【方案探讨】关于《GPRS在电力调度中的无线传输解决方案》的讨论

　　一、需求分析
　　摘要：电力调度是电力行业最核心的业务之一。电力调度系统由调度中心和调度终端(RTU)两大部分组成。电力调度监控自动化系统,可以通过分散分布的各个远端采集单元RTU采集覆盖密集的电网上的信息, 可实现实时数据的采集、电网实时运行状态的监视与显示、实现远程控制与调节、事故报警、越限/变位报警、数据计算统计、工作信息登录、自动化系统运行状态监视、事故追忆等功能。 电力调度自动化系统帮助调度员及时了解、掌握电力情况，监控电网信息，通过对电力信息的实时掌控可以优化资源调配，更有效地利用和调配有限的电力资源。电力调度自动化系统是帮助电力系统运行调度人员及时掌握电网运行状况，并及时合理地调度系统运行的有力工具，它能大大的提高电网运行的经济效益并极大的减轻调度人员和各分站运行人员的劳动强度。
　　目前，全国已形成五级调度管理系统。电力调度数据网主要由国家电力调度数据一级网，区域二级网，省级三级网，地市四级网和县级五级网，覆盖各级调度中心和直调发电厂、变电站。目前一级网基本建成，二、三级网工程正在实施，少数省市已经开始建设四级网。 随着电力调度数据采集系统建设的完成和逐步成熟，电力数据的传输和联网工作成为下一步工作重点。采用GPRS无线数据传输业务能有效地利用电力调度数据网实现实时传输，解决有线通道所无法解决的问题，电力数据通过GPRS移动数据网络传输到控制系统后,进行相应的计算和存储,得到精确的量化的实时,调度员掌握了这样的信息,做出相应的反映。满足电力调度自动化发展的需要。
　　GPRS是一种新型的移动数据通信业务。GPRS是中国移动在完善优化GPRS网络建设过程中推出的第2.75代通信技术，它在目前GPRS网络的基础上进一步升级了无线接口，使其支持高速补充业务信道，从而可实现高速互联网接入服务。GPRS在传递速率、功能方面较GPRS具有突出的技术优势，特别适合像金融交易、远程监测等行业的通信需求，完全取代过去传统的有线MODEM、X.25、数传电台、短信等通信方式。
　　GPRS通信方式更适合于电力数据采集业务，以往的电力调度基本上是靠人工方式来进行，采用电话线传送数据或手工抄录，实时性差，费用也不便宜。GPRS无线传输数据有以下优势：
　　1）GPRS用户可随意分布和移动自己的网点，无需担心线路的维护或有线在移机时导致的通讯中断。建设新的监测点无需进行拉线、埋线等工作。较光纤或专线系统投资较少，设备安装方便。
　　2）终端价格比较低。与DDN相比，较DTU或DDN专线Modem其终端价格便宜很多。
　　3）GPRS资费便宜，计费合理。GPRS资费包月比有线电话网络资费还便宜。电力数据采集业务没有大数据量的信息传输，不必要采用资费很高的专线（DDN、帧中继）。GPRS还可根据通信的数据量和提供的服务质量进行计费。在GPRS网中，用户只需与网络建立一次连接，就可长时间的保持这种连接，并只在传输数据时才占用信道并被计费，保持时不占用信道不计费。这样，监测点既不用频繁建立连接，也不必支付传输间隙时的费用。
　　4）GPRS能最好地支持频繁的、少量突发型数据业务。通信质量稳定可靠，永不掉线。
　　5）GPRS网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接。由于GPRS网本身就是一个分组型数据网, 支持TCP/IP、X.25协议，因此无需经过PSTN等网络的转接，直接与分组数据网（IP网或X.25网）互通，接入速度仅几秒钟，快于电路型数据业务。采用TCP/IP协议，较以前的无线数据网络（集群，双向传呼，GSM短信息）而言，网络接入更加直接方便。
　　6）覆盖较好。比较很多无线数据网络（集群，双向传呼，CDPD，CDMA）而言，其网络覆盖是比较好的。
　　二、系统原理
　　在电力系统中，常常需要对众多的变电站设备进行实时监测，大部分监测数据需要实时发送到管理中心的后端服务器进行处理。由于监测点分散，分布范围广，而且大多设置在偏远的地区，通过电话线传送数据往往事倍功半。利用GPRS网络进行无线数据传输，成为电力部门选择的通信手段亮点之一。变电站监测设备将采集到的电力数据和告警信息，通过GPRS网络，及时发送到电力管理部门，可以实现对变电站设备的及时管理，大大提高了工作效率，为电力调度自动化提供了崭新方式。
　　上传信息： 来自RTU的信息首先由北京东方讯GPRS 无线路由器进行TCP/IP协议封包和无线调制解调，再通过GPRS移动数据网络向前置机/数据服务器传送，经主前置机/数据服务器处理、存储后，向网上广播，各工作站收到信息后进行相应处理。
　　下传信息： 来自工作站的信息首先传送到主前置机/数据服务器，由其处理后发送到北京东方讯GPRS 无线路由器进行TCP/IP协议封包和无线调制解调，再通过GPRS移动数据网络发送到RTU。
　　三、方案说明
　　1、变电所子站的GPRS通信设备选带网络接口的GPRS无线路由器，直接挂接在变电所子站的局域网络上，和光纤接口的路由器处于同一局域网络，设置光纤网为第一网关、GPRS无线路由器为第二网关，在光纤出现问题的时候，网络自动切换到GPRS 无线路由器。以网络备份的成熟思想来解决比较可靠。
　　2、也可将GPRS 无线路由器完全设置和光纤路由器一样，在光纤出现问题的时候，由人工完全切换，让GPRS 无线路由器完全取代光纤路由器即可。
　　3、不建议变电站设备通过非标的串口方式连接GPRS 无线路由器，面临二次开发工作，风险不确定。
　　4、为安全和信道保证，从移动的GPRS网关到调度中心建议用DDN或光纤等专线。并开通专有的APN网络。
　　四、系统组成
　　4.1 电力监控中心
　　监控中心服务器申请配置Internet上固定的IP地址，或申请配置专线，通过光纤、DDN 等数据专线直接和移动中心机房的GPRS网络连接。监控中心服务器上安装相关监控系统软件。监控系统软件包括通信服务器、监控中心服务器、数据库服务器、WEB服务器四个部分。
　　通信服务器负责实现行业数据通信协议、数据代理转发、通信设备状态监控等功能；
　　监控中心服务器实现数据分析、存储、反控等功能；
　　数据库服务器进行数据存储、备份；
　　WEB服务器实现实时监控、数据管理、业务管理等功能。 具体实现时，通信服务器、监控中心服务器、数据库服务器、WEB 服务器可以安装在一台服务器中，也可以安装在不同服务器中。如果行业客户要求对终端进行终端IP绑定，需要安装RADIUS服务器，为系统提供AAA 认证和IP绑定功能。
　　4.2 移动网络
　　利用中国移动现有的GPRS网络，监控点和监控中心系统的所有交换信息通过中国移动的数据通信网关进行数据传输。
　　4.3 监控终端
　　变电站设备通过RS232 串口直接与GPRS无线路由器连接，并由其建立无线数据连接。原则上，所有提供RS232/485接口的电力监测设备均能够用于该系统方案。
　　4.4 GPRS无线 路由器介绍
　　CDMA路由器能使您的局域网共享CDMA无线连接。具有地址转换(NAT)以及其它的网络服务功能。用于中小企业，家庭Internet共享上网，工业图像，视频等大数据量传输。把CDMA路由器连接到以太网上，这个以太网的用户就可以共享上网。它有1个10M以太网RJ45接口，有地址转换(NAT)、 DMZ主机等功能。通过UDP电脑工具软件设置参数。
　　CDMA通信的特点：
　　 · 无线，大数据量通信
　　 · 通信效果依赖于CDMA网络的建设
　　 · 现阶段CDMA网络的建设已经成熟，CDMA数据通信稳定，数据传输速度快，数据量大的优点。下行速度可达150kbit/s左右, 上行速度可达75kbit/s左右。北京测试速度100kbit/s左右, 上行速度30-40kbit/s左右。
　　特 征
　　 · 依赖CDMA网络通信
　　 · 内置CDMA模块
　　 · 一个RJ45 10M以太网口
　　 · 不死机
　　 · UDP设置软件，用来配置参数
　　 · 掉线自动重新拨号功能
　　 · 高级编程控制功能，电脑可以控制设备打开数据连接传输数据，数据传输完成关闭数据连接。此项功能可以用来省电和减少数据流量
　　 · 连接多台电脑和其他终端设备共享上互联网收发数据
　　 · 现有的很多网络软件（99%）都可以使用。如：FTP软件（用来传输图像文件）可以直接使用。这样就可以使用成熟的网络软件，而不必投资花工夫自己来设计类似的软件
　　 · NAT 路由器功能
　　 · 供电：+5V
　　 · 耗电：最小120毫安，最大800毫安
　　 · 工作温度：-30℃ ～ +65℃
　　五、GPRS方案的安全性分析
　　电力调度数据网传送电网自动化信息、调度指挥指令、继电保护与安全自动装置控制信息等重要数据，是电力安全稳定运行的神经网络，安全性是调度网络的首要要求。
　　GPRS的物理链路数据本身已经采用了加密传送。 该方案中如果监控中心直接连接到GPRS 网络，实质为内网方案，所有数据均与INTERNET 隔离。大大增强了信息的安全性。可以向移动中心申请单独的APN（网络接入点名称），类似于VPN 方案，可以限制非法SIM用户的登录。
　　六、结论
　　基于 GPRS的电力调度在线监控方式具有较高的综合性能价格比。易于网络采集点的扩展，几乎不受到网点规模的限制，可以在中国移动的全网覆盖范围内使用。跨省份、跨地区的网络也非常容易组建。可实现集中网络管理，可用SNMP 协议实现所有网点设备的集中管理。
　　GPRS方案只是通信方式的改变，对上层应用软件系统几乎没有任何影响。同时对现在电力行业大量存在的各种监测设备也不需要更换和进行硬件电路更改。