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ZWCOM GPRS DTU无线通讯在无功补偿控制的应用
时间:2015-05-15 14:11:24  点击:3017

ZWCOM GPRS DTU无线通讯在无功补偿控制的应用

一、  系统概述

由于电力系统测控终端一般都安装野外环境中,地点偏远,无人值守,设备必须能够在特殊的环境下长期、稳定工作。GPRS无功功率补偿控制系统,根据用户的实际需求特别研制。控制系统主要由电源模块、数据采集、人机接口、无功补偿控制及GPRS 数传模块五大部分组成。只要有一部可以接入Internet的电脑作为服务器就能实现对分布各地的无功补偿控制器进行监控,也能实现移动监控。系统采用模块化设计, 具有技术原理先进、测量精度高、功能完善、组网灵活、可靠性高、可扩展性强、成本低等优势。
另外,系统具有自动拨号、断线重拨功能。在网络状态不稳定时,具有自动恢复通讯能力,保证系统稳定工作,无需人为干预。在电源抗干扰及散热等方面也有特殊设计,使得终端设备能适应恶劣工作环境。

二、  需求分析

长期以来, 我国配电网无功匮乏, 网损严重。随着我国可持续发展战略的不断深入, 对节能降耗提出更高的要求, 低压无功补偿技术应运而生, 成为平衡配电网络无功、提高电压质量、降低网络损耗的有效措施。对低压配电系统实施无功补偿十分必要, 合理的无功补偿能够有效维持系统的电压水平, 提高系统电压稳定性, 避免大量无功功率的远距离传输, 从而降低有功网损, 减少发电费用。
供电系统控制中常需要对现场控制器进行远程控制投切、读取实时、历史数据和接收故障报警信号等,上位机和无功补偿终端之间通讯的命令和数据传输具有数据量小、定时或非定时及实时发送等特点,一方面需实现数据的上传,另一方面也需要下达各种传输、控制指令,即实现双向的数据、指令传输。数传电台的缺点是受地形、气候的影响较大,造成系统的可靠性、实时性较差,无法主动上报。
GSM短消息方式可以实现主动上报;缺点是按条收费,运行费用高,而且在节假日短消息中心服务器繁忙时延时相当长。光纤通信稳定可靠,但是施工成本投入大、扩展性差、设备维护方面不方便。而GPRS通信则避免了以上问题。由于GSM网络的通信技术成熟,覆盖面又广,利用移动运营商提供的无线网络实现配电网数据采集和监控,是电力系统现代化的一个重要发展方向。

三、  系统的结构与原理
1.系统结构
GPRS无功功率补偿控制系统是基于移动的GPRS网络,主要由以下三部分组成:
a.  现场无功补偿控制器
b  GPRS通讯管理模块
c.  服务器上位机
系统结构简洁明了,扩展性好,能适应多变的监控要求

(1)现场无功补偿控制器
终端使用基于DSP的无功补偿控制器,控制器安装在电网现场,对电网的电气参数进行采集监测,同时记录、分析并计算采集数据,自动进行电容投切操作,在异常时主动发出报警信息,同时存储运行数据信息。

(2)GPRS通信管理模块
GPRS通信管理模块是服务器与现场控制器之间的数据传输的桥梁,它使控制器获得的电网参数通过GPRS网络能够及时传送到服务器计算机。

(3)服务器上位机
服务器上位机主要完成对终端传来的数据、报警信息进行处理并对各终端的历史数据进行管理,是主要的人机接口。

2.数据传输流程
具体的数据传输流程为:
* GPRS终端通过串行接口从客户系统中取出用户数据;
* 处理后以GPRS分组数据的形式发送到GSM基站;
* 分组数据经SGSN封装后,发送到GPRS IP骨干网
PC机服务器以拨号方式接入Internet,即PC机为移动GPRS内部网分配的动态IP地址,则分组数据先发送到目的SGSN,再经GSM基站发送到与PC机相连的GPRS终端;若PC机以专线接入因特网具有固定IP地址,则将分组数据包经GGSN进行协议转换后,发送到Internet公共网络。由于数据通过Internet公网传输,为了保证数据的安全性,可以申请移动公司为接入用户建立VPDN(Virtual Private Dial-up Network)即虚拟拨号专网。其专用的网络加密和通信协议,可以在公共网络上建立安全的虚拟专网,远程用户可以通过虚拟的加密通道与服务器内部网络连接,而公共网络上的用户则无法穿过虚拟通过访问服务器。在基于GPRS网上承载VPDN不受地点限制,只需具有一台PC机服务器和GPRS终端即可,具有安全、方便、灵活的特点。
3.系统网络拓扑结构示意图 :


四  、 为何选用GPRS通讯模块
1.GPRS DTU 特点
通用分组无线业务GPRS 是在现有GSM系统上发展出来的一种新无线数据传数业务,目的是给移动用户提供高速无线IP或X.25服务。 GPRS理论带宽可达171.2Kbit/s,实际应用带宽大约在40~100Kbit/s,在此信道上提供TCP/IP连接,可以用于INTERNET连接、数据传输等应用。GPRS采用分组交换技术,每个用户可同时占用多个无线信道,同一无线信道又可以由多个用户共享,资源被有效的利用。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据,而不需要利用电路交换模式的网络资源。GPRS永远在线,按流量计费,从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、点多分散、中小流量的数据传输,也适用于偶尔的大数据量传输。
GPRS 技术实现数据分组发送和接收,永远在线且按流量计费,迅速降低了服务成本。GPRS DTU为用户提供高速的无线DDN 通信系统,透明数据传输的虚拟专用数据通信网络,与数据中心一起提供透明数据传输通道,组成用户专用数据网络。

(一)、基本特点:
使用方便、灵活、可靠
支持双频GSM/GPRS
符合ETSI GSM Phase 2+标准
数据终端永远在线
实时时钟
支持A5/1&A5/5加密算法

增强功能
透明数据传输与协议转换
支持虚拟数据专用网
短消息数据备用通道(选项)
支持动态数据中心域名和IP地址(V2.61以后软件版本)
STK卡特殊功能配置
支持TTL/RS-232/485或以太网接口

支持音频接口,方便维护操作
系统配置和维护接口
通过Xmodem协议进行软件升级
支持空中软件升级和远程维护(选项)
自诊断与告警输出
抗干扰设计,适合电磁环境恶劣的应用需求
防潮设计,适合室外应用

(二)、传输效率
1) 用户数据传输效率(用户数据占网络层总数据的比例):
DTU 支持不同组网方式,不同的数据包长度,这时有不同的传输效率。下面假设在DTU 当前最长所能支持的最大用户数据包长的情况下,即1024 字节包长。
i. 仅支持DTU 主动发起到数据中心的数据传输:最大传输效率(w) = 97.3%
ii. 支持双向主动互传:最大传输效率(w) = 95.9%

2) 传输时延(从发送到接收数据之间的时间):
不同的数据包长度,传输的时延不同。根据目前移动的网络状况,一般一个包长为100 到200字节之间的数据包可以在1 秒内互传完毕。大于200 字节的数据包平均在1 秒到3 秒之间可以互传完毕。

(三)稳定性
1) 有效率:发送成功数据占总发送数据比例
根据目前在北京、石家庄使用的结果来看,在网络正常的情况下,一般数据包的成功率都在97%以上。
2) 稳定性综合参数:有效率x 传输效率
网络有效带宽和最大传输单元(MTU)之间存在着极其重要的关系,一般MTU 增大到200 字节以上不会明显增加带宽,但会增大平均延迟,测试结果表明MTU 的最优大小是200 字节左右。
3) 断线自动连接
自动检测网络连接状况
设备自诊断、自恢复
4)配置方便性
菜单式配置(超级终端,无需专用软件)
维护软件配置
5)结构
内部连接可靠性: 内部连接机械连接包含GPRS 模块与PCB 之间、SIM 卡固定连接
产品尺寸: 110x56x15mm
安装方便: 外壳螺丝固定
防震: 接插件少,具良好抗震性能
6)环境参数
温度: -20~55℃
相对湿度: 95%(无凝结)



2.GPRS DTU 通信模式与其它几种常用数据通信方式比较


(一)、GPRS DTU与有线数据通信的比较

从以上GPRS DTU与有线、无线数据通信的对比可以看出,在分散数据采集中,利用GPRS DTU进行数据采集是性能价格比最高的一种模式。
(1)与光纤和有线专线相比,建设费用、运行费用和维护费用都很低,并且几乎近于免维护,因为GPRS网络的维护完全有中国移动来完成,企业不需支付任何费用,完全享受中国移动技术进步带来的效率;

(2)在分散数据采集中,要求对各采集子站实时检测,有线拨号是做不到的。对多个子站轮回召测,周期太长,没有实时性可比;

(3)与各种无线数据传输的手段相比,GPRS网络覆盖范围大、维护成本低。超短波无线通信受通信体制和传输方式的制约,传输距离受限制;在开阔地一般20W的电台有效通信距离约20KM,如果在城市高大建筑成群,通信距离大大缩短;

(4)使用超短波通讯电台,不仅要向当地申请频点,而且每年要向无委会交纳一定的占频费 ;超短波通信的维护量相当大,建设要求苛刻,不仅要考虑周围建筑的影响,而且避雷措施不当容易引起电台和连接设备的损坏;

(5)如果采用短信息方式,每个采集子站如果按照间隔为5分钟发送一次数据,一次1角钱概算,运行费用为:12 * 0.1 *24 * 30 = 864 元

通过以上客观分析,我们可以看出,无论从建设周期、建设费用和运行费用,还是系统的可靠性、稳定性和技术的先进性而言,GPRS DTU在分散的数据采集应用领域具有无可比拟的优越性,我们认为,在分布范围较广,数据采集点多,实时性要求较高的场合,只有GPRS DTU比较合适。当然其它数据通讯方式不是一无是处,他们仍有各自的的应用领域,在GPRS DTU没有推出之前,也是比较优秀的,只是新的数据通讯技术和新的产品应用于工业监控后,必将对传统的数据采集带来新的革命。

五 、 结束语

采用GPRS网络远程数据通讯比其它专线或射频通讯方式有不可比拟的优越性,该通信系统具有连接方便、扩充性好、成本低、维护工作量小等特点。在电力系统电网自动化管理和实时监控中使用GPRS无线网络通过Internet传输数据,将会具有很好的应用前景。


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