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GPRS无线网络技术在电力行业中的应用方案

来源:中国一卡通网  作者:不详  发布时间:2013-05-21 08:43:40  字体:[ ]

关键字:通信  GPRS  监控  

摘   要: 通过中国移动的GPRS网络系统,电力部门可将工业和民用电表采集的电力系统数据实时传递到地、市、省级的集中监控中心,以实现对电力监测设备的统一监控和分布式管理。

  1、概要

  随着世界风云变化,通信行业也在俏无声息发生着变化。从最早的纵横制到现在的数字程控交换机,设备在不断的更新换代,网络也在不断向前发展。

  3G网络现在已成为中国的一个热门话题,移动通信技术以其迅猛的发展势头,不断推陈出新,技术也在不断扩展,不断完善。逐渐由以前的语音、视频、数据分而发展的模式向综合型网络发展。

  电力系统,作为一个特殊行业,具有另外行业所不具有的特点,因此,电力通信网络的发展也就具有特殊性。需要根据电力系统的需求来进行建设。随着通信行业的发展,电力系统中那种一号信令、模拟中继,已经不能满足现有业务的需求。这就需要我们在现有网络的基础上进行拓展,根据通信行业的新技术,不断挖掘,不断摸索,寻求一种适合电力行业特征的通信网络技术,建立独特的新电力通信网络。

  2、GPRS技术简介

  GPRS的英文全称为General Packet Radio Service,中文含义:整合封包无线服务,它是利用 “分封交换”(Packet-Switched)的概念所发展出的一套无线传输方式。所谓的分封交换就是将Date分装成许多独立的封包,再将这些封包一个一个传送出去,形式上有点象寄包裹,采用分封交换的好处是只有在有资料需要传送时才会占用频宽,而且可以以传输的资料量计价,这对用户来说是比较合理的计费方式。

  GPRS的应用范围 :GPRS是在现有GSM网络上开通的一种新型的分组数据传输业务,在有GPRS承载业务支持的标准化网络协议的基础上,GPRS可以提供系列交互式业务服务:

  2.1点对点面向连接的数据业务。为两个用户或者多个用户之间发送多分组的业务,该业务要求有建立连接、数据传送以及连接释放等工作程序。

  2.2单点对多点业务。根据某个业务请求者的要求,把单一信息传送给多个用户。该业务又可以分为点对多点多信道广播业务、点对多点群呼业务和IP多点传播业务。

  2.3点对点无连接型网络业务。各个数据分组彼此互相独立,用户之间的信息传输不需要端到端的呼叫建立程序,分组的传送没有逻辑连接,分组的交付没有确认保护,是由IP协议支持的业务。

  GPRS除了提供点对点、点对多点的数据业务外,还能支持用户终端业务、补充业务、 GSM短消息业务和各种GPRS电信业务。

  3、电力系统的现状

  随着电力系统改革的全面展开和不断深入,电力逐步走向市场化。我国电力行业、电力部门在体制结构、运营管理方式上都发生了深刻变化。电力公司由过去的生产型向经营型方向发展,电能作为电力公司的主要商品,它的销售和其对应的电费回收已成为电力公司主要经济考核指标。因此加大对配电网与用电网的监测与管理,实现对大用户电量的远程抄表和自动结算,改进传统的电费结算手段,加强线损管理,提高防窃电能力,加大用电监察水平,满足广大用户对于供电的质量和可靠性要求,是提高电力部门的生产经营管理水平和管理效率,最终实现电网商业化运营,建立区域乃至全国统一的电力大市场而采取的重要举措。

  在实现大用户的电量抄收,配电变压器的监测与线损分析系统建设方案中,采集对象有着地理位置分散,采集点多,数据量少,实时性要求不高等特点。因此利用目前移动通信公司最新推出GPRS通信技术的通信专网,对工业及商业大用户和配电台区变压器电量的抄收和监测,最终实现整个配网的线损动态监视,较以往采用 GSM短信息及无线电台专网和其他有线的方式又上了一个新的技术台阶。其可靠性和信号覆盖率等技术指标是其他无线方式无可比拟的。GPRS专网接入服务,进行电能计量、电站监测,实现电网终端数据的自动实时采集和监控,大大提高了电网监测的技术含量和工作效率。

  4、GPRS在电力系统解决方案
  
  GPRS专网技术,是通过装有GPRS模块数据采集器对客户端电表进行数据采集,再由GPRS(或GSM)网络及光纤专线线路将数据送到公司数据库服务器,服务器再对各网点数据进行收集、跟踪、分析。通过GPRS专网采集数据克服了以往人工抄表的诸多不便:一方面是利用GPRS专网、光纤进行数据传输,提高了工作效率,减少了人工成本;另一方面是利用装有GPRS模块的数据采集器进行采集,提高了数据提取的准确率和及时性。

  4.1方案实施

  通过中国移动的GPRS网络系统,电力部门可将工业和民用电表采集的电力系统数据实时传递到地、市、省级的集中监控中心,以实现对电力监测设备的统一监控和分布式管理。在移动通信公司的GPRS业务平台上构建电力远程抄表系统,实现电表数据的无线数据传输具有可充分利用现有网络,缩短建设周期,降低建设成本的优点,而且设备安装方便、维护简单。GPRS电力远程抄表系统由位于电力局的配电中心和位于居民小区的电表数据采集点组成,利用中国移动现有的GPRS/GSM网络,电表数据通过中国移动的GPRS/GSM网络进行传输。居民小区的所有电表首先连接到电表集中器,居民用户的用电数据由复费率电表通过485传到电表集中器,电表集中器通过RS232口与GPRS透明数据传输终端连接,电表数据经过协议封装后发送到中国移动的 GPRS数据网络,通过GPRS数据网络将数据传送至配电数据中心,实现电表数据和数据中心系统的实时在线连接。

  4.2系统构建

  由于GPRS通信是基于IP地址的数据分组通信网络,配电中心计算机主机配置固定的IP地址,各个电表数据采集点采用GPRS模块和该主机进行通信。

  4.2.1系统组成

  4.2.1.1电表数据采集点:电表数据采集点位于居民小区的信息中心,居民用户的用电数据由复费率电表首先通过RS485接口通过双绞线连接到位于小区信息中心的电表集中器,电表集中器再通过RS232接口与GPRS透明数据传输终端相连。通过GPRS透明数据传输终端内置嵌入式处理器对数据进行处理、协议封装后发送到GSM网络,通过 GPRS网络传送至电力公司数据中心电力远程抄表系统,实现电表数据和数据中心系统的实时在线连接。电表集中器通过RS485接口直接连接到电表上,既可支持单个电表,也可以同时支持多个电表,实现对电表参数的采集、存储、预处理或并将采集到的电表数据实时传送到配电中心;同时,电表集中器还可将配电中心发送的遥控指令传给电表控制模块,对电表进行控制操作。

  4.2.1.2配电中心。配电中心服务器申请配置固定IP地址,采用省移动通信公司提供的DDN专线,与GPRS网络相连。由于 DDN专线可提供较高的带宽,当电表数据采集点数量增加,中心不用扩容即可满足需求。配电中心服务器接受到GPRS网络传来的数据后先进行AAA认证,后传送到配电中心计算机主机,通过系统软件对数据进行还原显示,并进行数据处理。配电中心计算机主机可进行业务管理和计费管理,对电力数据进行校验、计算、存储、分析、管理等,可对异常情况进行告警,同时对用户使用情况实时监控,保证电力局的合法收益。

  4.2.1.3GPRS/GSM移动数据传输网络:电表集中器采集的数据经GSM网络空中接口功能模块同时对数据进行解码处理,转换成在公网数据传送的格式,通过中国移动的GPRS无线数据网络进行传输,最终传送到配电中心IP地址。由于GPRS通信是基于IP地址的数据分组通信网络,配电中心计算机主机配置固定的IP地址,各个电表数据采集点采用GPRS模块和该主机进行通信。

  各电表使用GPRS透明数据传输终端,通过移动的GPRS网络与配电中心相连。电表使用移动通信公司统一的STK卡,同时配电中心对各电表数据采集点进行登记,保存相关资料以便识别和维护处理。各电表数据采集点运行系统软件,支持24小时实时在线,实现信息采集点24小时传送采集的电表数据。
  
  凡电力局授权的信息采集点均可以使用本系统:电表数据采集点必须使用移动统一的STK卡,用户使用本卡只能用于与配电中心的数据通信功能;无线通讯终端设备使用经纬星航提供的GPRS移动数据通信终端;用户登记:符合电力局的规定。推荐省级配电中心通过公网使用VPN接入到移动GPRS网,这种方式成本比较低,安全性比较高,而且速度和网络服务质量都保障;也可以通过GPRS专线接入到移动GPRS网,这种方式成本高,安全性高、稳定可靠。由于 GPRS通信是基于IP地址的数据分组通信网络,配电中心计算机主机配置固定的IP地址,各个电表数据采集点采用GPRS模块和该主机进行通信。

  4.2.2安全措施

  由于电力远程抄表系统的特殊性,本系统需要极高的系统安全保障和稳定性。安全保障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环,稳定是指系统能够7×24小时不间断运行,即使出现硬件和软件故障,系统也不能中断运行。

  4.2.2.1APN专网模式:利用SIM卡的唯一性,划定用户可接入某系统的范围,可以有效避免非法入侵。采用中国移动分配的专门的APN进行无线网络接入,在网络侧对SIM卡和APN进行绑定,只有属于指定行业的SIM卡才能访问专用APN。普通手机号的GPRS终端无法呼叫专门的APN。

  4.2.2.2对于特定用户,可通过数据中心给每个移动终端分配特定的用户ID和密码, 其他没有数据中心分配的用户ID和密码的移动终端将无法登录进入系统,系统的安全性进一步增强。

  4.2.2.3安全的防火墙过滤,设置防火墙软件保障系统安全。

  4.3方案优点

  GPRS无线电力远程抄表系统具备如下特点:

  4.3.1实时性强:由于GPRS具有实时在线特性,系统无时延,无需轮巡就可以同步接收、处理多个/所有数据采集点的数据。可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。
  
  4.3.2可对电表设备进行远程控制:通过GPRS双向系统还可实现对电表设备进行远程控制,进行参数调整、开关等控制操作。

  4.3.3建设成本少低:由于采用GPRS的无线公网平台,只需安装好设备就可以,不需要为远程抄表进行专门布线,前期投资少、见效快,后期升级、维护成本低;

  4.3.4集抄范围广: GPRS覆盖范围广,在无线GSM/GPRS网络的覆盖范围之内,都可以完成对集抄的控制和管理。而且,扩容无限制,接入地点无限制,能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。

  4.3.5系统的传输容量大:配电数据中心要和每一个电表数据采集点保持实时连接。由于电表数据采集点数量众多,系统要求能满足突发性数据传输的需要,而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要。

  4.3.6数据传送速率高:每个电表数据采集点每次数据传输量在10Kbps之内。GPRS网络传送速率理论上可达171.2kbit/s,目前GPRS实际数据传输速率在40Kbps左右,完全能满足本系统数据传输速率(≥10Kbps)的需求。

  4.3.7通信费用低:采用包月计费方式,运营成本低。 

  对于电力系统来说,远程变电站抄表一直是一件非常头疼的事情,需要投入大量的人力、物力和财力。因为变电站数量众多,地理位置分散,给工作人员带来极大的不方便。电力公司也可利用GPRS移动数据网络对各重要电力节点进行监控,自动读取相关数据并加以分析,还可进一步进行远程控制或设备维护,可减少人力资源、缩短修护时间并节省专线建设成本。

  5、GPRS未来的发展趋势

  目前,中国移动市场和数据通信市场很不平衡,造成中国移动数据业务的近期市场尚不很明朗。但是,各移动通信运营商出于对现实市场和未来市场竞争的需要,迅速提高移动数据通信业务能力的要求十分迫切,自然对GPRS技术非常重视。不少专家认为,GPRS在中国市场能否成功,除技术因素外,很大程度上还取决于能否开发出适合中国市场的应用业务。

  另外,从网络的角度进行分析,GSM向GPRS网升级的困难类似于ADSL,即基站子系统中提供了PCU的区域可以使用GPRS,否则不能使用GPRS,因为GPRS在GSM网络中位于“树枝”的低位置,这样就造成了GPRS覆盖范围具有区域性限制,要么只是在某个区域实现 GPRS。后者实际上比ADSL组网的实现困难更大,因为作为移动用户是无法忍受在某个区域可以使用GPRS但在其他区域则不能使用GPRS。换句话说,GPRS实施的门槛很高,除了复杂的终端以外,昂贵的全网改造显然缺乏必要的业务支撑和合适的理由。GPRS 的前途在于发展之中,很多厂商声称GPRS 是可以向3G平滑过渡的,简而言之,3G的其中一种实现方案就是以3G的基站子系统替换现有的基站子系统,将GPRS的网络子系统升级为3G的网络子系统。

  随着GPRS技术的不断成熟,3G网络的不断发展,通信行业会向着一个综合业务、高带宽、高速度、高标准的方向发展,同时也会为电力系统提供更好的技术平台,使电力行业更好的为广大人们服务。 

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