GPRS技術在配電監(jiān)控系統中的應用———GPRS技術在配電監(jiān)控系統中的應用
北京集智達智能科技有限責任公司
隨著城市電網的快速發(fā)展，自然而然的面臨兩個方面的問題，其一：配電網的自動化水平，涉及到故障的檢測、故障的隔離、轉移供電等。其二：用電的管理水平，涉及到用電量的計費等。這兩個方面都涉及到通訊問題，通信經常成為這類系統的瓶頸，總是存在著可靠性與經濟性兩者不可調和的矛盾。隨著GSM和GPRS的發(fā)展，使得配電網的通訊問題有了新的契機，本文提出利用移動互聯網來進行實時數據傳輸，并介紹GPRS的通信技術以及基于GPRS技術的智能配電通訊設備和它們在故障定位、配變監(jiān)測及抄表系統上的應用。
2 GPRS技術簡介
2.1 GPRS的定義
GPRS的英文全稱為General Packet Radio Service，中文含義為通用分組無線服務，它是利用"包交換"（Packet－Switched）的概念所發(fā)展出的一套無線傳輸方式。所謂的包交換就是將Date封裝成許多獨立的封包，再將這些封包一個一個傳送出去，形式上有點類似寄包裹，采用包交換的好處是只有在有資料需要傳送時才會占用頻寬，而且可以以傳輸的資料量計價，這對用戶來說是比較合理的計費方式，因為象Internet這類的數據傳輸大多數的時間頻寬是閑置的。此外，在GSM phase 2+的標準里，GPRS可以提供4種不同的編碼方式，這些編碼方式也分別提供不同的錯誤保護（Error Protection）能力。
GPRS是一種新的GSM數據業(yè)務，它在移動用戶和數據網絡之間提供一種連接，給移動用戶提供高速無線IP和X.25分組數據接入服務。GPRS采用分組交換技術，它可以讓多個用戶共享某些固定的信道資源。如果把空中接口上的TDMA幀中的8個時隙都用來傳送數據，那么數據速率最高可達164kbps。GSM空中接口的信道資源既可以被話音占用，也可以被GPRS數據業(yè)務占用。當然在信道充足的條件下，可以把一些信道定義為GPRS專用信道。
2.2 GPRS優(yōu)勢
相對原來GSM的撥號方式的電路交換數據傳送方式，GPRS是分組交換技術。由于使用了"分組"的技術，用戶上網可以免受斷線的痛苦(情形大概就跟使用了下載軟件Net Ants差不多)。此外，使用GPRS上網的方法與WAP并不同，用WAP上網就如在家中上網，先"撥號連接"，而上網后便不能同時使用該電話線，但GPRS就較為優(yōu)越，下載資料和通話是可以同時進行的。從技術上來說，聲音的傳送(即通話)繼續(xù)使用GSM，而數據的傳送便可使用GPRS，這樣的話，就把移動電話的應用提升到一個更高的層次。而且發(fā)展GPRS技術也十分"經濟"，因為只須沿用現有的GSM網絡來發(fā)展即可。GPRS的用途十分廣泛，包括通過手機發(fā)送及接收電子郵件，在互聯網上瀏覽等。
而GPRS的最大優(yōu)勢在于：它的數據傳輸速度不是WAP所能比擬的。目前的GSM移動通信網的傳輸速度為每秒9.6k字節(jié)，GPRS手機在今年年初推出時已達到56kbps的傳輸速度，到現在更是達到了115kbps(此速度是常用56kmodem理想速率的兩倍)。除了速度上的優(yōu)勢，GPRS還有"永遠在線"的特點，即用戶隨時與網絡保持聯系。
2.3 GPRS網絡的實現
GPRS網絡是基于現有的GSM網絡來實現的。在現有的GSM網絡中需要增加一些節(jié)點，如GGSN（Gateway GPRS Supporting Node，GPRS網關支持節(jié)點）和SGSN（Serving GSN，GPRS服務支持節(jié)點）。GSN是GPRS網絡中最重要的網絡節(jié)點。GSN具有移動路由管理功能，它可以連接各種類型的數據網絡，并可以連到GPRS寄存器。GSN可以完成移動終端和各種數據網絡之間的數據傳送和格式轉換。GSN可以是一種類似于路由器的獨立設備，也可以與GSM中的MSC集成在一起。
2.4 GPRS的工作原理
GPRS工作時，是通過路由管理來進行尋址和建立數據連接的，而GPRS的路由管理表現在以下3個方面：移動終端發(fā)送數據的路由建立；移動終端接收數據的路由建立；以及移動終端處于漫游時數據路由的建立。第一種情況，當移動終端產生了一個PDU（分組數據單元），這個PDU經過SNDC層處理，稱為SNDC數據單元。然后經過LLC層處理為LLC層通過空中接口送到GSM網絡中移動終端所處的SGSN。第二種情況，一個公用數據網用戶傳送數據到移動終端時，首先通過數據網的標準協議建立數據網和GGSN之間的路由。數據網用戶發(fā)出的數據單元（如PSPDN中的PDU），通過建立好的路由把數據單元PDU送給GGSN。而GGSN再把PDU送給移動終端所在的SGSN上，SGSN把PDU封裝成SNDC數據單元，再經過LLC層處理為LLC幀單元，最終通過空中接口送給移動終端。第三種情況是一個數據網用戶傳送數據給一個正在漫游的移動用戶。這種情況下的數據傳送必須要經過歸屬地的GGSN，然后送到移動用戶A。
2.5 GPRS應用
GPRS是在現有GSM網絡上開通的一種新型的分組數據傳輸業(yè)務，在有GPRS承載業(yè)務支持的標準化網絡協議的基礎上，GPRS可以提供一系列交互式業(yè)務：點對點面向連接的數據業(yè)務－該業(yè)務是為兩個用戶或者多個用戶之間發(fā)送多分組的業(yè)務，該業(yè)務要求有建立連接、數據傳送以及連接釋放等工作程序。
單點對多點業(yè)務－該業(yè)務可以根據某個業(yè)務請求者的要求，把單一信息傳送給多個用戶。該業(yè)務又可以分為點對多點多信道廣播業(yè)務、點對多點群呼業(yè)務和IP多點傳播業(yè)務。點對點無連接型網絡業(yè)務－該業(yè)務中的各個數據分組彼此互相獨立，用戶之間的信息傳輸不需要端到端的呼叫建立程序，分組的傳送沒有邏輯連接，分組的交付沒有確認保護，是由IP協議支持的業(yè)務。
2.6 GPRS與WAP
WAP是無線Internet的標準，由多家大廠商合作開發(fā)，它定義了一個分層的、可擴展的體系結構，為無線Internet提供了全面的解決方案。WAP協議開發(fā)的原則之一是要獨立于空中接口，所謂獨立于空中接口是指WAP應用能夠運行于各種無線承載網絡之上，如TDMA、CDMA、GSM、GPRS、SMS等等。
GPRS對應于GSM中的9.6kbps的數據業(yè)務，與之不同的是GPRS是通過分組交換來實現高速率的數據傳輸，換句話說，GPRS是對GSM數據業(yè)務的改進,是在GSM中實現高速數據傳輸的手段。
可見，WAP是高層應用，而GPRS是底層傳輸?？梢砸弥泥]遞信件的例子來說明WAP與GPRS的關系：如果說WAP是平信或賀卡或明信片，那么GPRS和GSM的CSD（9.6kbps電路交換的數據業(yè)務）就是運送信件的交通工具，只不過后者是汽車，前者則是飛機罷了。
3 GPRS在故障定位、配變監(jiān)測和抄表系統中應用
3.1 故障定位
配電網中使用大量的故障指示器，用來檢測故障位置定位故障點。它簡單可靠，在檢測到故障時通過翻牌或輸出節(jié)點的形式指示故障。GPRS通信設備設有3路開關量輸入，可采集本條線路的故障指示器的開關量輸出狀態(tài)。當線路發(fā)生故障時，故障指示器動作，GPRS通訊設備把故障信息通過INTERNET傳輸至前控制中心，監(jiān)控中心在接收到這些動作信息后，經過網絡拓撲計算分析，與地理信息系統相結合，可以直接顯示出故障點地理位置信息。
3.2 配變監(jiān)測
在配電網上的變壓器上都裝有配變監(jiān)測儀－TTU，它的主要功能有對配變的工況的數據采集、對線路的自動無功補償等。TTU的無功補償功能在就地可實現，無需網絡通訊的支持，但是配變的運行數據過去一般采用RS485等通訊方式傳輸，可靠性差，距離短，受地理環(huán)境的因素影響較大。
3.3 電能計量
電能計量是現代電力營銷系統中的一個重要環(huán)節(jié)，而傳統的電量結算是依靠人工定期到現場抄取數據，在實時性、準確性和應用性等方面都存在諸多不足之處。利用現代通信技術和計算機技術以及電能量測量技術結合在一起，便能夠及時、準確、全面地反映電量使用（即銷售情況）。通過GPRS無線局域網專網，為用電管理提供實時性好、穩(wěn)定性高的數據和事件記錄，可實現多塊表同時凍結抄表功能。該系統具有設備參數遠程回讀功能，如回讀參數和后臺系統保存的設置參數對比，異常報警，可以發(fā)現非法修改電能表參數行竊的非法行為。具有失壓、斷流、錯誤接線報警、顯示、記錄并主動上傳功能，方便管理人員在公司本部就可以發(fā)現用戶異常，為反竊電提供了一種先進的、有效的高技術檢測手段。根據實時抄收10kV線路總表和分表的數據，自動分析線路電量平衡情況，為線損考核提供準確的依據，達到大面積降低線損目的。當用戶電能表所測量的電壓和負荷超出一定范圍時，電表報警遠傳給系統并可以通過智能化分析功能的系統軟件，對用戶負荷進行監(jiān)測控制。
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