基于GPRS技术的电能质量监测系统设计

顾远等

摘要：本文基于GPRS技术的电能质量监测系统，综合了嵌入式软硬件技术、大型数据库技术和专家系统，提出的一种具有GPRS通讯技术的三层电能质量监测系统设计。

关键词：电能质量监测 GPRS 三层网络

1 概述

近年来，电力系统中谐波污染逐年升高，谐波的监测和治理也不断加强。但是，受制于通讯设施或地理环境，监测和治理的难度不断加大。为解决这方面问题，本系统提出了一种新型电能质量监测分析管理系统，即基于GPRS（General Packet Radio Service，通用分组无线业务）的电网电能质量监测系统。本系统以GPRS作为数据传输通道。服务软件以B/S方式实现了监测系统能够及时有效的对监测信息进行浏览、分析及谐波源定位、分析、治理，把电能质量管理工作紧密协调起来。

2 基本原理

2.1 GPRS基本工作原理 GPRS，通常被称为2.5G，是在2G和3G之间的技术。GPRS和GSM使用相同的频带宽度、突发结构、无线调制标准、规则，用户几乎可以做到“永远在线”。此外，GPRS的计费标准，是以有效数据量计量，因此，运营成本低，用户负担轻。GPRS终端通过接口从客户端系统获取数据，GSM基站传输和处理GPRS分组数据。通过GPRS骨干网中SGSN分组数据包后，以GGSN网关支持的互联和沟通。GGSN相应的分组对于数据进行处理，然后发送到目的网络，如因特网或X.25网络。

2.2 监控中心的设计 功能是通过Delphi7.0编程语言开发，实现GPRS监控中心接收信息并保存。

因为通过GPRS通讯方式，中央控制服务器可以直接访问Internet，数据对于GPRS模块来说，是“透明传输”的。基于TCP/IP协议的通讯软件，将接收到信息中心的数据，存储到历史参考数据库中，用于数据的追溯和分析。采用SQL2005数据库，通过SQL访问ADO数据软件编程接口。应该指出的是，主站服务器通过Socket多线程编程模式，读取来自GPRS的终端数据信息。

3 系统的结构功能

3.1 软件体系结构 ①三层体系结构。近年来，网络技术正以前所未有的速度向前发展，一个重要的方向是基于Web的应用系统的开发。随着Web应用的扩大，需要更复杂，更灵活的应用程序开发支持。一个新的更可行的架构在这种情况下应运而生，即“三级/多层”构架。该电能质量监测系统，就是在此基础上，我们提出一个典型的三层体系结构和开发：a客户层。即数据请求方，典型应用是IE浏览器。b服务层。典型应用是WEB服务器。c数据层。典型应用是关系型数据库和其他后端数据资源，如SQLserver ORACAL等。三层体系结构中，客户端、程序、和数据被物理的隔离、三层的结构，更灵活，也更具有系统扩展性和移植性。三层结构中，因为应用程序已经同客户分离，安全性也更易于实现。②数据存储方式。数据存储，采用集中存储和分布存储共存的模式。在电能质量监测仪内部，可以存储一年的原始数据，同时将数据上传至服务器集中存储。原始数据保存三个月。集中存储使数据易于管理和维护，安全性更高。

3.2 系统功能 主要有以下功能：①数据采集功能。对于不同的监测点，建立统一的电能质量的存储格式，使电能质量监测系统是基于一个统一的数据平台。②可以实现将设立监测参数，和限制定时传输或数据读取功能。③集成查询功能。在全系统内，建立电能质量数据中心和一个综合管理信息系统，在此基础上建立一个全系统的电能质量自动报告系统，从而提高工作效率。④数据分析。这部分功能的目标：统一的监测网络，建立全局的数据库，以国标为规则为基础，根据电能质量指标相应的统计分析，每个分析结果形成报表或图形可以打印，也可以在每个监测点能量指标的不同时间段进行统计分析，趋势分析。

远期目标：逐步建立电能质量知识库，形成专家系统。在一定的积累后，可以建立面向对象的专家系统，进行全局仿真分析。基于电能质量问题，可能影响的范围和影响程度上造成的危害，提出了相应的对策，从而实现电能质量采取紧急措施。从事后处理的被动模式，转变为“预测在先”的积极措施的主动模式。

3.3 系统组成及特点 本系统由数据服务器，Web服务器和前端监测仪器组成，具有强大的数据分析软件。系统最大限度地整合和通过该系统实现信息和资源的共享，可以自动收集的历史数据和实时电能质量数据。对各监测点，通过Web服务器，系统内的工作站，可以查看各监测点的历史数据和实时数据，进行历史数据。各地区的分析点的网络监测月度报表，通过网络自动汇总到区域公司和无功功率管理信息系统，最后融入到省的电压和功率管理信息系统中。从而实现监控点，统一调度，统一管理，数据共享。

使用Windows 2008 Server操作系统数据服务器，用SQL Server 2005数据库。数据服务器是系统的核心部分，它负责定期收集的历史数据，进行实时数据监测，并将采集到的数据存储在数据库的分析。数据服务器采用双硬盘RAID的配置，保证数据安全。

Web服务器，Web服务器为每个用户的Web服务器，通过局域网接入，每个站点的数据、波形、频谱的实时视图。服务器中的数据统计分析提供了历史数据，并可以对每个站点的进行远程管理和配置管理。

4 系统详细设计

①系统结构如图1所示。②系统结构原理图（图2）。③谐波干扰源的识别和区域定位。根据监测数据，建立数据分析系统，实现对谐波干扰源的识别和区域定位，并进一步为电能质量治理提供相关信息。通常，工作人员在拿到电能质量数据报表以后，还需要对数据进行分析评估，制定相应的治理措施。建立数据分析系统以后，就可以利用已有的经验和数据，对电能质量问题进行分析评估，可以实现以下一些功能：a识别谐波源的特性，例如识别整流负载、电弧炉、电气化铁道等，并对谐波源进行定位。b根据不同的负荷特性，给出解决电能质量问题的建议方案。这样，通过分析系统取代部分工作人员的工作，在更高水平上实现了办公自动化。④Web浏览方式的监测网络图形界面。增加基于Web浏览方式的监测网络图形界面，用户只需要通过IE浏览器，即可更直观的显示电网中各监测点的电能质量信息，并可简洁地通过浏览器对数据进行分析，得到图形化的查询结果和报表，从而对电能质量问题获得第一手的数据资料，对电能质量问题的治理提供翔实的资料。

5 结论与展望

随着计算机技术和信息技术的发展，GPRS已经得到了广泛的应用；同时，现代工业的发展，迫切需要供电企业提供更好的供电质量，以保证其用电可靠性。

本文提出的基于GPRS技术的三层电能质量监测系统，综合了嵌入式硬件技术、软件技术及大型数据库技术以及网络技术，对电能质量数据进行测量、计算、传输、存储和分析。本系统的核心在于GPRS无线数据稳定传输，可不断扩充的专家系统。因此，基于GPRS技术的三层电能质量监测系统，在日趋多样复杂的市场需求前提下，具有良好而广阔的应用前景。

参考文献：

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