浅析GPRS在电力负荷管理系统中的应用

电力负荷管理系统是供电企业全面地掌握各用电客户用电信息的数据支持系统，具有电力负荷实施监控、远程抄表、电能质量监测、线损分析、无功补偿管理等功能，由主站计算机系统和远方数据采集监控终端组成。数据采集监控终端与远方客户电能表安装在一起，利用光纤通讯、无线通讯和电力载波构成通讯网络，实现数据互传，我们把主站系统与监控终端构成的通讯叫做系统级通讯。目前采用的通讯方式受投资、维护、地理环境等因素的制约，通讯效果并不理想，而且运行费用较高。GSM和GPSR无线数据通讯网络的兴起，为电力负荷管理系统提供了新一代的通讯手段，特别是GPRS无线数据通讯方式不用自行组网，具有覆盖面广、通讯可靠、通讯费用低廉、免维护等特点，非常适合于点多面广的电力负荷管理系统的系统级通讯。

一、 GPRS通讯过程描述

1、系统服务器拨号连接到Intermet网络;

2、系统服务器管理了所有远方客户终端的电SIM卡电话号码，向所有的电话号码发短消息，把自己的IP地址通知给远方客户终端;

注：如果系统服务器具有固定IP地址，省去1、2项。

3、系统服务器等待远方客户终端的TCP/IP连接;

4、远方客户终端登录到GPRS网络，和已知IP地址的计算机建立TCP/IP网络连接;

5、远方客户终端和主站计算机系统进行身份验证;

6、主站计算机系统根据需要向远方客户终端请求数据，或者发控制命令;

7、重复5和6。

二、电力负荷管理终端对通信网络的几个基本要求

1、 信号覆盖率——电力设备布点分散、量大面广，通信网络必须能够基本覆盖整个地区，这是衡量通信方案是否成功的关键因素。

2、 通信实时性——电力监控系统要求数据能够进行实时的信息交互传送。

3、 数据安全性——通信网络必须能够保证系统的数据和控制信息在网络传输中的安全性，不会受到来意的攻击而导致数据传输不能顺利进行，或产生丢包现象，甚至数据被恶意篡改，以及人为恶意操作，造成停电破坏等事故的发生。

4、 运行费用——信息采集所提供的通讯方式运行费用是系统组网的一个关键问题，尤其对公用配电变压器这样的电网低端设备，考虑运行费用有两点建议：

按信息需求采集数据，数据并不一定代表信息，只要能反应目前我们电力系统配电变压器运行情况的数据就足够，不麻木的追求监测数据量。

进行数据压缩，在技术上提高信道利用率。

5、技术的前瞻性——通讯技术的发展很快，我们所选用的通讯技术本身及其通讯网络必须保证未来5---10年不被淘汰，或者在技术层面上能平稳生级，这一点必须得到系统服务商(移动和联通)的承诺，单纯从技术层面上比较难以做出判断。

通讯组网是电力负荷管理系统中一个非常复杂的问题，按新联电子在目前国内所建立的系统经验，建议按各地区的具体条件(无线网覆盖率、公网的实际运行费用等)综合考虑，或采用混合组网模式。

三、几种电力负荷管理系统通讯组网技术的比较和工程应用

1、传统无线工程应用

传统的无线组网方式在济宁供电公司已实用多年，目前已建成覆盖了济宁供电区电力负荷的大部分地区。使用无线专用频点，同时干扰很小，通讯速度快(能采用1200bps或2400bps的通讯速率)，实时性强等特点。同时还是一种一次投资永久使用的资源，不要运行费用。建成的无线通讯网络，是一种适用于电力负荷管理系统的专用网络，有着其他通讯网络无可比拟的快速性能。

2、短消息工程运用

目前利用GSM系统进行数据传输有三种模式：短消息(SMS)、数据业务、GPRS.利用短消息实现电力负荷在工程实际应用中组网方式如下：

短消息是GSM系统提供给用户的一种有别于语音传输的通讯业务，通过GSM网络传输的有限长度的文本信息。GSM中唯一不要求建立端-端业务路径的业务就是短消息，即使移动台已处于完全电路通信情况下仍可进行短消息传输。

短消息通讯仅限于一个消息，换言之，一个消息的传输就构成了一次通信。因此，业务是非对称的，一般认为移动起始短消息传输与移动终接短报文传输是两回事。这并不阻碍实时对话，但系统认为不同的消息彼此独立，消息的传输总是由处于GSM外部的短消息服务中心(SMSC)进行中继，消息有目的地或起源地单只与用户和SMSC有关，而与其他GSM]基础设施无关。

短消息业务主要包括点到点短消息业务与小区广播短消息业务。点到点短消息业务即通过MO(MS发起短消息业务)和MT(MS终止短消息业务将一条短消息从一个实体发送到指定目的地地址的业务。编码后单条短消息长度为140个字节，可以承载160个英文字符或70个汉字。小区广播短消息业务即通过基站(BSC)向指定区域中所有短消息用户发送短消息的业务。编码后每页长度为82个字节，最大页数为15页。

GSM短消息电力负荷系统中数据的传输模式有两种：

1)对电力负荷管理终端进行数据召测。

2)终端数据主动上传。

短消息在终端侧的连接方式相同，在主站侧的连接方案有两种：

方案一：是通过短消息通信方式，在主站设置一个或若干个GSM中心主台(GSM短消息模块)，与终端的手机通信模块直接“点对点”通信，这种方式适用于终端数量较少的场所，可减少主站的设备投资。

方案二：从短消息服务中心建立专线连接(DDN),短消息通过专线发送到服务中心，服务中心再转发到终端中，终端侧的数据先发到短消息服务中心，再通过专线传到电力负荷主站上。该方式可以解决主站侧多个终端设备上报造成的信道容量问题。目前中国移动和联通可以提供接口协议(移动CMPP/联通SGIP)，同时减少了传输的时延，适用于电力负荷终端数量较大的场合。但是，这种方式需要申请数据专线的连接并承担一定的运行费用，一般为4000—5000元/月，各地不一定相同，可以与系统服务商协商解决。

短消息业务在电力负荷系统中的应用存在着以下缺点：

1) 实时性差，不适用于作对时，控制等实时性要求很高的功能。

数据传输长度受到限制，每条短消息的长度最多为140个字节，这样也不利于大量数据的传输。

2) 对于短消息业务还不适用于电力负荷管理系统的分组与群发功能。

3、GPRS工程应用

1) 由于GPRS网络可以为GSM手机提供移动分组数据业务，比较适用于部分电力数据业务,比较适合于部分电力数据采集、监控系统的需要，但由于GPRS网络本身的建设目的是为GMS手机用户提供快速、廉价的WAP接入手段，同时为部分需要移动上网的用户提供Internet接入，这就造成目前的GPRS网络的服务、配置等不完全适应数据采集与监控系统的需要。

2) 降低降低通信费用的方法：

根据理论计算，一个终端一个月的通信费用应在10元以下，而实际使用时发现形个终端一个月的通信费用在150元左右。通过对移动公司帐单的分析，发现通信费用由以下几个部分组成：

终端和主站实际的数据通信费用;

a) 终端拨号上网的费用;

b) 终端拨号上网后和主站系统建立TCP/IP连接的费用;

c) 数据通信时TCP/IP的打包(协议层)费用;

d) 终端和主站心跳报文通信费用。

终端和主站实际的数据通信费用为有效的费用，该部分费用只占总费用的5%不到。针对这一情况，用电现场服务技术支持系统采用短消息加TCP/IP组合的通信方案。

a ) 终端和主站的TCP/IP连接在平时是断开的;

终端在每天的固定时间(该时间可以设定)主动和主站建立一次TCP/IP网络连接，向主站传送每日抄表数据以及其他类数据;

b ) 当终端有告警信息需要向主站传送时，也由终端发起主动和主站建立一次TCP/IP连接，向主站传送告警信息;

c ) 主站需要向终端召唤数据时，由主站用短消息命令启动终端和主站的TCP/IP连接，终端收到短消息命令后立即启动终端和主站的TCP/IP连接。通过短消息命令，虽然TCP/IP网络连接连路不保证永远连接，但实时数据召唤功能、实时控制功能均能正常使用。

本方案，每个终端一个月的通信费用大约为6到8元，一年的费用可以控制在100元以内。

总之，选用工业级的GPRS通讯模块，充分利用覆盖面广，运行可靠、费用低廉的GPRS公用无线网络，实现GPRS无线数据通讯功能进行数据传输，达到电力负荷管理的通讯要求，做到GPRS在电力数据采集的实用化。