基于GPRS的電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)設計

引言

　　近年來，隨著電力工業(yè)的飛速發(fā)展及電力系統(tǒng)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的敏感性有增無減。因此，電力運行對電力調(diào)度自動化水平的要求和安全性的要求越來越高。電力調(diào)度需要各種功能更為齊全、操作更為簡便的各種電力檢測儀器儀表，對電能質(zhì)量擾動進行檢測、定位和分類，以便及時治理。隨著中國電力市場的逐步建立，電能逐步實現(xiàn)按質(zhì)論價，電力用戶也要求高質(zhì)量的電能來保證其設備、儀器和系統(tǒng)的正常運行。

　　傳統(tǒng)的電能質(zhì)量監(jiān)測儀表多采用RS － 485、光纖、Modem 撥號等有線傳輸方式，在偏遠地區(qū)監(jiān)測點分散，環(huán)境惡劣，涉及到布線施工、建設成本、安全和可靠性等一系列問題。因此，近年來多采用無線傳輸方式。目前，電網(wǎng)監(jiān)測儀表大多采用GSM 短消息方式與上位機進行通信。GSM 短消息通信方式為半雙工通信方式，不能同時雙向收發(fā)數(shù)據(jù)，實時性不強，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，支持基于標準數(shù)據(jù)通信協(xié)議的應用，可和IP 網(wǎng)、X. 25 網(wǎng)互聯(lián)互通，實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)流量、業(yè)務類型及服務質(zhì)量等級的計費功能。其計費方式更加合理，在保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r、準確的前提下，將系統(tǒng)運行費用也降低到了最低。

　　本文設計了一種基于GPRS 通信技術的電能質(zhì)量在線監(jiān)控系統(tǒng)，滿足電能質(zhì)量監(jiān)測的實時性要求，實時地監(jiān)測電能質(zhì)量的各項指標。

　　1 系統(tǒng)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)量問題可分為暫態(tài)電能質(zhì)量問題和穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題2大類。暫態(tài)電能質(zhì)量問題通常以頻譜和持續(xù)時間為特征，分為脈沖暫態(tài)和振蕩暫態(tài)2 大類，其主要性能指標是電壓波動和閃變、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(wěn)態(tài)電能質(zhì)量以波形畸變?yōu)橹饕卣?，持續(xù)時間較長，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(wěn)態(tài)電能質(zhì)量參數(shù)是進行電能質(zhì)量監(jiān)測的主要對象。

　　電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)由監(jiān)控主站、GPRS 通信網(wǎng)絡和監(jiān)測終端3 部分構成，如圖1 所示。

　圖1 電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)結構圖

　　1. 2 系統(tǒng)工作原理

　　監(jiān)測終端通過自身裝配的GPRS 無線模塊(GPRS DTU)接入GPRS 網(wǎng)絡，再通過GPRS 無線網(wǎng)絡連接到Internet 公用數(shù)據(jù)網(wǎng)，繼而連接到監(jiān)控主站，將數(shù)據(jù)送監(jiān)測主站作進一步分析和處理。

　　根據(jù)電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)督管理的實際需要，確定監(jiān)測單元數(shù)量和安裝地點。

　　監(jiān)測終端的GPRS 模塊( GPRS DTU) 內(nèi)嵌TCP /IP 協(xié)議，每個模塊有可隨時設置和修改的唯一的ID 號，并保存主站的IP 地址。GPRS DTU上電后進行初始化，設置相應的通信參數(shù)，終端按設置的參數(shù)主動向主站發(fā)出連接請求，GPRS 網(wǎng)絡的SGSN 處理該請求，為其分配一個動態(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態(tài)地址數(shù)據(jù)庫中，然后根據(jù)管理員的設定，完成任務及警告的主動上傳。如果終端不能建立與主站的有效TCP 連接，會將實時數(shù)據(jù)壓縮存儲，待建立連接后再發(fā)送到主站。

　　監(jiān)測主站是一個計算機系統(tǒng)，可實現(xiàn)對監(jiān)測終端的監(jiān)控和信息管理，并通過后臺軟件，實現(xiàn)對采集的各種電能質(zhì)量信息的統(tǒng)計、分析和處理，實現(xiàn)長期數(shù)據(jù)的存儲與管理。其有固定的IP 地址，并對終端開放相應的偵聽端口;接收GPRS DTU的連接請求，向終端下發(fā)參數(shù)和命令。由于系統(tǒng)數(shù)據(jù)流經(jīng)公網(wǎng)，為保證系統(tǒng)的安全性，數(shù)據(jù)傳輸至GPRS DTU 前可通過數(shù)據(jù)加密，而遠程監(jiān)測主站的數(shù)據(jù)庫服務器收到數(shù)據(jù)后，由專用處理軟件對數(shù)據(jù)進行解密和校驗。