基于GPRS的電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

　　近年來(lái)，隨著電力工業(yè)的飛速發(fā)展及電力系統(tǒng)容量不斷擴(kuò)大，各種分布式發(fā)電單元逐步接入電網(wǎng)，各種非線性負(fù)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(shè)備對(duì)電壓擾動(dòng)的敏感性有增無(wú)減。因此，電力運(yùn)行對(duì)電力調(diào)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(diào)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(cè)儀器儀表，對(duì)電能質(zhì)量擾動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)、定位和分類(lèi)，以便及時(shí)治理。隨著中國(guó)電力市場(chǎng)的逐步建立，電能逐步實(shí)現(xiàn)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(shè)備、儀器和系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

　　傳統(tǒng)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀表多采用RS － 485、光纖、Modem 撥號(hào)等有線傳輸方式，在偏遠(yuǎn)地區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分散，環(huán)境惡劣，涉及到布線施工、建設(shè)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)線傳輸方式。目前，電網(wǎng)監(jiān)測(cè)儀表大多采用GSM 短消息方式與上位機(jī)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(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)性不強(qiáng)，而且在通信流量較大的情況下費(fèi)用高。GPRS ( General Packet Radio Service)采用分組交換技術(shù)，支持基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通信協(xié)議的應(yīng)用，可和IP 網(wǎng)、X. 25 網(wǎng)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)流量、業(yè)務(wù)類(lèi)型及服務(wù)質(zhì)量等級(jí)的計(jì)費(fèi)功能。其計(jì)費(fèi)方式更加合理，在保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)、準(zhǔn)確的前提下，將系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用也降低到了最低。

　　本文設(shè)計(jì)了一種基于GPRS 通信技術(shù)的電能質(zhì)量在線監(jiān)控系統(tǒng)，滿足電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性要求，實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量的各項(xiàng)指標(biāo)。

　　1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　1. 1 總體設(shè)計(jì)

　　以電網(wǎng)運(yùn)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(wěn)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(xù)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(biāo)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(wěn)態(tài)電能質(zhì)量以波形畸變?yōu)橹饕卣?，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，其主要性能指標(biāo)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(jìn)行電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的主要對(duì)象。

　　電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由監(jiān)控主站、GPRS 通信網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)測(cè)終端3 部分構(gòu)成，如圖1 所示。

　圖1 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　1. 2 系統(tǒng)工作原理

　　監(jiān)測(cè)終端通過(guò)自身裝配的GPRS 無(wú)線模塊(GPRS DTU)接入GPRS 網(wǎng)絡(luò)，再通過(guò)GPRS 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)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(cè)主站作進(jìn)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(shí)際需要，確定監(jiān)測(cè)單元數(shù)量和安裝地點(diǎn)。

　　監(jiān)測(cè)終端的GPRS 模塊( GPRS DTU) 內(nèi)嵌TCP /IP 協(xié)議，每個(gè)模塊有可隨時(shí)設(shè)置和修改的唯一的ID 號(hào)，并保存主站的IP 地址。GPRS DTU上電后進(jìn)行初始化，設(shè)置相應(yīng)的通信參數(shù)，終端按設(shè)置的參數(shù)主動(dòng)向主站發(fā)出連接請(qǐng)求，GPRS 網(wǎng)絡(luò)的SGSN 處理該請(qǐng)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(bào)告自身的終端地址，主站收到后將其加到動(dòng)態(tài)地址數(shù)據(jù)庫(kù)中，然后根據(jù)管理員的設(shè)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(shù)據(jù)壓縮存儲(chǔ)，待建立連接后再發(fā)送到主站。

　　監(jiān)測(cè)主站是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)終端的監(jiān)控和信息管理，并通過(guò)后臺(tái)軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)采集的各種電能質(zhì)量信息的統(tǒng)計(jì)、分析和處理，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理。其有固定的IP 地址，并對(duì)終端開(kāi)放相應(yīng)的偵聽(tīng)端口;接收GPRS DTU的連接請(qǐng)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(guò)數(shù)據(jù)加密，而遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)主站的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器收到數(shù)據(jù)后，由專(zhuān)用處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解密和校驗(yàn)。