基于GPRS的電能質(zhì)量在線(xiàn)監測系統設計

引言

　　近年來(lái)，隨著(zhù)電力工業(yè)的飛速發(fā)展及電力系統容量不斷擴大，各種分布式發(fā)電單元逐步接入電網(wǎng)，各種非線(xiàn)性負載使用也不斷增加，造成公用電網(wǎng)電能質(zhì)量日益惡化，而各種電子設備對電壓擾動(dòng)的敏感性有增無(wú)減。因此，電力運行對電力調度自動(dòng)化水平的要求和安全性的要求越來(lái)越高。電力調度需要各種功能更為齊全、操作更為簡(jiǎn)便的各種電力檢測儀器儀表，對電能質(zhì)量擾動(dòng)進(jìn)行檢測、定位和分類(lèi)，以便及時(shí)治理。隨著(zhù)中國電力市場(chǎng)的逐步建立，電能逐步實(shí)現按質(zhì)論價(jià)，電力用戶(hù)也要求高質(zhì)量的電能來(lái)保證其設備、儀器和系統的正常運行。

　　傳統的電能質(zhì)量監測儀表多采用RS － 485、光纖、Modem 撥號等有線(xiàn)傳輸方式，在偏遠地區監測點(diǎn)分散，環(huán)境惡劣，涉及到布線(xiàn)施工、建設成本、安全和可靠性等一系列問(wèn)題。因此，近年來(lái)多采用無(wú)線(xiàn)傳輸方式。目前，電網(wǎng)監測儀表大多采用GSM 短消息方式與上位機進(jìn)行通信。GSM 短消息通信方式為半雙工通信方式，不能同時(shí)雙向收發(fā)數據，實(shí)時(shí)性不強，而且在通信流量較大的情況下費用高。GPRS ( General Packet Radio Service)采用分組交換技術(shù)，支持基于標準數據通信協(xié)議的應用，可和IP 網(wǎng)、X. 25 網(wǎng)互聯(lián)互通，實(shí)現基于數據流量、業(yè)務(wù)類(lèi)型及服務(wù)質(zhì)量等級的計費功能。其計費方式更加合理，在保證數據傳輸的及時(shí)、準確的前提下，將系統運行費用也降低到了最低。

　　本文設計了一種基于GPRS 通信技術(shù)的電能質(zhì)量在線(xiàn)監控系統，滿(mǎn)足電能質(zhì)量監測的實(shí)時(shí)性要求，實(shí)時(shí)地監測電能質(zhì)量的各項指標。

　　1 系統設計

　　1. 1 總體設計

　　以電網(wǎng)運行方式而言，目前的電能質(zhì)量問(wèn)題可分為暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題和穩態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題2大類(lèi)。暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題通常以頻譜和持續時(shí)間為特征，分為脈沖暫態(tài)和振蕩暫態(tài)2 大類(lèi)，其主要性能指標是電壓波動(dòng)和閃變、電壓跌落及瞬間電壓中斷，其中，電壓跌落的影響最為普遍。穩態(tài)電能質(zhì)量以波形畸變?yōu)橹饕卣?，持續時(shí)間較長(cháng)，其主要性能指標是諧波電壓、諧波電流、三相電壓不平衡、電壓偏差等。穩態(tài)電能質(zhì)量參數是進(jìn)行電能質(zhì)量監測的主要對象。

　　電能質(zhì)量監測系統由監控主站、GPRS 通信網(wǎng)絡(luò )和監測終端3 部分構成，如圖1 所示。

　圖1 電能質(zhì)量監測系統結構圖

　　1. 2 系統工作原理

　　監測終端通過(guò)自身裝配的GPRS 無(wú)線(xiàn)模塊(GPRS DTU)接入GPRS 網(wǎng)絡(luò )，再通過(guò)GPRS 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )連接到Internet 公用數據網(wǎng)，繼而連接到監控主站，將數據送監測主站作進(jìn)一步分析和處理。

　　根據電網(wǎng)電能質(zhì)量監督管理的實(shí)際需要，確定監測單元數量和安裝地點(diǎn)。

　　監測終端的GPRS 模塊( GPRS DTU) 內嵌TCP /IP 協(xié)議，每個(gè)模塊有可隨時(shí)設置和修改的唯一的ID 號，并保存主站的IP 地址。GPRS DTU上電后進(jìn)行初始化，設置相應的通信參數，終端按設置的參數主動(dòng)向主站發(fā)出連接請求，GPRS 網(wǎng)絡(luò )的SGSN 處理該請求，為其分配一個(gè)動(dòng)態(tài)IP 地址;終端與主站建立連接后，主站報告自身的終端地址，主站收到后將其加到動(dòng)態(tài)地址數據庫中，然后根據管理員的設定，完成任務(wù)及警告的主動(dòng)上傳。如果終端不能建立與主站的有效TCP 連接，會(huì )將實(shí)時(shí)數據壓縮存儲，待建立連接后再發(fā)送到主站。

　　監測主站是一個(gè)計算機系統，可實(shí)現對監測終端的監控和信息管理，并通過(guò)后臺軟件，實(shí)現對采集的各種電能質(zhì)量信息的統計、分析和處理，實(shí)現長(cháng)期數據的存儲與管理。其有固定的IP 地址，并對終端開(kāi)放相應的偵聽(tīng)端口;接收GPRS DTU的連接請求，向終端下發(fā)參數和命令。由于系統數據流經(jīng)公網(wǎng)，為保證系統的安全性，數據傳輸至GPRS DTU 前可通過(guò)數據加密，而遠程監測主站的數據庫服務(wù)器收到數據后，由專(zhuān)用處理軟件對數據進(jìn)行解密和校驗。