基于GPRS的電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng) - 全文

　　一、前言

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度的自動化已成為電力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。電力系統(tǒng)的迅猛發(fā)展需要完善、先進和實用的電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)來保證。目前國調(diào)及網(wǎng)、省調(diào)3級調(diào)度系統(tǒng)均已配備了電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)，并先于一次系統(tǒng)實現(xiàn)全國聯(lián)網(wǎng)?，F(xiàn)我國90%的電源和220kV以上電網(wǎng)的實時信息得到有效和準確的采集，調(diào)度自動化水平有明顯進步和提高，尤其是廠站基礎(chǔ)自動化設(shè)備可靠性和管理水平大大提高，其提供的準確而有效的實時信息已成為調(diào)度員進行電網(wǎng)安全、經(jīng)濟調(diào)度的主要依據(jù)。

　　電網(wǎng)調(diào)度實現(xiàn)自動化的程度與供用電的質(zhì)量和可靠性密切相關(guān)。為此，本文特對電網(wǎng)調(diào)度自動化的必要性及其實現(xiàn)方案作簡單的討論。本文討論利用GRPS作為通信手段，建立配電變壓器監(jiān)測系統(tǒng)。

　　電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)是根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度的實際需要，以大型地調(diào)系統(tǒng)的要求為設(shè)計出發(fā)點，充分考慮到中、小系統(tǒng)以及集控中心站系統(tǒng)的特殊性，整個系統(tǒng)以穩(wěn)定性、實用性、先進性、易維護性為主要設(shè)計目標，配置極其靈活，應(yīng)用領(lǐng)域相當廣泛，可以很好地滿足不同用戶的需求。全部程序均采取面向?qū)ο蠓椒ǖ脑O(shè)計，系統(tǒng)維護、擴展甚為方便。

　　在電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的通信中，可以采用數(shù)傳電臺、GSM短消息、光纖接入等方式。數(shù)傳電臺的優(yōu)勢是除了每年的頻點費以外，平時運行無需額外費用;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(wù)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(shè)備維護方面不方便。而GPRS通信則避免了以上問題。

　　通用分組無線業(yè)務(wù)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(wù)，目的是給移動用戶提供高速無線IP或X.25服務(wù)。 GPRS理論帶寬可達171.2Kbit/s，實際應(yīng)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?yīng)用。GPRS采用分組交換技術(shù)，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(luò)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(wù)。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。

　　二、系統(tǒng)概述

　　電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的開發(fā)目標是建立一個安全可靠，能提供各種高級服務(wù)，并有為應(yīng)用程序的執(zhí)行和實施提供較強功能的開放式平臺和運行在該平臺的多個相對獨立的應(yīng)用子系統(tǒng)組成的系統(tǒng)，成為一個符合配電系統(tǒng)現(xiàn)代化管理要求的，分布式，開放式，模塊化，可擴充的配電變壓器綜合管理系統(tǒng)?；A(chǔ)平臺除提供基本的硬件技術(shù)和操作系統(tǒng)內(nèi)核外，還提供諸如數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、信息傳遞、人機界面、實時環(huán)境應(yīng)用程序等基礎(chǔ)服務(wù)?；诨A(chǔ)平臺之上的各應(yīng)用子系統(tǒng)包括：能量管理（EMS）、配電變壓器管理、線損管理、自動抄表、VQC功能，諧波數(shù)據(jù)，購電量管理，數(shù)據(jù)查詢，自動報表，圖表和與其他系統(tǒng)的接口等。這些子系統(tǒng)之間在開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（OSA）基礎(chǔ)上實現(xiàn)有機的橫向和縱向集成，形成一個完整的配電變壓器綜合管理信息系統(tǒng)。

　　GPRS電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如下圖所示，系統(tǒng)分為三個部分，分別是監(jiān)控中心主站、GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端、監(jiān)控終端設(shè)備。主站主要完成人機交互工作;網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器主要負責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路建立和數(shù)據(jù)收發(fā)的透明中轉(zhuǎn);GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端完成信息的上送與下發(fā);監(jiān)控終端設(shè)備主要完成數(shù)字量與模擬量的采集。

　　本系統(tǒng)中心服務(wù)器通過GPRS APN專線接入企業(yè)路由器，進入GPRS APN內(nèi)網(wǎng)，獲取固定IP地址。監(jiān)測點數(shù)據(jù)無需路由到Internet網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測點DTU也采用該APN內(nèi)的SIM卡。采用這種方式組成點對多點網(wǎng)絡(luò)具有安全性高的特點，且穩(wěn)定性高、適時性好。

　　GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端上電后，它會根據(jù)預(yù)先設(shè)定在其內(nèi)部的IP地址主動訪問中心GPRS DTU服務(wù)器，和監(jiān)控中心建立TCP/IP鏈路。監(jiān)控中心主站本身維護接入的每個終端的IP地址和ID號，當主站要向某個監(jiān)控終端提出數(shù)據(jù)請求時，它會根據(jù)IP地址和ID號來找到對應(yīng)的終端，將命令下發(fā)到該終端，終端響應(yīng)后通過GRPS數(shù)據(jù)傳輸終端把數(shù)據(jù)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器端口，通過端口影射轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控中心主站，即完成了一個應(yīng)答式的通訊流程。

　　三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)分為三個部分，分別是監(jiān)控終端設(shè)備、GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端、監(jiān)控中心主站。

　　（1）、監(jiān)控終端設(shè)備

　　該監(jiān)測系統(tǒng)采用的綜合系數(shù)檢測設(shè)備（RTU）是根據(jù)電力需求側(cè)管理技術(shù)要求設(shè)計、制造的一種高科技產(chǎn)品。它采用高精度數(shù)字采樣處理技術(shù)，集數(shù)據(jù)采集、顯示、存儲、通訊等多功能于一體，并可通過后臺軟件將儲存記錄的數(shù)據(jù)以圖表或報表的形式顯示、打印和分析。其科技領(lǐng)先，功能強大、可靠性高，可廣泛應(yīng)用于配電自動化系統(tǒng)的監(jiān)測。其主要功能有：

　　基本測量參數(shù)：

　　AGC每4s一次調(diào)節(jié)令，日負荷曲線，繼電保護定值整定分析，水電及抽水蓄能運行等多個參數(shù)

　　技術(shù)參數(shù)

　　·額定技術(shù)參數(shù)

　　額定電壓 Un：100V

　　額定電流 In：5A

　　額定頻率 Fn：50Hz

　　·測量準確度

　　電壓/電流/頻率：0.2級

　　功率因數(shù)/有功功率/無功功率：0.5級

　　有功電量/無功電量：1.0級

　　·內(nèi)置閃存容量

　　存儲容量：1024k字節(jié)，可實現(xiàn)連續(xù)84日數(shù)據(jù)記錄（每15分鐘記錄一次）

　　精度

　　電壓/電流/頻率：0.2級

　　功率因數(shù)/有功功率/無功功率：0.5級

　　有功電量/無功電量：1.0級

　　系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定

　　裝置的CT、PT變比

　　數(shù)據(jù)存儲間隔

　　系統(tǒng)時鐘

　　LCD對比度

　　過壓參數(shù)

　　欠壓參數(shù)

　　過流參數(shù)

　　（2）、GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端，

　　GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端實現(xiàn)監(jiān)控中心主站與監(jiān)控終端的通訊。本系統(tǒng)中采用廈門藍斯通信有限公司LZ713C GRPS DTU。該DTU功能與特點如下：

　　A、功能：

　　1. 標準的AT 命令界面，方便程序設(shè)計;

　　2. TCP/IP Internet 內(nèi)嵌的協(xié)議棧，輕松互連;

　　3. RS232/422接口方式，更加簡便的通訊方式;

　　4. 可通過串口升級程序。

　　B、性能：

　　1. 使用低功耗高性能的CPU 做處理器，32位內(nèi)部數(shù)據(jù)總線，2Mbit Static Ram & 4Mbit Flash可高速處理協(xié)議和大量數(shù)據(jù);

　　2. 支持全透明及幀格式數(shù)據(jù)傳輸;

　　3. 支持TCP、IP、PPP、ICMP、UDP、TELNET、HTTP 協(xié)議棧;

　　4. 一個符合ISO7816-3IC 卡標準的SIM 卡座，支持符合GSM11.11 和GSM11.10，規(guī)范SIM 卡;5. 簡化的接口設(shè)計，使用通用的232接口和簡單的AT 命令交互界面;

　　6. 供了更方便的電源接口，即可使用外掛電源。又可從串口直接取電;

　　7. 整機功耗小于3W;

　　8. 完善了GPRS 網(wǎng)絡(luò)中所出現(xiàn)的假撥號，掉線自動重啟，遠程喚醒等功能;

　　9. 支持遠程控制及動態(tài)域名解析;

　　10. 同時更具嵌入式系統(tǒng)要求，可提供內(nèi)置式模塊（不帶外殼，可通過插針與嵌入式直接系統(tǒng)相連）。

　　11、同時還有軟硬件雙重看門狗，在DTU不能正常工作時，能夠自動斷電復(fù)位。

　　（3）、監(jiān)控中心主站

　　主站系統(tǒng)最里面層為操作系統(tǒng)及系統(tǒng)軟件。第二層為系統(tǒng)支持軟件層，包括數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、電力系統(tǒng)模型、數(shù)據(jù)采集和傳輸。電力系統(tǒng)模型主要指電力系統(tǒng)設(shè)備對象化及網(wǎng)絡(luò)拓撲;數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分運行庫、基礎(chǔ)庫、標準庫和歷史庫四部分;數(shù)據(jù)采集和傳輸就是將各種數(shù)據(jù)從不同的終端根據(jù)各種通訊協(xié)議采集過來，但并不進行處理，再通過網(wǎng)絡(luò)分發(fā)給需要這些數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。第三層為基礎(chǔ)應(yīng)用層，將采集過來的數(shù)據(jù)經(jīng)過各種處理，通過GUI界面顯示給用戶。第四層為高級應(yīng)用層，它所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)主要是供電力系統(tǒng)進一步管理和決策用。

　　上位軟件主要完成以下功能：

　?。?）電網(wǎng)EMS調(diào)度系統(tǒng)，變壓器運行監(jiān)控，直屬電廠和變電站群異常情況監(jiān)控，數(shù)據(jù)的分析、處理和存盤，RTU的參數(shù)設(shè)置及狀態(tài)顯示。既能獲得配電網(wǎng)運行的基本信息，又為功能擴充提供很好的基礎(chǔ)。

　　（2）自動抄表系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的時間自動抄錄配電變壓器和用戶的電度數(shù)。并具有電表異常告警，跟蹤抄表記錄和操作記錄等輔助功能。

　　（3）用戶購電量管理對于信譽比較差的用戶，通過系統(tǒng)對它進行先購電后供電，并在使用電量達到某些比例時進行警告。

　　（4）線損管理主要是臺區(qū)線損管理和線路線損管理。

　　（5）配電設(shè)備管理主要是配電線路和配電變壓器等設(shè)備的管理。

　　（6）終端錯誤智能識別終端錯誤分為通訊恢復(fù)，通訊中斷（某一終端連續(xù)三次召測不到），終端無線錯誤（一天連續(xù)十次召測不到），無線中斷（連續(xù)有三十個終端召測不到）。

　　（7）負荷預(yù)測通過計算主站和分站所有臺區(qū)的總有功功率總加值來初步預(yù)測下一階段的負荷情況。

　　（8）電容器投切根據(jù)電壓和功率因數(shù)就地進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)時考慮時間因素和投切次數(shù)。在就地調(diào)節(jié)失靈的情況下能夠遠方監(jiān)視和遠方控制。如果終端無調(diào)節(jié)投切功能，系統(tǒng)能夠遠方計算后控制電容器投切。

　?。?）終端操作可以遠方讀取或者設(shè)置終端的參數(shù)，如變壓器的整定參數(shù)等。可設(shè)置開關(guān)合閘，開關(guān)分閘?？勺x取或設(shè)置VQC參數(shù)。

　?。?0）與營銷系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的接口能方便地為營銷系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)源。

　?。?1）采集諧波數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)能夠采集用戶的各次諧波含量。

　?。?2）用戶竊電管理增加用戶電量與功率轉(zhuǎn)換為電量的比較，通過設(shè)置比例系數(shù)，來進行警告，比如當有功功率產(chǎn)生而電量不動時，則產(chǎn)生警告。

　　四、結(jié)論

　　實現(xiàn)我國電網(wǎng)調(diào)度自動化，是提高供電質(zhì)量、用電可靠性和提高電力企業(yè)自身水平的需要，GPRS作為一種新的通訊手段，應(yīng)用在配電自動化中有很多優(yōu)點， 基于GPRS通信的配電變壓器綜合管理系統(tǒng)是一個比較有應(yīng)用前景的實現(xiàn)方案。