GPRS通信技術在五凌電力水情測報系統中的應用

曾自怡，李靖沙

（國家電力投資集團五凌電力有限公司，湖南 長沙410004）

0 引言

五凌電力水情測報系統初期采用自建超短波VHF通信方式，隨著移動運營商基站的普及，測站增加了GSM通信方式，發展成為VHF和GSM通信方式共存。VHF、GSM通信方式的技術原理決定了其易產生數據掉數、數據延時且無法根除，影響了水情數據的可靠性。

GPRS（General Packet Radio Service）通信技術是通用分組無線服務技術的簡稱，屬于第二代移動通信中的數據傳輸技術，以封包方式來傳輸，數據傳輸速度是GSM的10倍，永遠在線，按數據流量計費。具有數據傳輸速度快、數據完整性和可靠性高的特點。GPRS通信技術在國內水情測報系統得到廣泛應用。

1 五凌電力水情測報系統概況

五凌電力在沅水流域建有五強溪、凌津灘、洪江、碗米坡、三板溪、掛治、白市、托口8個水電廠，在資江建有東坪、株溪口、馬跡塘3個水電廠，在湘江有近尾洲水電廠。12個水電廠總裝機容量為4660 MW。通過在長沙的發電集控中心，對12個水電廠進行水庫集中調度和發電遠程集控。五凌電力水情測報由長沙集控中心站、12個電廠分中心站、21個VHF中繼站、273個遙測站組成。組網方式見圖1。

圖1 水情自動測報系統改造前網絡拓撲圖

各測站以VHF或GSM方式將水情數據傳至相應的電廠分中心站，先由分中心站的VHF、GSM模塊分別接收、串口服務器將VHF、GSM數據匯流后，再經過外網采集服務器、反向隔離裝置構成的水情安防接入區后，進入分中心站的水調系統II區交換機。水情數據在分中心站供站內水調系統處理和應用，同時由分中心站內的集控通信機、調度通信機分別送至長沙集控中心站及電網調度。

2 水情測報系統存在的問題

2.1 VHF通信方式存在的問題

超短波信道VHF受惡劣天氣、通信距離、地形、信道干擾等因素影響，易導致信道衰減增大、信道不通，出現漏數現象。

VHF測站信號經中繼站匯集、放大后再傳至電廠，如中繼站出現故障，則會導致多個VHF測站信號中斷。

暴雨情況下雨量、水位數據量陡增，產生數據碰撞常出現掉數現象。

2.2 GSM通信方式存在的問題

GSM短信通信因數據要經過運營商的服務器處理，在主汛期數據量大時，易發生數據延時，影響數據的實時性。

運營商按照數據條數計費，通信費用較高。垃圾短信多易導致GSM卡吊死中斷數據。

2.3 其他問題

部分水情測站通信方式單一，只有VHF或GSM單通信方式，通信可靠性低。

長沙集控中心站的VHF、GSM數據經電廠分中心站轉接，如電廠分中心站故障會影響長沙集控中心站數據接收。

3 GPRS通信優點和建設目標

GPRS和衛星通信在國內水情測報系統中均有成熟的應用。衛星通信比GPRS通信傳輸環節多、資費貴，一般用于無移動信號覆蓋的偏遠區域。五凌電力水情測報站網均有移動信號覆蓋，因此選擇性價比更優的GPRS通信。從以下2方面提升水情數據的可靠性：

（1）新增GPRS通信方式，所有測站具有GPRS+VHF或GPRS+GSM 2種通信方式，實現通信方式雙冗余。

（2）測站新增的GPRS通信，以點對點的方式將數據直接送到長沙集控中心站，VHF、GSM數據仍從電廠分中心站轉送至長沙集控中心站，實現測站到長沙集控中心站傳輸通道雙冗余。當電廠分中心站故障VHF、GSM水情數據中斷時，長沙集控中心站的GPRS數據不受影響，從而保證水情測報系統數據正常傳輸。

4 GPRS通信方式實施

五凌電力水情測報系統所有273個測站新增GPRS通信，在五凌電力長沙總部信息外網新增兩臺前置GPRS采集服務器，通過互聯網與水情測報站點進行GPRS通信。

4.1 長沙集控中心站GPRS數據接收方案比較

方案1：GPRS數據由外至內，由信息外網逐層傳遞至水調II區數據庫，傳輸圖如圖2所示。

圖2 方案1數據傳輸圖

測站GPRS數據經運營商的GPRS網絡傳送到長沙集控中心站，由信息外網GPRS采集服務器接收后，再經信息內外網間的隔離網閘傳至公司信息內網，由防火墻傳至水調三區外網數據庫，再經隔離裝置傳至水調II區核心數據庫。

方案2：GPRS數據經工控防火墻、反向隔離裝置傳送到水調II區數據庫

GPRS數據在長沙集控中心站經工控防火墻、GPRS采集服務器，由水調系統的反向隔離裝置傳送到水調內網數據庫。減少網閘設備、信息內網交換機、路由器等傳輸設備和環節，GPRS數據以最短路徑入庫，同時滿足電力監控安全防護要求。傳輸圖如圖3所示。

綜合比較，方案1中GPRS數據在長沙集控中心站的處理環節過多，如信息網閘設備故障、信息內網網絡故障均會引起GPRS數據中斷。而方案2因GPRS數據處理環節少、更有效率、穩定性更優而選定為實施方案。

圖3 方案2數據傳輸圖

4.2 GPRS、VHF、GSM數據在長沙集控中心站的處理方式

長沙集控中心站以GPRS測站數據優先主用，VHF、GSM測站數據備用。在水調數據庫中新增實時水情表RTSQ2和RTSQ3，RTSQ2存儲VHF、GSM數據，RTSQ3存貯GPRS數據。RTSQ表存儲實時水情數據用于水務計算。當測站GPRS數據正常時，RTSQ3表中GPRS的數據優先觸發寫入RTSQ。當測站GPRS數據異常時，則以RTSQ2表中的VHF、GSM數據觸發寫入RTSQ，測站GPRS數據正常后再補傳覆蓋RTSQ表中GSM/VHF采集數據。

為實現信道統計功能，在采集平臺程序數據寫庫時，在表rtsq2和表rtsq3中state列里寫入信道標識。

4.3 集控中心站GPRS數據暢通率統計

在集控中心站水調系統中新增GPRS水位站、GPRS雨量站日暢通率、月暢通率統計報表，用于分析GPRS測站的可靠性，以便及時發現和處理GPRS測站故障。

4.4 中心站GPRS數據網絡安全防護

公司互聯網接入區有電信和聯通寬帶鏈路，通過負載均衡自動監測兩條寬帶鏈路忙閑并動態分配資源。互聯網接入區配置了防火墻和防護安全網關，防護安全網關完成信息外網服務器和互聯網接入區的IP地址轉換，防護安全網關下聯外網核心交換機。為提高GPRS數據網絡安全防護能力，2臺GPRS采集服務器經信息網防火墻下聯接入信息外網交換機，通過配置防火墻的白名單策略只允許水情數據傳入指定的服務器IP和端口，同時2臺GPRS采集服務器通過反向隔離裝置上聯到水調二區數據庫。

5 應用效果及建議

2017年12月，五凌電力GPRS測報通信系統投運，經過2018年的運行數據分析，其應用效果表現如下：

（1）五凌電力測站數據質量穩步提升：測站數據月平均暢通率由93%提高至98%，數據完整性由95%提高至99%。

（2）測站數據質量的提升使公司洪水預報準確率由85%提高至89%，為2018年五凌電力優化調度增發電量2.46億kW·h夯實了基礎。

（3）GPRS通信較GSM更經濟，每年可減少通信費用30萬元。

（4）長沙集控中心站與測站時鐘同步率100%，測站數據時標精準實現零偏差，解決了原測報系統無法招測測站歷史數據及遙測站點時鐘。

結合五凌電力GPRS通信的應用實踐，提出以下建議：

（1）將測報數據的可靠性提升作為核心任務，做好測站和測站到中心站通信方式的冗余設計，做好中心站數據流的規劃和流程圖編制，數據處理要簡潔、穩定、高效。

（2）升級為雙通信方式的測站要結合當地的氣候、環境考慮測站供電系統的帶載能力，以滿足新增通信方式的功耗需求。

（3）GPRS通信方式的可靠性取決于GPRS服務商基站信號的質量和服務品質，宜以GPRS大客戶的方式擇優選取一家地市級運營商提供優質的GPRS服務。

（4）對采用GPRS+GSM的測站，如條件具備，宜選擇兩家不同的運營商，以獲得測站GPRS和GSM通信的高可靠性。