基于GPRS技術的電能質量監測系統設計

顧遠等

摘要：本文基于GPRS技術的電能質量監測系統，綜合了嵌入式軟硬件技術、大型數據庫技術和專家系統，提出的一種具有GPRS通訊技術的三層電能質量監測系統設計。

關鍵詞：電能質量監測 GPRS 三層網絡

1 概述

近年來，電力系統中諧波污染逐年升高，諧波的監測和治理也不斷加強。但是，受制于通訊設施或地理環境，監測和治理的難度不斷加大。為解決這方面問題，本系統提出了一種新型電能質量監測分析管理系統，即基于GPRS（General Packet Radio Service，通用分組無線業務）的電網電能質量監測系統。本系統以GPRS作為數據傳輸通道。服務軟件以B/S方式實現了監測系統能夠及時有效的對監測信息進行瀏覽、分析及諧波源定位、分析、治理，把電能質量管理工作緊密協調起來。

2 基本原理

2.1 GPRS基本工作原理 GPRS，通常被稱為2.5G，是在2G和3G之間的技術。GPRS和GSM使用相同的頻帶寬度、突發結構、無線調制標準、規則，用戶幾乎可以做到“永遠在線”。此外，GPRS的計費標準，是以有效數據量計量，因此，運營成本低，用戶負擔輕。GPRS終端通過接口從客戶端系統獲取數據，GSM基站傳輸和處理GPRS分組數據。通過GPRS骨干網中SGSN分組數據包后，以GGSN網關支持的互聯和溝通。GGSN相應的分組對于數據進行處理，然后發送到目的網絡，如因特網或X.25網絡。

2.2 監控中心的設計 功能是通過Delphi7.0編程語言開發，實現GPRS監控中心接收信息并保存。

因為通過GPRS通訊方式，中央控制服務器可以直接訪問Internet，數據對于GPRS模塊來說，是“透明傳輸”的。基于TCP/IP協議的通訊軟件，將接收到信息中心的數據，存儲到歷史參考數據庫中，用于數據的追溯和分析。采用SQL2005數據庫，通過SQL訪問ADO數據軟件編程接口。應該指出的是，主站服務器通過Socket多線程編程模式，讀取來自GPRS的終端數據信息。

3 系統的結構功能

3.1 軟件體系結構 ①三層體系結構。近年來，網絡技術正以前所未有的速度向前發展，一個重要的方向是基于Web的應用系統的開發。隨著Web應用的擴大，需要更復雜，更靈活的應用程序開發支持。一個新的更可行的架構在這種情況下應運而生，即“三級/多層”構架。該電能質量監測系統，就是在此基礎上，我們提出一個典型的三層體系結構和開發：a客戶層。即數據請求方，典型應用是IE瀏覽器。b服務層。典型應用是WEB服務器。c數據層。典型應用是關系型數據庫和其他后端數據資源，如SQLserver ORACAL等。三層體系結構中，客戶端、程序、和數據被物理的隔離、三層的結構，更靈活，也更具有系統擴展性和移植性。三層結構中，因為應用程序已經同客戶分離，安全性也更易于實現。②數據存儲方式。數據存儲，采用集中存儲和分布存儲共存的模式。在電能質量監測儀內部，可以存儲一年的原始數據，同時將數據上傳至服務器集中存儲。原始數據保存三個月。集中存儲使數據易于管理和維護，安全性更高。

3.2 系統功能 主要有以下功能：①數據采集功能。對于不同的監測點，建立統一的電能質量的存儲格式，使電能質量監測系統是基于一個統一的數據平臺。②可以實現將設立監測參數，和限制定時傳輸或數據讀取功能。③集成查詢功能。在全系統內，建立電能質量數據中心和一個綜合管理信息系統，在此基礎上建立一個全系統的電能質量自動報告系統，從而提高工作效率。④數據分析。這部分功能的目標：統一的監測網絡，建立全局的數據庫，以國標為規則為基礎，根據電能質量指標相應的統計分析，每個分析結果形成報表或圖形可以打印，也可以在每個監測點能量指標的不同時間段進行統計分析，趨勢分析。

遠期目標：逐步建立電能質量知識庫，形成專家系統。在一定的積累后，可以建立面向對象的專家系統，進行全局仿真分析。基于電能質量問題，可能影響的范圍和影響程度上造成的危害，提出了相應的對策，從而實現電能質量采取緊急措施。從事后處理的被動模式，轉變為“預測在先”的積極措施的主動模式。

3.3 系統組成及特點 本系統由數據服務器，Web服務器和前端監測儀器組成，具有強大的數據分析軟件。系統最大限度地整合和通過該系統實現信息和資源的共享，可以自動收集的歷史數據和實時電能質量數據。對各監測點，通過Web服務器，系統內的工作站，可以查看各監測點的歷史數據和實時數據，進行歷史數據。各地區的分析點的網絡監測月度報表，通過網絡自動匯總到區域公司和無功功率管理信息系統，最后融入到省的電壓和功率管理信息系統中。從而實現監控點，統一調度，統一管理，數據共享。

使用Windows 2008 Server操作系統數據服務器，用SQL Server 2005數據庫。數據服務器是系統的核心部分，它負責定期收集的歷史數據，進行實時數據監測，并將采集到的數據存儲在數據庫的分析。數據服務器采用雙硬盤RAID的配置，保證數據安全。

Web服務器，Web服務器為每個用戶的Web服務器，通過局域網接入，每個站點的數據、波形、頻譜的實時視圖。服務器中的數據統計分析提供了歷史數據，并可以對每個站點的進行遠程管理和配置管理。

4 系統詳細設計

①系統結構如圖1所示。②系統結構原理圖（圖2）。③諧波干擾源的識別和區域定位。根據監測數據，建立數據分析系統，實現對諧波干擾源的識別和區域定位，并進一步為電能質量治理提供相關信息。通常，工作人員在拿到電能質量數據報表以后，還需要對數據進行分析評估，制定相應的治理措施。建立數據分析系統以后，就可以利用已有的經驗和數據，對電能質量問題進行分析評估，可以實現以下一些功能：a識別諧波源的特性，例如識別整流負載、電弧爐、電氣化鐵道等，并對諧波源進行定位。b根據不同的負荷特性，給出解決電能質量問題的建議方案。這樣，通過分析系統取代部分工作人員的工作，在更高水平上實現了辦公自動化。④Web瀏覽方式的監測網絡圖形界面。增加基于Web瀏覽方式的監測網絡圖形界面，用戶只需要通過IE瀏覽器，即可更直觀的顯示電網中各監測點的電能質量信息，并可簡潔地通過瀏覽器對數據進行分析，得到圖形化的查詢結果和報表，從而對電能質量問題獲得第一手的數據資料，對電能質量問題的治理提供翔實的資料。

5 結論與展望

隨著計算機技術和信息技術的發展，GPRS已經得到了廣泛的應用；同時，現代工業的發展，迫切需要供電企業提供更好的供電質量，以保證其用電可靠性。

本文提出的基于GPRS技術的三層電能質量監測系統，綜合了嵌入式硬件技術、軟件技術及大型數據庫技術以及網絡技術，對電能質量數據進行測量、計算、傳輸、存儲和分析。本系統的核心在于GPRS無線數據穩定傳輸，可不斷擴充的專家系統。因此，基于GPRS技術的三層電能質量監測系統，在日趨多樣復雜的市場需求前提下，具有良好而廣闊的應用前景。

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