數(shù)據(jù)從機(jī)組計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采集得到，可以對(duì)采集頻率和采集方式做相應(yīng)設(shè)置，使其有變化或者定時(shí)采集，減少水調(diào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)負(fù)擔(dān)。

總的來說，小型水電站水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)要求比較簡(jiǎn)單，通信數(shù)據(jù)量較小，但實(shí)時(shí)性要求較高，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要作用。同時(shí)，由于小型水電站偏遠(yuǎn)的地理位置和較為復(fù)雜的地理環(huán)境，鋪設(shè)專線通道要付出巨大的代價(jià)且效果不明顯。在這種情況下，選擇一種便捷、暢通、成本和運(yùn)行費(fèi)用較低的通信通道成為小型水電站水調(diào)系統(tǒng)通信的重要任務(wù)。

2 水調(diào)系統(tǒng)的GPRS通信

2.1 GPRS通信特點(diǎn)

GPRS（General Packet Radio Service）通用無線分組業(yè)務(wù)，是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無線IP連接[3]。

1）移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，永遠(yuǎn)在線，可以達(dá)到隨時(shí)隨地接入網(wǎng)絡(luò)。

2）GPRS采用分組交換技術(shù)，高效傳輸高速或低速數(shù)據(jù)和信令，優(yōu)化了對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源和無線資源的利用。

3）GPRS的核心網(wǎng)絡(luò)層采用IP技術(shù)，底層款可使用多種傳輸技術(shù)，很方便地實(shí)現(xiàn)與高速發(fā)展的IP網(wǎng)無縫連接。

4）GPRS的設(shè)計(jì)使得它既能支持間歇的爆發(fā)式數(shù)據(jù)的傳輸，又能支持偶爾的大量數(shù)據(jù)的傳輸。

5）GPRS可以實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)流量、業(yè)務(wù)類型及服務(wù)質(zhì)量等級(jí)的計(jì)費(fèi)功能，計(jì)費(fèi)方式更加合理，用戶使用更加方便。

2.2 GPRS通信優(yōu)勢(shì)

1）廣泛的網(wǎng)絡(luò)覆蓋可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的網(wǎng)絡(luò)接入，能較好地滿足偏遠(yuǎn)地區(qū)小型水電站接入的要求。

2）基于IP的底層網(wǎng)絡(luò)以及高效的傳輸速率能滿足水調(diào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸對(duì)網(wǎng)絡(luò)通道的要求。

3）GPRS對(duì)間歇性爆發(fā)式數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹С?，較好地適應(yīng)了水調(diào)系統(tǒng)在突發(fā)水雨情狀況下的數(shù)據(jù)傳輸。

4）基于數(shù)據(jù)流量的收費(fèi)使得數(shù)據(jù)量不是很大的小型水電站水調(diào)通信運(yùn)行費(fèi)用較低。因此GPRS通信非常適合小型水電站水調(diào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。

2.3 問題與對(duì)策

1）GPRS包丟失與數(shù)據(jù)延時(shí)：由于分組交換連接比電路交換連接要差一些，在無線信號(hào)不穩(wěn)定地區(qū)使用GPRS通信會(huì)發(fā)生一些包丟失和數(shù)據(jù)延時(shí)。因此，使用GPRS通信盡量選擇移動(dòng)信號(hào)較好的地區(qū)，基本能滿足水調(diào)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的要求。

2）安全性：隨著手機(jī)上網(wǎng)的普及，移動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)的各種不安全因素也越來越多，諸如手機(jī)病毒等等也越來越泛濫。水調(diào)系統(tǒng)對(duì)安全性有較高要求，因此，使用GPRS通信過程中盡量通過移動(dòng)選擇專線APN網(wǎng)絡(luò)，能較好地滿足水調(diào)系統(tǒng)安全性要求[6]。

3 水調(diào)系統(tǒng)GPRS通信應(yīng)用案例

這是一個(gè)在福建省漳州市地調(diào)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)中GPRS信道通信應(yīng)用的典型案例。

有數(shù)個(gè)電站需要和地調(diào)水調(diào)系統(tǒng)通信，電站端采集的上游雨量水位數(shù)據(jù)需要上傳到地調(diào)[4]，同時(shí)部分發(fā)電計(jì)劃數(shù)據(jù)要從地調(diào)端進(jìn)行下發(fā)，需要在兩端分別安裝通信軟件客戶端和服務(wù)端來完成分中心和中心站通信。

由于電站位置偏僻，環(huán)境比較惡劣，且電站沒有資金來建立專線通道。通過前期周密調(diào)研，決定采用GPRS信道來通信。

3.1 實(shí)施技術(shù)方案

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示，在電站水調(diào)分中心，采用深圳宏電的H7920 GPRS無線路由器，計(jì)算機(jī)通過GPRS無線路由器，連接了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)并綁定了一個(gè)自動(dòng)分配的公網(wǎng)IP地址。在水調(diào)中心，需要在局域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)路由器（或者防火墻）上做端口映射（NAT，也稱網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換，即將網(wǎng)關(guān)對(duì)公網(wǎng)的端口映射到指定服務(wù)器的指定端口上）。這樣內(nèi)網(wǎng)通信服務(wù)器映射了一個(gè)公網(wǎng)虛擬IP地址，通信客戶端程序可以通過這個(gè)公網(wǎng)IP地址來建立通信連接訪問局域網(wǎng)通信服務(wù)器。

圖1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

該案例中，在電站水調(diào)分中心布置了南瑞公司水調(diào)通信客戶端程序，在水調(diào)中心內(nèi)網(wǎng)通信服務(wù)器布置了通信服務(wù)端程序，兩者之間通過電力系統(tǒng)DL 476-92通信規(guī)約進(jìn)行通信，既保證了數(shù)據(jù)有效實(shí)時(shí)，也保證了數(shù)據(jù)安全[5]。

3.2 運(yùn)行費(fèi)用

在GPRS通信中，一個(gè)比較關(guān)注的問題是流量問題，因?yàn)檫\(yùn)營(yíng)商是按照流量來收費(fèi)的。在實(shí)際通信中，南瑞公司的基于DL476-92通信規(guī)約的通信軟件，在平均小時(shí)采集30個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的情況下，流量不到1M；而在一般情況下，按照調(diào)度中心對(duì)小型水電站上傳數(shù)據(jù)的要求，實(shí)際上傳的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)小于此，通過計(jì)算1月流量不會(huì)超過30M。按照目前全國(guó)通用GPRS套餐收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，是10元包月60M流量，費(fèi)用相當(dāng)?shù)土?/p>

在特殊情況下，比如下暴雨或者水位變化比較劇烈的情況下，數(shù)據(jù)頻度會(huì)比較高，但這種情況持續(xù)時(shí)間往往很短。GPRS通信其特點(diǎn)是在偶爾爆發(fā)性的大流量通信情況下，也能很好地維持通道暢通。而這種特殊的大流量由于時(shí)間短，對(duì)每月的整體費(fèi)用不會(huì)造成很大負(fù)擔(dān)。

3.3 運(yùn)行效果

該系統(tǒng)從投運(yùn)到現(xiàn)在，已經(jīng)過2年的運(yùn)行，系統(tǒng)整體表現(xiàn)良好。在運(yùn)行期間，系統(tǒng)很好地優(yōu)化了水庫(kù)調(diào)度，減少了水電站群的棄水損失電量，更為合理地安排了地區(qū)小型水電站的出力，滿足了發(fā)電、供電、用電三方利益的要求；并且在應(yīng)對(duì)登陸的臺(tái)風(fēng)等惡劣天氣過程中，發(fā)揮了重要作用，取得了明顯的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

通過工程實(shí)踐證明，在小型水電站水調(diào)系統(tǒng)中運(yùn)用GPRS無線通信，具有穩(wěn)定可靠、操作簡(jiǎn)單、便于維護(hù)、成本低廉等諸多優(yōu)勢(shì)。相信隨著3G網(wǎng)絡(luò)的普及，GPRS無線通信將在水調(diào)自動(dòng)化建設(shè)中發(fā)揮更大的作用。

[1]朱教新, 宣躍, 薛金淮, 等. 電力系統(tǒng)水調(diào)自動(dòng)化的基本特征[J]. 水力發(fā)電, 1999(4): 55-58.

[2]丁杰, 李曉斌, 湯煜明, 等. 電網(wǎng)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 1999(17): 48-52.

[3]李征明, 許童羽, 王國(guó)華, 等. 基于GPRS 的電力巡檢系統(tǒng)遠(yuǎn)程通信方案[J]. 電力系統(tǒng)通信, 2009, (200): 45-48.

[4]丁杰. 數(shù)字化水庫(kù)調(diào)度體系的研究與建設(shè)[J]. 水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè), 2004, (2):6-10.

[5]舒凱, 李厚俊, 曹會(huì)華. 電網(wǎng)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)中心站與分中心站數(shù)據(jù)通信方案探析[J]. 水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè), 2008, (5): 79-82.

[6]鄺國(guó)安. GPRS通信在調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 電力自動(dòng)化, 2008, (9): 3-7.