GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在電力調(diào)度系統(tǒng)中的應(yīng)用

姬志民，劉亞萍，趙會(huì)峰，姬廣素，宋 博，宋 旺

(1.河北華電石家莊熱電有限公司，石家莊 050041；2. 石家莊供電公司，石家莊 050051；3.河北北恒電力科技有限公司，河北 保定 071025)

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。目前在電力系統(tǒng)的調(diào)度中基本采用了光纖通信。但一些光纜已經(jīng)運(yùn)行了10年以上，腐蝕和老化現(xiàn)象逐漸暴露出來，時(shí)常會(huì)發(fā)生通信中斷現(xiàn)象，且會(huì)導(dǎo)致光纖和電力調(diào)度系統(tǒng)發(fā)生故障。因此開發(fā)了一種應(yīng)用GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的電力調(diào)度系統(tǒng)。

1 GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

GPRS無線數(shù)據(jù)可利用電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸，電力數(shù)據(jù)通過GPRS移動(dòng)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(jì)算和存儲(chǔ)，得到精確和量化的實(shí)時(shí)信息，調(diào)度員可以及時(shí)準(zhǔn)確了解這些信息，做出相應(yīng)的判斷。GPRS是移動(dòng)通信在完善優(yōu)化GPRS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中推出的第2.5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(jí)了無線接口，使其支持高速補(bǔ)充業(yè)務(wù)信道，可實(shí)現(xiàn)高速互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。GPRS在傳遞速率、功能方面較普通傳輸方式具有突出的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。GPRS通信方式更適合電力數(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(shí)時(shí)性差。GPRS無線傳輸數(shù)據(jù)具有如下優(yōu)點(diǎn)。

a. GPRS用戶可隨意分布和移動(dòng)自己的網(wǎng)點(diǎn)，無需擔(dān)心線路維護(hù)或移機(jī)時(shí)導(dǎo)致的通信中斷。

b. 終端價(jià)格比較低。

c. GPRS資費(fèi)低，計(jì)費(fèi)合理。

d. GPRS能很好地支持頻繁的、少量突發(fā)型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

e. GPRS網(wǎng)絡(luò)接入速度快，實(shí)現(xiàn)了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的無縫連接。

f. 覆蓋范圍大，信號(hào)為全相傳輸方式。

在電力系統(tǒng)中，常需要對(duì)眾多的變電站設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，大部分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到調(diào)度中心的后臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行處理。大型變電站可以鋪設(shè)專用光纖線路，但大量小型變電站、廠用變電站、小型電廠，由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)分散、分布范圍廣、大多設(shè)置在偏遠(yuǎn)地區(qū)、所處環(huán)境復(fù)雜等問題導(dǎo)致無法架設(shè)光纜通道，架設(shè)光纜費(fèi)用極高、維護(hù)困難。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亮點(diǎn)通信手段之一。變電站監(jiān)測(cè)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(shí)發(fā)送到電網(wǎng)管理部門，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站設(shè)備的及時(shí)管理，大大提高了工作效率，為電力調(diào)度自動(dòng)化提供了新方式，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)各種變電站設(shè)備調(diào)度的統(tǒng)一性。

2 GPRS無線調(diào)度通信系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)示意圖見圖1。

圖1 GPRS無線調(diào)度通信系統(tǒng)示意

該系統(tǒng)主要由以下幾部分組成。

a. 調(diào)度中心。調(diào)度中心申請(qǐng)配置Internet上固定的IP地址。ARM通信網(wǎng)關(guān)接收到子站ARM通信網(wǎng)關(guān)通過GPRS傳送的數(shù)據(jù)，解析后按調(diào)度SCADA前置機(jī)指定規(guī)約發(fā)送至指定串口。對(duì)SCADA系統(tǒng)來說，就像子站RTU直接按指定規(guī)約接入前置機(jī)一樣，無需對(duì)前置機(jī)做任何改動(dòng)。

b. 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。利用移動(dòng)通信現(xiàn)有的GPRS網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控點(diǎn)和監(jiān)控中心系統(tǒng)的所有交換信息通過移動(dòng)通信的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。由于子站采用的DTU登陸時(shí)IP是由移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)隨即分配，因此需要保證主站具有固定IP地址。

c. 子站終端。變電站設(shè)備通過RS232 串口或100 M網(wǎng)口與ARM通信網(wǎng)關(guān)連接，網(wǎng)關(guān)解析設(shè)備協(xié)議，將數(shù)據(jù)存入本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，然后按指定順序發(fā)送變化數(shù)據(jù)，未發(fā)生變化的數(shù)據(jù)則定時(shí)傳送全數(shù)據(jù)，保證主站刷新速度，降低GPRS流量要求。

2.2 系統(tǒng)實(shí)施方案

變電所子站采用GPRS DTU設(shè)備和作為通信網(wǎng)關(guān)的ARM嵌入式主板。ARM通信網(wǎng)關(guān)具有3個(gè)串口和1個(gè)網(wǎng)口，可以根據(jù)實(shí)際需求靈活配置通信資源。

a. 主通道方式，其中1個(gè)串口連接GPRS DTU，另外2個(gè)串口和1個(gè)網(wǎng)口，可以接入子站上的智能通信設(shè)備(RTU、抄表設(shè)備等)，收集數(shù)據(jù)并打包至連接DTU的串口，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至調(diào)度主站。

b. 備通道方式，可以通過接收光纖設(shè)備的告警信息，平時(shí)GPRS DTU處于在網(wǎng)休眠狀態(tài)，并不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，在光纖出現(xiàn)問題的時(shí)候，接收到相應(yīng)通知信息，激活DTU向調(diào)度主站發(fā)送數(shù)據(jù)。

子站的ARM嵌入式網(wǎng)關(guān)具有數(shù)據(jù)解析能力，將RTU或其他智能設(shè)備數(shù)據(jù)收集完整，并不馬上進(jìn)行透明轉(zhuǎn)發(fā)，可以設(shè)定模擬量的死區(qū)值，數(shù)據(jù)變化超過指定死區(qū)值，才打包向GPRS DTU串口轉(zhuǎn)發(fā)。減少GPRS的流量，降低運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，并有效減少網(wǎng)絡(luò)擁塞造成的大量丟包。

調(diào)度中心采用固定IP地址的ADSL設(shè)備和作為通信網(wǎng)關(guān)的ARM嵌入式主板。ARM通信網(wǎng)關(guān)具有1個(gè)網(wǎng)口和6個(gè)串口。1個(gè)網(wǎng)口連接ADSL MODEM，接收下面子站傳入的信息，根據(jù)數(shù)據(jù)包頭，分辨來自哪個(gè)子站，轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)串口。

為了保證安全，無線通信系統(tǒng)與調(diào)度系統(tǒng)并無網(wǎng)絡(luò)連接，只通過串口按指定規(guī)約轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，同時(shí)系統(tǒng)采用嵌入式主板，運(yùn)行Windows CE系統(tǒng)或Linux系統(tǒng)，具有功耗低、運(yùn)行穩(wěn)定、自恢復(fù)能力強(qiáng)、不會(huì)傳播病毒的優(yōu)點(diǎn)，相比PC平臺(tái)有較明顯的優(yōu)勢(shì)。

3 安全措施及加密功能

由于電力系統(tǒng)的特殊性，需要極高的系統(tǒng)安全保障和穩(wěn)定性的考慮和相應(yīng)措施。安全保障主要是防止來自系統(tǒng)內(nèi)外的有意和無意的破環(huán)，穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠不間斷運(yùn)行，即使出現(xiàn)硬件和軟件故障，系統(tǒng)也不能中斷運(yùn)行。

a. APN專網(wǎng)模式，該種模式是利用SIM卡的唯一性，劃定用戶可接入某系統(tǒng)的范圍，避免非法入侵。采用移動(dòng)通信分配的專門的APN進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)接入，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)對(duì)SIM卡和APN進(jìn)行綁定，只有屬于指定行業(yè)的SIM卡才能訪問專用APN。

b. 對(duì)于特定用戶，可通過數(shù)據(jù)中心給每個(gè)移動(dòng)終端分配特定的用戶ID和密碼， 其他沒有數(shù)據(jù)中心分配的用戶ID和密碼的移動(dòng)終端將無法登錄進(jìn)入系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全性進(jìn)一步增強(qiáng)。

c. 安全的防火墻過濾，設(shè)置防火墻軟件保障系統(tǒng)安全。

d. 采用電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)專用縱向加密裝置對(duì)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)專項(xiàng)加密、解密處理，保證數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。

4 結(jié)束語

GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在電力調(diào)度系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以有效的解決有線通道無法解決的問題。為無法架設(shè)光纜的地區(qū)(只要有移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商覆蓋的地區(qū))提供一個(gè)可靠的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)“主通道”，為有光纖通道的網(wǎng)絡(luò)提供一個(gè)可靠的“備用通道”。GPRS提高了電力系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。