GPRS無線數據傳輸技術在電力調度系統中的應用

姬志民，劉亞萍，趙會峰，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)

電力調度系統由調度中心和調度終端(RTU)兩大部分組成。目前在電力系統的調度中基本采用了光纖通信。但一些光纜已經運行了10年以上，腐蝕和老化現象逐漸暴露出來，時常會發生通信中斷現象，且會導致光纖和電力調度系統發生故障。因此開發了一種應用GPRS無線數據傳輸技術的電力調度系統。

1 GPRS無線數據傳輸技術

GPRS無線數據可利用電力調度數據網實現實時傳輸，電力數據通過GPRS移動數據網絡傳輸到控制系統后，進行相應的計算和存儲，得到精確和量化的實時信息，調度員可以及時準確了解這些信息，做出相應的判斷。GPRS是移動通信在完善優化GPRS網絡建設過程中推出的第2.5代通信技術，它在目前GPRS網絡的基礎上進一步升級了無線接口，使其支持高速補充業務信道，可實現高速互聯網接入服務。GPRS在傳遞速率、功能方面較普通傳輸方式具有突出的技術優勢。GPRS通信方式更適合電力數據采集業務，以往的電力調度基本上是靠人工方式來進行，采用電話線傳送數據或手工抄錄，實時性差。GPRS無線傳輸數據具有如下優點。

a. GPRS用戶可隨意分布和移動自己的網點，無需擔心線路維護或移機時導致的通信中斷。

b. 終端價格比較低。

c. GPRS資費低，計費合理。

d. GPRS能很好地支持頻繁的、少量突發型數據業務。

e. GPRS網絡接入速度快，實現了與現有數據網的無縫連接。

f. 覆蓋范圍大，信號為全相傳輸方式。

在電力系統中，常需要對眾多的變電站設備進行實時監測，大部分監測數據實時發送到調度中心的后臺服務器進行處理。大型變電站可以鋪設專用光纖線路，但大量小型變電站、廠用變電站、小型電廠，由于監測點分散、分布范圍廣、大多設置在偏遠地區、所處環境復雜等問題導致無法架設光纜通道，架設光纜費用極高、維護困難。利用GPRS網絡進行無線數據傳輸，成為電力部門選擇的亮點通信手段之一。變電站監測設備將采集到的電力數據和告警信息，通過GPRS網絡及時發送到電網管理部門，可以實現對變電站設備的及時管理，大大提高了工作效率，為電力調度自動化提供了新方式，從而實現了對各種變電站設備調度的統一性。

2 GPRS無線調度通信系統

2.1 系統組成

系統示意圖見圖1。

圖1 GPRS無線調度通信系統示意

該系統主要由以下幾部分組成。

a. 調度中心。調度中心申請配置Internet上固定的IP地址。ARM通信網關接收到子站ARM通信網關通過GPRS傳送的數據，解析后按調度SCADA前置機指定規約發送至指定串口。對SCADA系統來說，就像子站RTU直接按指定規約接入前置機一樣，無需對前置機做任何改動。

b. 移動網絡。利用移動通信現有的GPRS網絡，監控點和監控中心系統的所有交換信息通過移動通信的數據通信網關進行數據傳輸。由于子站采用的DTU登陸時IP是由移動網絡隨即分配，因此需要保證主站具有固定IP地址。

c. 子站終端。變電站設備通過RS232 串口或100 M網口與ARM通信網關連接，網關解析設備協議，將數據存入本地數據庫，然后按指定順序發送變化數據，未發生變化的數據則定時傳送全數據，保證主站刷新速度，降低GPRS流量要求。

2.2 系統實施方案

變電所子站采用GPRS DTU設備和作為通信網關的ARM嵌入式主板。ARM通信網關具有3個串口和1個網口，可以根據實際需求靈活配置通信資源。

a. 主通道方式，其中1個串口連接GPRS DTU，另外2個串口和1個網口，可以接入子站上的智能通信設備(RTU、抄表設備等)，收集數據并打包至連接DTU的串口，通過GPRS網絡發送至調度主站。

b. 備通道方式，可以通過接收光纖設備的告警信息，平時GPRS DTU處于在網休眠狀態，并不轉發數據，在光纖出現問題的時候，接收到相應通知信息，激活DTU向調度主站發送數據。

子站的ARM嵌入式網關具有數據解析能力，將RTU或其他智能設備數據收集完整，并不馬上進行透明轉發，可以設定模擬量的死區值，數據變化超過指定死區值，才打包向GPRS DTU串口轉發。減少GPRS的流量，降低運營費用，并有效減少網絡擁塞造成的大量丟包。

調度中心采用固定IP地址的ADSL設備和作為通信網關的ARM嵌入式主板。ARM通信網關具有1個網口和6個串口。1個網口連接ADSL MODEM，接收下面子站傳入的信息，根據數據包頭，分辨來自哪個子站，轉發至相應串口。

為了保證安全，無線通信系統與調度系統并無網絡連接，只通過串口按指定規約轉發數據，同時系統采用嵌入式主板，運行Windows CE系統或Linux系統，具有功耗低、運行穩定、自恢復能力強、不會傳播病毒的優點，相比PC平臺有較明顯的優勢。

3 安全措施及加密功能

由于電力系統的特殊性，需要極高的系統安全保障和穩定性的考慮和相應措施。安全保障主要是防止來自系統內外的有意和無意的破環，穩定是指系統能夠不間斷運行，即使出現硬件和軟件故障，系統也不能中斷運行。

a. APN專網模式，該種模式是利用SIM卡的唯一性，劃定用戶可接入某系統的范圍，避免非法入侵。采用移動通信分配的專門的APN進行無線網絡接入，在網絡側對SIM卡和APN進行綁定，只有屬于指定行業的SIM卡才能訪問專用APN。

b. 對于特定用戶，可通過數據中心給每個移動終端分配特定的用戶ID和密碼， 其他沒有數據中心分配的用戶ID和密碼的移動終端將無法登錄進入系統，系統的安全性進一步增強。

c. 安全的防火墻過濾，設置防火墻軟件保障系統安全。

d. 采用電力系統數據網專用縱向加密裝置對通過網絡傳輸的數據進行數據專項加密、解密處理，保證數據的安全性和可靠性。

4 結束語

GPRS無線數據傳輸技術在電力調度系統中的應用，可以有效的解決有線通道無法解決的問題。為無法架設光纜的地區(只要有移動運營商覆蓋的地區)提供一個可靠的調度自動化系統“主通道”，為有光纖通道的網絡提供一個可靠的“備用通道”。GPRS提高了電力系統的自動化水平。