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一、系統(tǒng)概述
由于電力系統(tǒng)測控終端一般都安裝野外環(huán)境中，地點偏遠，無人值守，設備必須能夠在特殊的環(huán)境下長期、穩(wěn)定工作。GPRS無功功率補償控制系統(tǒng)，根據(jù)用戶的實際需求特別研制。控制系統(tǒng)主要由電源模塊、數(shù)據(jù)采集、人機接口、無功補償控制及GPRS 數(shù)傳模塊五大部分組成。只要有一部可以接入Internet的電腦作為服務器就能實現(xiàn)對分布各地的無功補償控制器進行監(jiān)控，也能實現(xiàn)移動監(jiān)控。系統(tǒng)采用模塊化設計, 具有技術原理先進、測量精度高、功能完善、組網(wǎng)靈活、可靠性高、可擴展性強、成本低等優(yōu)勢。
另外，系統(tǒng)具有自動撥號、斷線重撥功能。在網(wǎng)絡狀態(tài)不穩(wěn)定時，具有自動恢復通訊能力，保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作，無需人為干預。在電源抗干擾及散熱等方面也有特殊設計，使得終端設備能適應惡劣工作環(huán)境。
二、需求分析
長期以來, 我國配電網(wǎng)無功匱乏, 網(wǎng)損嚴重。隨著我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的不斷深入, 對節(jié)能降耗提出更高的要求, 低壓無功補償技術應運而生, 成為平衡配電網(wǎng)絡無功、提高電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)絡損耗的有效措施。對低壓配電系統(tǒng)實施無功補償十分必要, 合理的無功補償能夠有效維持系統(tǒng)的電壓水平, 提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性, 避免大量無功功率的遠距離傳輸, 從而降低有功網(wǎng)損, 減少發(fā)電費用。
供電系統(tǒng)控制中常需要對現(xiàn)場控制器進行遠程控制投切、讀取實時、歷史數(shù)據(jù)和接收故障報警信號等，上位機和無功補償終端之間通訊的命令和數(shù)據(jù)傳輸具有數(shù)據(jù)量小、定時或非定時及實時發(fā)送等特點，一方面需實現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳，另一方面也需要下達各種傳輸、控制指令，即實現(xiàn)雙向的數(shù)據(jù)、指令傳輸。數(shù)傳電臺的缺點是受地形、氣候的影響較大，造成系統(tǒng)的可靠性、實時性較差，無法主動上報。
GSM短消息方式可以實現(xiàn)主動上報；缺點是按條收費，運行費用高，而且在節(jié)假日短消息中心服務器繁忙時延時相當長。光纖通信穩(wěn)定可靠，但是施工成本投入大、擴展性差、設備維護方面不方便。而GPRS通信則避免了以上問題。由于GSM網(wǎng)絡的通信技術成熟，覆蓋面又廣，利用移動運營商提供的無線網(wǎng)絡實現(xiàn)配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，是電力系統(tǒng)現(xiàn)代化的一個重要發(fā)展方向。
三、系統(tǒng)的結構與原理
1．系統(tǒng)結構
上海正偉GPRS無功功率補償控制系統(tǒng)是基于移動的GPRS網(wǎng)絡，主要由以下三部分組成：
1.現(xiàn)場無功補償控制器
2.ZWCOM GPRS通訊管理模塊
3.服務器上位機
系統(tǒng)結構簡潔明了，擴展性好，能適應多變的監(jiān)控要求。
（1）現(xiàn)場無功補償控制器
終端使用基于DSP的無功補償控制器，控制器安裝在電網(wǎng)現(xiàn)場，對電網(wǎng)的電氣參數(shù)進行采集監(jiān)測，同時記錄、分析并計算采集數(shù)據(jù)，自動進行電容投切操作，在異常時主動發(fā)出報警信息，同時存儲運行數(shù)據(jù)信息。
（2）GPRS通信管理模塊
GPRS通信管理模塊是服務器與現(xiàn)場控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄海箍刂破鳙@得的電網(wǎng)參數(shù)通過GPRS網(wǎng)絡能夠及時傳送到服務器計算機。
（3）服務器上位機
服務器上位機主要完成對終端傳來的數(shù)據(jù)、報警信息進行處理并對各終端的歷史數(shù)據(jù)進行管理，是主要的人機接口。
2．數(shù)據(jù)傳輸流程
具體的數(shù)據(jù)傳輸流程為：
* GPRS終端通過串行接口從客戶系統(tǒng)中取出用戶數(shù)據(jù)；
* 處理后以GPRS分組數(shù)據(jù)的形式發(fā)送到GSM基站；
* 分組數(shù)據(jù)經(jīng)SGSN封裝后，發(fā)送到GPRS IP骨干網(wǎng)
PC機服務器以撥號方式接入Internet，即PC機為移動GPRS內(nèi)部網(wǎng)分配的動態(tài)IP地址，則分組數(shù)據(jù)先發(fā)送到目的SGSN，再經(jīng)GSM基站發(fā)送到與PC機相連的GPRS終端；若PC機以專線接入因特網(wǎng)具有固定IP地址，則將分組數(shù)據(jù)包經(jīng)GGSN進行協(xié)議轉(zhuǎn)換后，發(fā)送到Internet公共網(wǎng)絡。由于數(shù)據(jù)通過Internet公網(wǎng)傳輸，為了保證數(shù)據(jù)的安全性，可以申請移動公司為接入用戶建立VPDN（Virtual Private Dial-up Network）即虛擬撥號專網(wǎng)。其專用的網(wǎng)絡加密和通信協(xié)議，可以在公共網(wǎng)絡上建立安全的虛擬專網(wǎng)，遠程用戶可以通過虛擬的加密通道與服務器內(nèi)部網(wǎng)絡連接，而公共網(wǎng)絡上的用戶則無法穿過虛擬通過訪問服務器。在基于GPRS網(wǎng)上承載VPDN不受地點限制，只需具有一臺PC機服務器和GPRS終端即可，具有安全、方便、靈活的特點。
3．系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結構示意圖
四.為何選用GPRS通訊模塊
1．上海正偉ZWCOM GPRS DTU 特點
通用分組無線業(yè)務GPRS 是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新無線數(shù)據(jù)傳數(shù)業(yè)務，目的是給移動用戶提供高速無線IP或X.25服務。 GPRS理論帶寬可達171.2Kbit/s，實際應用帶寬大約在40～100Kbit/s，在此信道上提供TCP/IP連接，可以用于INTERNET連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢谩PRS采用分組交換技術，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，資源被有效的利用。GPRS允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡資源。GPRS永遠在線，按流量計費，從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務。特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、點多分散、中小流量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。
GPRS 技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)分組發(fā)送和接收，永遠在線且按流量計費，迅速降低了服務成本。上海正偉GPRS DTU為用戶提供高速的無線DDN 通信系統(tǒng)，透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶摂M專用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡，與數(shù)據(jù)中心一起提供透明數(shù)據(jù)傳輸通道，組成用戶專用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡。
（一）基本特點：
使用方便、靈活、可靠
支持雙頻GSM/GPRS
符合ETSI GSM Phase 2+標準
數(shù)據(jù)終端永遠在線
實時時鐘
支持A5/1&A5/5加密算法
增強功能
透明數(shù)據(jù)傳輸與協(xié)議轉(zhuǎn)換
支持虛擬數(shù)據(jù)專用網(wǎng)
短消息數(shù)據(jù)備用通道(選項)
支持動態(tài)數(shù)據(jù)中心域名和IP地址(V2.61以后軟件版本)
STK卡特殊功能配置
支持TTL/RS-232/485或以太網(wǎng)接口
支持音頻接口，方便維護操作
系統(tǒng)配置和維護接口
通過Xmodem協(xié)議進行軟件升級
支持空中軟件升級和遠程維護(選項)
自診斷與告警輸出
抗干擾設計，適合電磁環(huán)境惡劣的應用需求
防潮設計，適合室外應用
（二）傳輸效率
1） 用戶數(shù)據(jù)傳輸效率(用戶數(shù)據(jù)占網(wǎng)絡層總數(shù)據(jù)的比例)：
DTU 支持不同組網(wǎng)方式，不同的數(shù)據(jù)包長度，這時有不同的傳輸效率。下面假設在DTU 當前最長所能支持的最大用戶數(shù)據(jù)包長的情況下，即1024 字節(jié)包長。
i. 僅支持DTU 主動發(fā)起到數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)傳輸：最大傳輸效率(w) = 97.3%
ii. 支持雙向主動互傳：最大傳輸效率(w) = 95.9%
2） 傳輸時延(從發(fā)送到接收數(shù)據(jù)之間的時間)：
不同的數(shù)據(jù)包長度，傳輸?shù)臅r延不同。根據(jù)目前移動的網(wǎng)絡狀況，一般一個包長為100 到200字節(jié)之間的數(shù)據(jù)包可以在1 秒內(nèi)互傳完畢。大于200 字節(jié)的數(shù)據(jù)包平均在1 秒到3 秒之間可以互傳完畢。
（三）穩(wěn)定性
1） 有效率：發(fā)送成功數(shù)據(jù)占總發(fā)送數(shù)據(jù)比例
根據(jù)目前在北京、石家莊使用的結果來看，在網(wǎng)絡正常的情況下，一般數(shù)據(jù)包的成功率都在97%以上。
2） 穩(wěn)定性綜合參數(shù)：有效率x 傳輸效率
網(wǎng)絡有效帶寬和最大傳輸單元(MTU)之間存在著極其重要的關系，一般MTU 增大到200 字節(jié)以上不會明顯增加帶寬，但會增大平均延遲，測試結果表明MTU 的最優(yōu)大小是200 字節(jié)左右。
3） 斷線自動連接
自動檢測網(wǎng)絡連接狀況
設備自診斷、自恢復
4）配置方便性
菜單式配置(超級終端，無需專用軟件)
維護軟件配置
5）結構
內(nèi)部連接可靠性： 內(nèi)部連接機械連接包含GPRS 模塊與PCB 之間、SIM 卡固定連接
產(chǎn)品尺寸： 110x56x15mm
安裝方便： 外殼螺絲固定
防震： 接插件少，具良好抗震性能
6）環(huán)境參數(shù)
溫度： -20～55℃
相對濕度： 95%(無凝結)
2.GPRS DTU 通信模式與其它幾種常用數(shù)據(jù)通信方式比較
從GPRS DTU與有線、無線數(shù)據(jù)通信的對比可以看出，在分散數(shù)據(jù)采集中，利用GPRS DTU進行數(shù)據(jù)采集是性能價格比最高的一種模式。
（1）與光纖和有線專線相比，建設費用、運行費用和維護費用都很低，并且?guī)缀踅诿饩S護，因為GPRS網(wǎng)絡的維護完全有中國移動來完成，企業(yè)不需支付任何費用，完全享受中國移動技術進步帶來的效率；
（2）在分散數(shù)據(jù)采集中，要求對各采集子站實時檢測，有線撥號是做不到的。對多個子站輪回召測，周期太長，沒有實時性可比；
（3）與各種無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖侄蜗啾龋珿PRS網(wǎng)絡覆蓋范圍大、維護成本低。超短波無線通信受通信體制和傳輸方式的制約，傳輸距離受限制；在開闊地一般20W的電臺有效通信距離約20KM，如果在城市高大建筑成群，通信距離大大縮短；
（4）使用超短波通訊電臺，不僅要向當?shù)厣暾堫l點，而且每年要向無委會交納一定的占頻費 ；超短波通信的維護量相當大，建設要求苛刻，不僅要考慮周圍建筑的影響，而且避雷措施不當容易引起電臺和連接設備的損壞；
（5）如果采用短信息方式，每個采集子站如果按照間隔為5分鐘發(fā)送一次數(shù)據(jù)，一次1角錢概算，運行費用為：12 * 0.1 *24 * 30 = 864 元
通過以上客觀分析，我們可以看出，無論從建設周期、建設費用和運行費用，還是系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和技術的先進性而言，GPRS DTU在分散的數(shù)據(jù)采集應用領域具有無可比擬的優(yōu)越性，我們認為，在分布范圍較廣，數(shù)據(jù)采集點多，實時性要求較高的場合，只有GPRS DTU比較合適。當然其它數(shù)據(jù)通訊方式不是一無是處，他們?nèi)杂懈髯缘牡膽妙I域，在GPRS DTU沒有推出之前，也是比較優(yōu)秀的，只是新的數(shù)據(jù)通訊技術和新的產(chǎn)品應用于工業(yè)監(jiān)控后，必將對傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集帶來新的革命。
五 、 結束語
采用GPRS網(wǎng)絡遠程數(shù)據(jù)通訊比其它專線或射頻通訊方式有不可比擬的優(yōu)越性，該通信系統(tǒng)具有連接方便、擴充性好、成本低、維護工作量小等特點。在電力系統(tǒng)電網(wǎng)自動化管理和實時監(jiān)控中使用GPRS無線網(wǎng)絡通過Internet傳輸數(shù)據(jù)，將會具有很好的應用前景。
正偉著眼于成為系統(tǒng)提供商和服務提供商，公司盡力根據(jù)客戶的應用要求，提供整套的硬件、軟件、系統(tǒng)解決方案。目前提供基于GSM、GPRS、EDGE、CDMA、EVDO的整套無線采集，無線傳輸，無線視頻，無線監(jiān)控系統(tǒng)。
無線LED國內(nèi)領先，支持各種大小屏幕，支持多種使用方式；
無線LED王，全新推出，無線LED使用更簡單，帶給您全新體驗；
無線數(shù)據(jù)終端，典型產(chǎn)品，性能功能超強，TCP/IP、UDP、MMS彩信、HTTP、FTP、SMTP期待用戶創(chuàng)新性的使用；
無線圖像監(jiān)控，彩信監(jiān)控，家庭、商鋪，別墅、道路，森林的理想監(jiān)控方式；
無線視頻監(jiān)控，3G來了，視頻就該升級了，正偉始終緊跟技術發(fā)展；
無線廣告機，GPRS、CDMA、EDGE、EVDO，廣告機的全新升級，支持視頻無線傳輸，手機發(fā)送消息。
目前，根據(jù)技術市場的發(fā)展趨勢，正偉主推的產(chǎn)品按照工業(yè)控制和媒體廣告兩方面分類為以下幾方面：
在無線工業(yè)控制領域，提供數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控報警、圖像傳輸、視頻監(jiān)控和信息發(fā)布、車輛調(diào)度的一系列產(chǎn)品，涉及無線通信的各個部分。其中包括：
無線數(shù)據(jù)終端：應用在各個交通路口，遠程獲取個道路的車流情況；對路口的紅綠燈進行遠程控制；
無線信息終端：應用在高速公路，交通要道，對車流情況，道路交通情況進行無線實時發(fā)布；
停車場引導系統(tǒng)：自動獲取和發(fā)布停車場位置信息，自動引導車輛到達正確的停車位置；
車載跟蹤、定位、調(diào)度終端：安裝在車輛上，對車輛的狀態(tài)進行監(jiān)控，對車輛進行無線調(diào)度；
短信息數(shù)據(jù)庫查詢系統(tǒng)：接收用戶的手機短信查詢命令，向司機、行人的手機發(fā)布實時交通信息，指路信息。
在信息發(fā)布領域，提供針對不同應用場所的信息發(fā)布產(chǎn)品，并滿足各種應用場合的信息發(fā)布需求，其中包括：
小區(qū)、學校基于局域網(wǎng)的信息發(fā)布系統(tǒng)，如LED大屏幕顯示、考場、教室引導系統(tǒng)；
工廠、生產(chǎn)線基于現(xiàn)場控制總線的信息發(fā)布系統(tǒng)，如流水線工作指示顯示牌；
超市全方位信息發(fā)布系統(tǒng)，貨架信息屏幕，商場廣告信息屏幕等；
戶外各種有線、無線信息發(fā)布，如市政公告屏幕、商業(yè)廣告屏幕、交通信息屏幕，環(huán)保指示屏幕等。
正偉產(chǎn)品同時應用在環(huán)保監(jiān)測、工業(yè)監(jiān)控、石油管道、遠程抄表、自動氣象站、水文監(jiān)測、安防報警等領域。
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