GPRS通信在小型水电站水调自动化系统中的应用

葛 瑜

（国网电力科学研究院 南京南瑞集团公司，南京 210003）

随着水电事业的发展，小型水电站由于其低碳绿色和投资少、建设周期短、见效快等诸多优点，近年来得到了很大程度的推广，越来越多的小型水电站建成投产。然而数量庞大、个体规模小、地理位置偏远的小型水电站和调度中心之间的通信成为一个难题。本文在实践的基础上，提出了以GPRS通信替代传统的通信信道，实现水电站和调度中心之间的通信，以达到低成本和高效的目的。

1 水调系统通信特点

水电站自动调度系统是现代电网调度系统的一个重要组成部分，它是集电力、水文、计算机、网络、通信等多专业的综合性应用系统，主要进行与水库运行有关的监视、预报、调度和管理，其需要接收和采集的数据有水雨情数据、机组数据、闸门数据等[1,2]。

相对于大型水调自动化系统，小型水电站水调系统具有以下特点：

1）水雨情数据采集遥测站点较少，一般为几个关键站点，采集频率也不高，因此数据量较小。

2）机组数据从机组计算机监控系统采集得到，可以对采集频率和采集方式做相应设置，使其有变化或者定时采集，减少水调系统数据负担。

总的来说，小型水电站水调自动化系统要求比较简单，通信数据量较小，但实时性要求较高，对电网的安全稳定运行有着重要作用。同时，由于小型水电站偏远的地理位置和较为复杂的地理环境，铺设专线通道要付出巨大的代价且效果不明显。在这种情况下，选择一种便捷、畅通、成本和运行费用较低的通信通道成为小型水电站水调系统通信的重要任务。

2 水调系统的GPRS通信

2.1 GPRS通信特点

GPRS（General Packet Radio Service）通用无线分组业务，是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接[3]。

1）移动GPRS网络覆盖面广，永远在线，可以达到随时随地接入网络。

2）GPRS采用分组交换技术，高效传输高速或低速数据和信令，优化了对网络资源和无线资源的利用。

3）GPRS的核心网络层采用IP技术，底层款可使用多种传输技术，很方便地实现与高速发展的IP网无缝连接。

4）GPRS的设计使得它既能支持间歇的爆发式数据的传输，又能支持偶尔的大量数据的传输。

5）GPRS可以实现基于数据流量、业务类型及服务质量等级的计费功能，计费方式更加合理，用户使用更加方便。

2.2 GPRS通信优势

1）广泛的网络覆盖可以实现随时随地的网络接入，能较好地满足偏远地区小型水电站接入的要求。

2）基于IP的底层网络以及高效的传输速率能满足水调系统数据传输对网络通道的要求。

3）GPRS对间歇性爆发式数据传输的支持，较好地适应了水调系统在突发水雨情状况下的数据传输。

4）基于数据流量的收费使得数据量不是很大的小型水电站水调通信运行费用较低。因此GPRS通信非常适合小型水电站水调系统的数据传输。

2.3 问题与对策

1）GPRS包丢失与数据延时：由于分组交换连接比电路交换连接要差一些，在无线信号不稳定地区使用GPRS通信会发生一些包丢失和数据延时。因此，使用GPRS通信尽量选择移动信号较好的地区，基本能满足水调系统对数据实时性的要求。

2）安全性：随着手机上网的普及，移动无线网络的各种不安全因素也越来越多，诸如手机病毒等等也越来越泛滥。水调系统对安全性有较高要求，因此，使用GPRS通信过程中尽量通过移动选择专线APN网络，能较好地满足水调系统安全性要求[6]。

3 水调系统GPRS通信应用案例

这是一个在福建省漳州市地调水调自动化系统中GPRS信道通信应用的典型案例。

有数个电站需要和地调水调系统通信，电站端采集的上游雨量水位数据需要上传到地调[4]，同时部分发电计划数据要从地调端进行下发，需要在两端分别安装通信软件客户端和服务端来完成分中心和中心站通信。

由于电站位置偏僻，环境比较恶劣，且电站没有资金来建立专线通道。通过前期周密调研，决定采用GPRS信道来通信。

3.1 实施技术方案

网络结构如图1所示，在电站水调分中心，采用深圳宏电的H7920 GPRS无线路由器，计算机通过GPRS无线路由器，连接了移动网络并绑定了一个自动分配的公网IP地址。在水调中心，需要在局域网网关路由器（或者防火墙）上做端口映射（NAT，也称网络地址转换，即将网关对公网的端口映射到指定服务器的指定端口上）。这样内网通信服务器映射了一个公网虚拟IP地址，通信客户端程序可以通过这个公网IP地址来建立通信连接访问局域网通信服务器。

图1 网络结构

该案例中，在电站水调分中心布置了南瑞公司水调通信客户端程序，在水调中心内网通信服务器布置了通信服务端程序，两者之间通过电力系统DL 476-92通信规约进行通信，既保证了数据有效实时，也保证了数据安全[5]。

3.2 运行费用

在GPRS通信中，一个比较关注的问题是流量问题，因为运营商是按照流量来收费的。在实际通信中，南瑞公司的基于DL476-92通信规约的通信软件，在平均小时采集30个数据点的情况下，流量不到1M；而在一般情况下，按照调度中心对小型水电站上传数据的要求，实际上传的数据量远小于此，通过计算1月流量不会超过30M。按照目前全国通用GPRS套餐收费标准，是10元包月60M流量，费用相当低廉。

在特殊情况下，比如下暴雨或者水位变化比较剧烈的情况下，数据频度会比较高，但这种情况持续时间往往很短。GPRS通信其特点是在偶尔爆发性的大流量通信情况下，也能很好地维持通道畅通。而这种特殊的大流量由于时间短，对每月的整体费用不会造成很大负担。

3.3 运行效果

该系统从投运到现在，已经过2年的运行，系统整体表现良好。在运行期间，系统很好地优化了水库调度，减少了水电站群的弃水损失电量，更为合理地安排了地区小型水电站的出力，满足了发电、供电、用电三方利益的要求；并且在应对登陆的台风等恶劣天气过程中，发挥了重要作用，取得了明显的社会和经济效益。

4 结语

通过工程实践证明，在小型水电站水调系统中运用GPRS无线通信，具有稳定可靠、操作简单、便于维护、成本低廉等诸多优势。相信随着3G网络的普及，GPRS无线通信将在水调自动化建设中发挥更大的作用。

[1]朱教新, 宣跃, 薛金淮, 等. 电力系统水调自动化的基本特征[J]. 水力发电, 1999(4): 55-58.

[2]丁杰, 李晓斌, 汤煜明, 等. 电网水调自动化系统[J]. 电力系统自动化, 1999(17): 48-52.

[3]李征明, 许童羽, 王国华, 等. 基于GPRS 的电力巡检系统远程通信方案[J]. 电力系统通信, 2009, (200): 45-48.

[4]丁杰. 数字化水库调度体系的研究与建设[J]. 水电自动化与大坝监测, 2004, (2):6-10.

[5]舒凯, 李厚俊, 曹会华. 电网水调自动化系统中心站与分中心站数据通信方案探析[J]. 水电自动化与大坝监测, 2008, (5): 79-82.

[6]邝国安. GPRS通信在调度自动化系统中的应用[J]. 电力自动化, 2008, (9): 3-7.