CDMA1X/GPRS 無(wú)線(xiàn)電力調度自動(dòng)化通信系統

電網(wǎng)監控的中心議題：
* 需求分析
* 系統原理介紹
* 系統組成介紹
* CDMA1X方案的安全性分析
電網(wǎng)監控的解決方案：
* 基于 CDMA1X/GPRS 的解決方案

一、需求分析

電力調度是電力行業(yè)最核心的業(yè)務(wù)之一。電力調度系統由調度中心和調度終端(RTU)兩大部分組成。電力調度監控自動(dòng)化系統,可以通過(guò)分散分布的各個(gè)遠端采集單元RTU采集覆蓋密集的電網(wǎng)上的信息, 可實(shí)現實(shí)時(shí)數據的采集、電網(wǎng)實(shí)時(shí)運行狀態(tài)的監視與顯示、實(shí)現遠程控制與調節、事故報警、越限/變位報警、數據計算統計、工作信息登錄、自動(dòng)化系統運行狀態(tài)監視、事故追憶等功能。

電力調度自動(dòng)化系統幫助調度員及時(shí)了解、掌握電力情況，監控電網(wǎng)信息，通過(guò)對電力信息的實(shí)時(shí)掌控可以?xún)?yōu)化資源調配，更有效地利用和調配有限的電力資源。電力調度自動(dòng)化系統是幫助電力系統運行調度人員及時(shí)掌握電網(wǎng)運行狀況，并及時(shí)合理地調度系統運行的有力工具，它能大大的提高電網(wǎng)運行的經(jīng)濟效益并極大的減輕調度人員和各分站運行人員的勞動(dòng)強度。

目前，全國已形成五級調度管理系統。電力調度數據網(wǎng)主要由國家電力調度數據一級網(wǎng)，區域二級網(wǎng)， 省級三級網(wǎng)，地市四級網(wǎng)和縣級五級網(wǎng)，覆蓋各級調度中心和直調發(fā)電廠(chǎng)、變電站。目前一級網(wǎng)基本建成，二、三級網(wǎng)工程正在實(shí)施，少數省市已經(jīng)開(kāi)始建設四級網(wǎng)。

隨著(zhù)電力調度數據采集系統建設的完成和逐步成熟，電力數據的傳輸和聯(lián)網(wǎng)工作成為下一步工作重點(diǎn)。采用CDMA1X無(wú)線(xiàn)數據傳輸業(yè)務(wù)能有效地利用電力調度數據網(wǎng)實(shí)現實(shí)時(shí)傳輸，解決有線(xiàn)通道所無(wú)法解決的問(wèn)題，電力數據通過(guò)CDMA1X移動(dòng)數據網(wǎng)絡(luò )傳輸到控制系統后,進(jìn)行相應的計算和存儲,得到精確的量化的實(shí)時(shí),調度員掌握了這樣的信息,做出相應的反映。滿(mǎn)足電力調度自動(dòng)化發(fā)展的需要。

CDMA1X是一種新型的移動(dòng)數據通信業(yè)務(wù)。CDMA1X是中國聯(lián)通在完善優(yōu)化CDMA網(wǎng)絡(luò )建設過(guò)程中推出的第2.75代通信技術(shù)，它在目前的IS-95 CDMA網(wǎng)絡(luò )的基礎上進(jìn)一步升級了無(wú)線(xiàn)接口，使其支持高速補充業(yè)務(wù)信道，從而可實(shí)現高速互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。CDMA1X在傳遞速率、功能方面較GPRS具有突出的技術(shù)優(yōu)勢， CDMA1X 理論速率153.6Kbps，目前實(shí)際測試速率為80kbps，超過(guò)目前普通有線(xiàn)電話(huà)撥號上網(wǎng)的56kbps，是平均30-40kbps的GPRS數據傳輸的2-3倍。特別適合像金融交易、遠程監測等行業(yè)的通信需求，完全取代過(guò)去傳統的有線(xiàn)MODEM、X.25、數傳電臺、短信等通信方式。

CDMA1X通信方式更適合于電力數據采集業(yè)務(wù)，以往的電力調度基本上是靠人工方式來(lái)進(jìn)行，采用電話(huà)線(xiàn)傳送數據或手工抄錄，實(shí)時(shí)性差，費用也不便宜。CDMA1X無(wú)線(xiàn)傳輸數據有以下優(yōu)勢：

1）CDMA1X用戶(hù)可隨意分布和移動(dòng)自己的網(wǎng)點(diǎn)，無(wú)需擔心線(xiàn)路的維護或有線(xiàn)在移機時(shí)導致的通訊中斷。建設新的監測點(diǎn)無(wú)需進(jìn)行拉線(xiàn)、埋線(xiàn)等工作。較光纖或專(zhuān)線(xiàn)系統投資較少，設備安裝方便。
2）終端價(jià)格比較低。與DDN相比，較DTU或DDN專(zhuān)線(xiàn)Modem其終端價(jià)格便宜很多。
3）CDMA1X資費便宜，計費合理。CDMA1X 資費包月比有線(xiàn)電話(huà)網(wǎng)絡(luò )資費還便宜。電力數據采集業(yè)務(wù)沒(méi)有大數據量的信息傳輸，不必要采用資費很高的專(zhuān)線(xiàn)（DDN、幀中繼）。CDMA1X還可根據通信的數據量和提供的服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行計費。在CDMA1X網(wǎng)中，用戶(hù)只需與網(wǎng)絡(luò )建立一次連接，就可長(cháng)時(shí)間的保持這種連接，并只在傳輸數據時(shí)才占用信道并被計費，保持時(shí)不占用信道不計費。這樣，監測點(diǎn)既不用頻繁建立連接，也不必支付傳輸間隙時(shí)的費用。
4）CDMA1X能最好地支持頻繁的、少量突發(fā)型數據業(yè)務(wù)。通信質(zhì)量穩定可靠，永不掉線(xiàn)。
5）CDMA1X網(wǎng)絡(luò )接入速度快，提供了與現有數據網(wǎng)的無(wú)縫連接。由于CDMA1X網(wǎng)本身就是一個(gè)分組型數據網(wǎng), 支持TCP/IP、X.25協(xié)議，因此無(wú)需經(jīng)過(guò)PSTN等網(wǎng)絡(luò )的轉接，直接與分組數據網(wǎng)（IP網(wǎng)或X.25網(wǎng)）互通，接入速度僅幾秒鐘，快于電路型數據業(yè)務(wù)。采用TCP/IP協(xié)議，較以前的無(wú)線(xiàn)數據網(wǎng)絡(luò )（集群，雙向傳呼，GSM短信息）而言，網(wǎng)絡(luò )接入更加直接方便。
6）覆蓋較好。比較很多無(wú)線(xiàn)數據網(wǎng)絡(luò )（集群，雙向傳呼，CDPD，CDMA）而言，其網(wǎng)絡(luò )覆蓋是最好的。

二、系統原理

在電力系統中，常常需要對眾多的變電站設備進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，大部分監測數據需要實(shí)時(shí)發(fā)送到管理中心的后端服務(wù)器進(jìn)行處理。由于監測點(diǎn)分散，分布范圍廣，而且大多設置在偏遠的地區，通過(guò)電話(huà)線(xiàn)傳送數據往往事倍功半。利用CDMA1X網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行無(wú)線(xiàn)數據傳輸，成為電力部門(mén)選擇的通信手段亮點(diǎn)之一。變電站監測設備將采集到的電力數據和告警信息，通過(guò)CDMA1X網(wǎng)絡(luò )，及時(shí)發(fā)送到電力管理部門(mén)，可以實(shí)現對變電站設備的及時(shí)管理，大大提高了工作效率，為電力調度自動(dòng)化提供了嶄新方式。

上傳信息： 來(lái)自RTU的信息首先由CDMA IP路由器進(jìn)行TCP/IP協(xié)議封包和無(wú)線(xiàn)調制解調，再通過(guò)CDMA1X移動(dòng)數據網(wǎng)絡(luò )向前置機/數據服務(wù)器傳送，經(jīng)主前置機/數據服務(wù)器處理、存儲后，向網(wǎng)上廣播，各工作站收到信息后進(jìn)行相應處理。

下傳信息： 來(lái)自工作站的信息首先傳送到主前置機/數據服務(wù)器，由其處理后發(fā)送到CDMA IP路由器進(jìn)行TCP/IP協(xié)議封包和無(wú)線(xiàn)調制解調，再通過(guò)CDMA1X移動(dòng)數據網(wǎng)絡(luò )發(fā)送到RTU。

三、系統框圖

基于GPRS移動(dòng)數據網(wǎng)絡(luò )的電力調度自動(dòng)化通信系統如下圖所示：

四、方案說(shuō)明

1、變電所子站的CDMA1X通信設備選帶網(wǎng)絡(luò )接口的CDMA IP路由器，直接掛接在變電所子站的局域網(wǎng)絡(luò )上，和光纖接口的路由器處于同一局域網(wǎng)絡(luò )，設置光纖網(wǎng)為第一網(wǎng)關(guān)、CDMA IP路由器為第二網(wǎng)關(guān)，在光纖出現問(wèn)題的時(shí)候，網(wǎng)絡(luò )自動(dòng)切換到CDMA IP路由器。以網(wǎng)絡(luò )備份的成熟思想來(lái)解決比較可靠。
2、也可將CDMA IP路由器完全設置和光纖路由器一樣，在光纖出現問(wèn)題的時(shí)候，由人工完全切換，讓CDMA IP路由器完全取代光纖路由器即可。
3、不建議變電站綜自設備通過(guò)非標的串口方式連接CDMA IP路由器，面臨二次開(kāi)發(fā)工作，風(fēng)險不確定。
4、為安全和信道保證，從聯(lián)通的CDMA網(wǎng)關(guān)到調度中心建議用DDN或光纖等專(zhuān)線(xiàn)。并開(kāi)通專(zhuān)有的APN網(wǎng)絡(luò )。

五、系統組成

5.1 電力監控中心

監控中心服務(wù)器申請配置Internet上固定的IP地址，或申請配置專(zhuān)線(xiàn)，通過(guò)光纖、DDN 等數據專(zhuān)線(xiàn)直接和移動(dòng)中心機房的CDMA1X網(wǎng)絡(luò )連接。監控中心服務(wù)器上安裝相關(guān)監控系統軟件。監控系統軟件包括通信服務(wù)器、監控中心服務(wù)器、數據庫服務(wù)器、WEB服務(wù)器四個(gè)部分。

通信服務(wù)器負責實(shí)現行業(yè)數據通信協(xié)議、數據代理轉發(fā)、通信設備狀態(tài)監控等功能；
監控中心服務(wù)器實(shí)現數據分析、存儲、反控等功能；
數據庫服務(wù)器進(jìn)行數據存儲、備份；
WEB服務(wù)器實(shí)現實(shí)時(shí)監控、數據管理、業(yè)務(wù)管理等功能。

具體實(shí)現時(shí)，通信服務(wù)器、監控中心服務(wù)器、數據庫服務(wù)器、WEB 服務(wù)器可以安裝在一臺服務(wù)器中，也可以安裝在不同服務(wù)器中。如果行業(yè)客戶(hù)要求對終端進(jìn)行終端IP綁定，需要安裝RADIUS服務(wù)器，為系統提供AAA 認證和IP綁定功能。

5.2 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )

利用中國聯(lián)通現有的CDMA1X網(wǎng)絡(luò )，監控點(diǎn)和監控中心系統的所有交換信息通過(guò)中國移動(dòng)的數據通信網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數據傳輸。

5.3 監控終端

變電站設備通過(guò)RS232 串口直接與CDMA IP 路由器連接，并由其建立無(wú)線(xiàn)數據連接。原則上，所有提供RS232/485接口的電力監測設備均能夠用于該系統方案。

5.4 CDMA IP 路由器介紹

CDMA IP 路由器是一款集成了CDMA1X MODEM傳輸功能和TCP/IP網(wǎng)絡(luò )、路由功能于一體的新型無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )設備。廣域網(wǎng)絡(luò )采用CDMA1X，內部網(wǎng)絡(luò )采用標準100BaseT 和串口（包括RS232、RS485 等）連接兩種方式。

CDMA1X 網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)品是在已成熟的寬帶路由器和SNMP 網(wǎng)管設備等產(chǎn)品的基礎上發(fā)展起來(lái)的全新系列產(chǎn)品，硬件采用全新的32位嵌入式RISC CPU，處理能力及系統資源提高10 倍以上。

軟件上采用完整的嵌入式OS 及TCP/IP 協(xié)議包，整體方案和其他競爭對手的產(chǎn)品相比有如下技術(shù)優(yōu)勢：

具有100BaseT 網(wǎng)絡(luò )接口及完整的IP ROUTER 功能，其他產(chǎn)品均無(wú)網(wǎng)絡(luò )接口。
具有TCP可靠連接方案，專(zhuān)為金融交易應用而設計。
內嵌WEB Server 配置方式，方便直觀(guān)。
強大的網(wǎng)絡(luò )管理功能，適合行業(yè)應用。
　為整體解決方案提供所需要的系列網(wǎng)絡(luò )設備。
支持遠程維護，具有遠程配置、遠程升級和重啟動(dòng)的功能。

六、CDMA1X方案的安全性分析

電力調度數據網(wǎng)傳送電網(wǎng)自動(dòng)化信息、調度指揮指令、繼電保護與安全自動(dòng)裝置控制信息等重要數據，是電力安全穩定運行的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，安全性是調度網(wǎng)絡(luò )的首要要求。

CDMA1X的物理鏈路數據本身已經(jīng)采用了加密傳送。

該方案中如果監控中心直接連接到CDMA1X 網(wǎng)絡(luò )，實(shí)質(zhì)為內網(wǎng)方案，所有數據均與INTERNET 隔離。大大增強了信息的安全性。

可以向移動(dòng)中心申請單獨的APN（網(wǎng)絡(luò )接入點(diǎn)名稱(chēng)），類(lèi)似于VPN 方案，可以限制非法SIM用戶(hù)的登錄。

七、結論

基于 CDMA1X 的電力調度在線(xiàn)監控方式具有較高的綜合性能價(jià)格比。

易于網(wǎng)絡(luò )采集點(diǎn)的擴展，幾乎不受到網(wǎng)點(diǎn)規模的限制，可以在中國移動(dòng)的全網(wǎng)覆蓋范圍內使用?？缡》?、跨地區的網(wǎng)絡(luò )也非常容易組建。

可實(shí)現集中網(wǎng)絡(luò )管理，可用SNMP 協(xié)議實(shí)現所有網(wǎng)點(diǎn)設備的集中管理。