基于GPRS通信的配变监测系统

易天福

(四川水利职业技术学院，四川 崇州，611231)

基于GPRS通信的配变监测系统

易天福

(四川水利职业技术学院，四川 崇州，611231)

根据配电变压器(配变)监测对数据传输的可靠性及实时性要求，本文提出并设计了一种基于GPRS通信的配变监测系统。文中阐述了该系统的结构和通信原理，介绍了采集终端、配变监测系统软件的功能和特点。根据实际运行经验表明，该系统具有传输速率快、可靠性高、实时性强和运行费用低的优点。

GPRS配电变压器 监测系统

1 概述

配电变压器是将电能分配给低压用户的电力设备，其运行数据是整个配电网基础数据的重要组成部分，因此，对其运行参数与状态进行监测是必要的。但是由于配电变压器分布点多、位置杂乱，要建立一个实时性强、可靠性高、投资节约的通信网络，困难非常大，这已成为大面积推广配变监测的主要障碍。

目前的配变监测方案，常采用数传电台、GSM短消息、光纤等通信方式。数传电台方案除每年的频点费以外，平时运行虽然无需额外费用，但是可靠性、实时性差，无法主动上报。GSM短消息方案可以实现主动上报，但是需要按条收费，运行费用偏高，尤其在节假日期间，短消息服务中心服务器因繁忙导致延时，造成实时性不强。光纤运行稳定可靠，但是成本投入较大。

本文提出了以GPRS无线网络和Internet为通信系统而构建的星型网络的配变监测系统，能较好地解决上述配变监测中的一系列问题。

2 GPRS及其相关技术介绍

GPRS是移动通信技术中介于数字通信和分组型移动通信业务之间的一种技术，通过全球移动通信系统(GSM)网络而实现。GPRS采用时分多址(TDMA)方式传输话音，采用分组方式传输数据。

GPRS是按GSM标准定义的封包交换协议，可以快速接入数据网络。主要优点如下：

(1)传输速率高。通过同时使用8个时隙，GPRS网络数据传输速率最高理论值可达到171.2kbit/s，而且通过不同的编码方式，可以实现不同速率的传输速度，能对有限宽带加以高效利用，完全能满足配电变压器监测的通信速率要求；

(2)永远在线，实时传输数据。GPRS在终端与网络之间实现了不间断在线连接，即使没有数据传送，移动终端仍保持与网络连接，进行数据传送时无需重连，只有在进行实际传输时才会占用网络容量，保证了信息交换的实时性和高效性；

(3)按流量计费。GPRS营运商是以传输的数据量而不是以连接时间为标准来计费的，这使系统运行费用大大降低。用户可以根据实际需要选择交费方式，从而节省了运行费用。

综上所述，GPRS在数据通信领域独有的技术优势拓展了它广泛的应用前景，成为配变监测较为理想的通信方式。

3 基于GPRS的配变监测系统结构

该系统由数据采集模块、GPRS网络数据传输部分、互联网传输部分和配变监测管理软件四部分组成。在该系统中，终端设备通过GPRS无线网络连接到Internet，与客户端前置机(具有上网功能)进行通信，数据以UDP报文发送给监测中心。

通过GPRS模块，数据采集模块可以直接访问互联网，配变监测中心电脑只需要通过宽带接入网络，实现上网功能即可。具体的通信链路是数据采集模块把配变的参数和运行状态数据检测出来，通过串口连接到GPRS模块上，然后将其打成IP包，再通过GPRS空中接口接入到GPRS网络，经GPRS网关和路由器接到配变监测中心，从而实现数据的传输。

系统整体结构如图1所示。

对于配变较多的配电网，配变监测中心应使用通信能力更强的宽带接入，使用固定IP，并且配置UNIX主机或微软的Windows服务器，使其能够满足同时对多个配变的监测要求。但是通过Internet会对企业的安全性带来一定的风险，这时需要考虑使用虚拟专用网(VPN)技术建立企业网，并在移动通信服务商申请接入点(APN)，使GPRS网传出的数据直接发送至VPN而不通过Internet，这样就可以保护企业数据不被破坏，提高了数据传输的可靠性。

图1 系统整体结构

总之，根据实际需要，应该灵活地选择配变监测中心的构建方式。基于GPRS通信的配变监测系统组成方案，较好地解决了配变监测的信道“瓶颈”问题，避免了重复建设通讯网络，有效地提供了准确可靠的配变运行数据，可以准确地对配变负荷变动进行实时监测。

4 系统终端硬件设计方案

终端硬件部分主要由数据采集模块和GPRS模块组成。微控制器采集到配变的运行数据和状态信息之后，通过互联网把数据发送到监测中心，同时监测中心向它索要数据时，及时上报数据。

GPRS数据采集模块硬件结构如图2所示。

图2 GPRS数据采集模块的硬件结构

4.1GPRS无线数据传输模块功能

目前GPRS模块一般是指带有GPRS上网功能的GSM模块，例如H7118GPRS模块。H7118的GPRS数传模块支持双频GSM/GPRS，A5/1及A5/5加密算法，内置自动网络连接和协议处理模块，无需后台计算机支持，具有抗干扰、自诊断与警告输出功能，适合电磁环境恶劣的应用环境，同时提供RS232接口。H7118GPRS模块使用简单、方便，为用户的数据设备提供透明传输通道，体积小，功耗低，非常适合作为嵌入式系统的基本硬件进行开发使用。

4.2CS5460A芯片介绍

CS5460A是美国CRYSTAL公司推出的带有串行口的单相双向功率/电能计量集成电路芯片，可以测量瞬时电流、瞬时电压、瞬时功率、电能量、电流有效值和电压有效值，并集成了看门狗定时器WDT(WatchDogTimer)与内部电源监视器。CS5460A不仅具有较高的可靠性和精度，而且电路结构简单，目前已在多种电力参数测量装置中广泛应用。

5 配变监测系统软件

监测软件采用通用编程工具开发，灵活性好，扩展性强，可以对采集来的现场实时数据进行分析、处理、保存、入库，并制作输出报表、绘制各种曲线，从而实现对整个配电网配变的远程监测。配变监测系统软件界面简单、操作方便，真正实现了高效率和办公自动化。该系统可以实现如下功能：

(1)数据监测功能。自动接收和处理配电变压器综合参数测量和计量装置发送过来的各种实时数据，并存入网络数据库中；

(2)显示功能。除显示各重要数据外，还可以针对某一配电变压器的某一同类参数自动绘制出负荷曲线，直观地反映出各配电变压器的运行情况，曲线可放大、缩小和拖动；

(3)报警功能。在配电变压器运行时，当某参数超出设定范围，系统将自动报警，并把故障内容存入数据库。系统自动弹出故障窗口，提醒工作人员处理，也可以用短消息的方式把故障内容发送到预先设定的负责人的手机上；

(4)数据库查询功能。操作员可以设置不同的查询条件从数据库中获得各种历史数据，显示这一时刻的某一配电变压器的运行参数。数据库采用SQLServer网络数据库，维护方便，可对各种数据进行分析，并可在权限范围内实现局域网或远程数据共享；

(5)统计报表功能。系统可以针对某一配电变压器自动做出日报表、月报表、年度报表等汇总统计，并可按照用户要求的格式定制报表，并进行预览或打印。

6 结语

本文所论述的基于GPRS通信的配变监测系统，解决了配变监测的实时通信问题，适用范围广泛，运行费用低，能解决配变监测的实际问题，也能保证监测系统的可靠性，可以给配变监测带来极大的方便。

〔1〕李 晖，牛少彰.无线通信安全理论与技术[J].电网技术，2011，10(2)：31～35.

〔2〕刘 健，沈兵兵，赵江河，陈 勇.现代配电自动化系统[J].电网技术，2013，6(4)：51～66.

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TM421∶TP

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2095-1809(2016)04-0080-03

易天福(1971-)，男，四川广元人，讲师，工程硕士，从事电力系统运行相关课程的讲授和研究工作。