GPRS在电力监控系统中的应用.pdf

行 业 应 用 与 交 流 n du s t r ial Ap pl ic a t ion s an d Co mm u n i c a t i o ns 自动化 技术与应用 》2 01 1年第 3 0卷第 7期 G P R S在 电力监控系统 中的应用 张 同良 ， 孙璐 2 ( 1 ． 航天科技集团 1 8 所 ， 北京 1 0 0 0 7 6 ； 2 ． 北京航空航天大学 ， 北京 l 0 0 1 9 1 ) 摘要 ： 随符移动通 搜 小 = 的发展 ，G t ： R S 也被 川钏电 J ]， 一I V c b ~ , 系统 中来。 本 文分忻 ] GP RS技术 川十 电力 柠系统的优缺点 ，捉 } H rf 1． GI ’ R S埘f U力系统进 行监控 的 ‘ 案。 关键词： GP R S ； i U 监控系统 叶 J 分 炎 10 I‘ ： F P 2 7 7 ． 2 史献怀 码 ： B 文章编 弓 ‘ ： 1 0 0 3 7 2 4 1 ( 2 0 I 1 ) 0 7 0 0 8 3 0 3 Ap p l i c a t i o n o f G PRS T e c h n o l o g y i n P o we r Mo n i t o r i n g S y s t e m ZHANG T o n g - l i a n g ． S UN Lu ( 1 ． N O． 1 8 I n s t i t u t e o f C h i n a A e r o s p a c e S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y C o r p o r a t i o n ， B e i j i n g 1 0 0 0 7 6 C h i n a ； 2 ． B e i j i n g U n i v e r s i t y o f Ae r o n a u t i c s ＆A s t r o n a u t i c s ， B e i j i n g 1 0 0 1 9 1 C h i n a ) A b s t r a c t ： W i t h m o b i l e t e c h n o l o g y d e v e l o p me n t ， GP RS i s g r a d u a l l y u s e d i n p o we r s y s t e m s t a t e mo n i t o r i n g r e c e n t l y ． Th e a i m o f t h i s p a p e r i s t o a n a l y z e t h e a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s o f G P RS i n m o n i t o r i n g o f p o we r s y s t e m a n d g i v e s a s c h e m e ． K e y wo r ds ： GP RS ； p o we r mo n i t o r i n g s y s t e m 1 引言 建立 电力监控系统的 目的就是通过对 电力设备的 工作状态和工作参数进行监测， 掌握设备和线路的运行 状态。要掌握设备和线路的运行状态 ， 就需要对设备的 工作信息进行收集 ， 同时将收集的信息传送到监控室进 行处理 ， 这就需要对数据进行传输 。当前 ， 在进行数据 传输时使用最多的技术是总线技术 ， 这种技术具有传输 稳定的优点 ， 但是它要求铺设 电缆、光缆等硬件设施 ， 成本较高。 随着 电力监控系统技术的发展 ， 越来越多的新技术 被引入进来 ， G P RS ( G e n e r a l P a c k e t Ra d i o S e r v i c e ， 通 用分组无线业务) 作为无线通讯的新技术 由于具有很多 优点也被引人进来【 1 】 。 2 G P R S技术简介 GP RS技术是在 GS M( G l o b a l S y s t e m f o r Mo b i l e C o mmu n i c a t i o n s ， 全球移动通讯系统) 技术的基础上发展 收稿 日期 ： 2 0 1 1 —0 3 — 21 起来的一种新的移动通信技术 ， 通过为 GSM 用户提供 分组形式的数据业务 ， 在移动用户和数据网络之间提供 了高速的无线数据传输。GP RS采用与 GS M 同样的无 线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳 频规则以及同样的 TD MA帧结构【 2 ] 。 2 ． 1 与总线技术相比GP R S 具有如下的优点 ( 1 ) 不需要进行通讯设施的铺设 不需要进行通讯设施建设的施工 ， 免除了许多潜在 的隐患 ， 减少了相应的建设成本 。 ( 2 ) 避免 了数据传输过程中的干扰 采用总线通讯技术进行数据传输时 ， 不可避免的会 产生诸如信号衰减、强电场和强磁场的干扰等问题。而 GP RS技术就不存在上述问题 ， 它将信号采集后直接发 送到服务器中， 传输过程只有很小一段距离在强磁场和 强电场中进行。 ( 3 ) G P RS可应用于特殊场合的电力监控 G P R S可应用于分散性较大且很难进行物理通讯 线路 的铺设 ， 或 即使铺设其成本将大大超过监控系统 安装后所产生 的经济效益 的设备 的监控 ， 如高压输电 自 动 化 技 术 与应 用 》 2 0 1 i 年 第3 0 卷 第7 期 彳 亍业 应 用 与 交 流 线的绝缘子的监控、输电线路的变 电站( 所) 变压器的 监控等 。 3 GP R S 在 电力监控系统中的解决方 ； GP RS技术应用于 电力监控系统中可以快速准确的 传输被监控设备的实时工作状态 ， 并在设备发生故障时 可以和监控 中心交互故障设备的位置信息、地理信息、 图像信息等 。 3 ． 1 基于GP R S 的电力监控系统的构建 GP RS监控系统主要由监控终端、集中器、G P RS 数传终端、BTS基站传输系统、传输网络( G P RS网络 和 I n t e r n e t 网络) 、监控中心组成 ， 如图 1 所示I 3 】 。 图 1 GP RS电力监控 系统原理图 ( 1 ) 监控终端 监控终端主要包括数据采集模块、控制模块、通讯 模块等软硬件模块 ， 它的作用是利用相应的传感器从待 监控设备上提取出反映设备状态 的物理量并将其转换 为合适的电信号 ， 向后续单元传送。监控终端首先通过 串行接 口( 如 R S - 4 8 5 ) 连接到集中器 ， 集中器再通过串行 接 口( 如 RS -2 3 2 ) 与 G P RS模块相连。采用集中器既可 以支持单个监控终端 ， 也可以支持多个监控终端 ， 实现 设备状态特征量的采集、存储、预处理和对监控终端的 控制 ， 见 图2所示。 电 压 电 流 采 样 多 路 选 撵 转 换 电压检测模 电流检 瓣横 功率因数检 数 援 转 换 R S - 4 8 5 接日 纂 恃 机 霰 统 图 2 监控终端构成图 ( 2 ) 集中器 集中器的作用是把多台监控终端的信息集 中起来 ， 通过 G PRS数据传输终端将监控信息传输到监控中心 ， 集中器的基本原理如图 3所示。 图3 集中器硬件原理图 ( 3 ) G P RS数据传输终端 GPRS数传终端以GPRS通讯技术和单片机为核 心 ， 内嵌 TC P／ I P协议 ， 自动建立、保持和维护同监控 中心通信服务器的 TC P ／ I P连接 ， 并实现 RS 2 3 2 接 口连 接 的监控终端 ／集 中器 同监控 中心的通信服务器 间数 据的双 向透明传输 ， GP RS数据传输终端的硬件原理如 图 4所 示 。 图4 G P RS数据传输终端硬件原理图 ( 4 ) 数据传输网络 数据传输网络主要包括承担数据传输任务的 GP RS 网络和 I n t e me t 网络， G P R S网络通过各种网关和路由服 务器同I n t e r n e t网络进行连接， 实现终端到服务器端的 I P数据传输。GPRS数传终端通过基站系统接入到 GP RS网络后， 将采集的数据封装为 I P数据包 ， 发送到 G P RS网络中， 由于 G P R S网络与I n t e r n e t 网络都是基于 I P协议的 ， 所 以只要服务器端上网 ， 数据就可以通过 GP RS网络透明地传输到服务器端， 服务器端的查询和 控制命令也可以通过 GP RS网络发送到监控终端， 监控 终端就可以按照指定的模式进行相关操作。 ( 5 ) 监控中心 监控 中心实际上是一个局域网( L AN) ， 主要由路 由 器 、防火墙、通信服务器、应用服务器、监控工作站、 数据库服务器及相应的软件程序构成 。监控 中心通信 服务器接收到监控终端通过 G P R S网络发来的连接申请 后， 首先进行 AAA认证 ， 对于授权的监控终端建立数据 连接， 建立连接后， 监控终端可以将相关数据通过 G P RS 网络传输到通信服务器中 ， 通信服务器将相关数据转发 给对应的应用服务器 ， 由应用服务器 中的应用软件对数 行 业 应 用 与 交 流 n du s t r ial Ap p l i c at i o n s a n d Co mmu nic a t ion s 自动化技 术与应用 》2 0l 1 年第 3 0卷第 7期 据进行拆包、解码、解密等还原处理后， 进行相应的数 据分析、处理、存储、显示等 ， 并对处理后的数据与历 史数据、判据、规程及运行经验等进行分析 比较 ， 从而 对设备的运行状态进行监控 ， 若发现故障还要对故障部 位作出判断及为采取故障解决措施( 如需否退出运行 、 安排维修计划等) 提供依据。 ( 6 ) 网络接入方式 G P RS网络为用户提供 了 C MNE T和 AP N两种网 络接入方式 ， C MNE T通常用于公众用户接入 I n t e r n e t 网络 ， APN针对相关行业用户使用 ， APN用户通常在 一 个组 内， 需要设定用户名和密码 ， 具有更好的安全 性 ， 电力监控系统 中 C MNE T或 AP N两种接人方式都 有实 际应用。 采用 C MNE T接入方式的应用中， 监控中心通信服 务器通过分配 I n t e r n e t 固定 I P地址， 接入到 I n t e r n e t 网 络， 数据传输终端通过 C MNE T附着在移动 G P RS网络 中 ，并通 过 移动 内部 的路 由器 和 网关 服 务器 接入 I n t e r n e t 网络， 从而实现从数据传输终端到通信服务器 间的数据连接 。 采用 APN接入方式的应用 中， 监控 中心通过移动 通信公司提供的DD N( D i g i t a l D a t a N e t wo r k， 数字数据 网络) 专线接人 G P RS网络 ， 双方互联路由器之间采用私 有 固定 I P 地址进行连接 ， 移动通信公司分配专属的 AP N， 为所有数据采集终端及中心通信服务器分配移动 内部固定 I P地址， 实现数据传输终端同通信服务器间的 网络连接。通过采用 D DN专线接入 ， 可向用户提供永久 性的数字连接， 沿途不进行复杂的软件处理 ， 因此延时 较短 ， 避免了传统的分组网中传输协议复杂、传输时延 长且不 固定的缺点。 4 基 于 G P RS技术 的 电力监控 系统 安 全保 障措 施 电力监控系统的运行需要极高的安全保 障和稳定 性。安全保 障主要是防止来 自系统 内外的有意和无意 的破坏 ， 稳定性是指系统能够不间断的运行 ， 即使出现 硬件和软件故障 ， 系统也不能中断运行。为了实现上述 目的， 可采用下列措施 ： ( I ) 采用 AP N专网模式 采用 AP N 专网模式进行无线网络接人 ， 即从监控 终端到监控 中心服务器 的整个 网络层形成用户的虚拟 专用 网络 ， 与公用 网隔离 ， 使监控 系统不会受 到来 自 I n t e r n e t网络的各种攻击 ， 提高数据传输的安全性。此 外， 在网络侧通过对 S I M 卡和 AP N进行绑定， 保证只有 指定的 S I M 卡才能访问用户专用的AP N 网络 ， 使系统 具有更好的安全性 。 ( 2 ) 为监控终端设备分配特定的 I D号和密码 通过监控 中心给每个监控终端分配特定的设备 I D 和密码 ， 服务器端通过授权认证 ， 保证没有设备 I D和密 码的终端将无法登录进入系统 。 ( 3 ) 数据传输包的加密 对每一个通信数据包进行加密处理 ， 可以有效地避 免数据被监测和破解 。 ( 4 ) 防火墙过滤 设置网络鉴权和安全防范功能， 保障监控系统的运 行安全 。 ( 5 ) 监控终端看门狗设计 监控终端看门狗设计可以防止监控终端系统死机 ， 系统工作不正常。 5 结束语 本文讨论了利用 GPRS技术实现 电力系统监控的 原理、过程及安全保障措施。GPRS网络覆盖范围广 泛、不需要进行通讯设施的铺设 ， 将其应用于电力系统 的监控时 ， 即可以节省投资 ， 又能避免常规通讯方案的 诸多缺点。 参考文献： 【 l 】范闻博 ， 姚远， 张其善等． 基于GP RS 的数据采集远程网 络监控系统[ J ] ． 无线电工程， 2 0 0 4 ， 3 4 ( 1 ) ： 2 1 — 2 4 ． [ 2 】孙晨 ． 对 G P RS在电力系统应用的分析【 J ] ． 电力系统通 信， 2 0 0 3 ， 2 4 ( 1 1 ) ： 3 8 - 4 1 ． [ 3 ]随慧斌， 赵建国， 王宏伟 ． 电力系统中GP RS 应用的组网 方式[ J ] ． 山东大学学报， 2 0 0 5 ， ( 6 ) ： 1 0 8 —1 0 2 ． 作者简介： 张同良( 1 9 6 2 一 ) ， 男，研究员， 一直从事 自动控制 与计 算机 系统工程和 电子专业的研究工作 。