配网自动化系统利用GPRS技术进行通讯的探讨

　　摘要：本文论述了配网自动化系统对通信系统的要求及GPRS通信系统的组成和特点，从通信的可靠性、实时性、双向性三个方面讨论了GPRS通信方式能满足配网自动化的要求。根据配网特点，对GPRS与光纤通讯方式作了比较。
　　关键词：配网自动化，GPRS，通讯
　　
　　一、引言
　　配网自动化系统就是利用现代电子技术、通讯技术、计算机及网络技术，实现配电系统正常运行及事故情况下的监测、保护、控制和配电管理的系统。
　　通信系统是配网自动化系统中的重要系统。配网自动化系统要通过可靠的通信手段，将控制中心（主站）的控制命令下发到各执行机构或远方终端，同时将远方监控单元（RTU、DTU、TTU、FTU等）所采集的各种信息上传至控制中心（主站）。通信系统的好坏很大程度上决定了配网自动化系统的优劣。
　　为满足配网自动化的要求，通信系统必须满足以下要求：
　　1、通信的可靠性。要长期经受恶劣环境的考验，如雨雪、大风等；且会受到较强的电磁干扰或噪音干扰；此外不能受停电和故障的影响。
　　2、通信的实时性。配网自动化系统是一个实时监控系统，必须满足实时性要求。按照配电系统自动化规划设计导则要求，配网自动化主站系统应在3—5s内更新全部RTU、FTU等的数据。
　　3、通信的双向性。在配网自动化系统中，不仅有数据的上传，还有控制命令的下发。因此，通信系统必须具有双向通信能力。
　　除了考虑以上三个要求外，还要考虑通信系统的建设费用、系统的可扩充性、使用和维护的方便性。
　　目前，配网自动化系统多采用光纤通信的方式。光纤通信完全满足配网自动化系统对通信的可靠性、实时性、双向性的要求。但是，光纤通信建设费用较高，系统的可扩充性、维护的方便性较差。
　　随着GPRS无线通信技术的发展，为配网自动化的通信系统提供了新的解决方案。
　　二、GPRS系统概述及特点
　　GPRS是通用分组无线业务（GeneralPacketRadioService）的简称，是在现有GSM系统上发展出来的一种高效、低成本的移动数据通信业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。
　　GPRS系统具有以下特点：
　　1、永远在线。GPRS提供实时在线功能“alwaysonline”，无线通信终端设备一开机就能自动附着到GPRS网络上，并与数据中心建立通信链路，随时收发数据，具有很高的实时性。
　　2、高速传输。GPRS网络的传输速度最快将达到171.2kbps，完全可以满足用户应用的需求，下一代GPRS业务的速度可以达到384kbps。
　　3、组网简单、迅速、灵活。GPRS无线DDN系统可以通过Internet网络随时随地的构建覆盖全国的虚拟移动数据通信专用网络，为广大中小用户提供接入便利，节省接入投资。
　　4、按流量计费。GPRS无线通信终端设备一直在线，按照接收和发送数据包的数量来收取费用，没有数据流量的传递时不收费用，费用结算形式灵活，可采用包月包流量计费方式。
　　5、通信链路由专业运营商维护。免除通信链路维护的后顾之忧。
　　6、防雷击。GPRS无线通信终端设备的发射功率非常小，天线非常短，而且无需高架，克服了有线传输和无线电台传输容易引雷击坏设备的缺点。
　　三、GPRS无线通讯系统的组成
　　GPRS无线通讯系统由远程终端、数据传输网络、监测中心三部分组成。
　　1、远程终端：
　　远程终端位于配电网联络、分段开关等设备位置，通过RS-232/422/485接口直接连接到开关上，实现对开关参数的采集、存储、预处理，经过TCP/IP协议封装加密后，通过内嵌式GPRS模块将数据发送到GPRS网络最近的BSS移动基站，通过GPRS网络传送至监控中心，实现设备和监控中心系统的实时在线连接。同时，远程终端还可将监测中心发送的遥控指令传给开关控制模块，对开关进行控制操作。
　　2、数据传输网络：
　　远程终端采集的数据经处理打包后转换成在公网数据传送的格式，通过GPRS无线数据网络进行传输。GPRS网络通过SGSN（ServingGPRSSupportNodeGPRS服务支持节点）、GGSN（GateGPRSSupportNodeGPRS网关支持节点）设备与GPRS运营商路由器连接。GPRS运营商路由器与监控中心通过DDN数字数据网专线连接。
　　3、监测中心
　　监控中心服务器申请配置固定IP地址，采用GPRS运营商提供的DDN专线，与GPRS网络相连。数据传输到监控中心后对接收的数据进行还原处理。
　　四、GPRS可以满足配网自动化的要求
　　根据配网自动化对通信系统的要求，下面从通信的可靠性、实时性、双向性讨论GPRS无线通信方式是否能满足配网自动化的要求。
　　1、通信的可靠性。
　　GPRS终端设备由通讯口、传输模块、一个短小的天线组成，工业级的站端设备完全能满足户外使用的要求。
　　GPRS自2001年运行至今，运营商投入大量的人力、物力、财力进行运行维护，网络非常可靠。
　　目前，GPRS无线通信方式已在电力系统中大量应用，如配电变压器综合测试系统、负控系统。大量的实践表明，GPRS无线通信方式的可靠性完全能满足可靠性的要求。
　　2、通信的实时性和双向性
　　GPRS网络接入速度快，支持中、高速率数据传输，可提供9.05—171.2kbit/s的数据传输速率（每用户），能在0.5—1秒之内恢复数据的重新传输。每个TDMA帧可分配1到8个无线接口时隙。时隙能为活动用户所共享，且向上链路和向下链路的分配是独立的。GPRS的设计使得它既能支持间歇的爆发式数据传输，又能支持偶尔的大量数据的传输。
　　每个终端设备仅采集电压、电流、开关分合位置，主站仅发送遥信、遥测、遥控、遥调指令，每次数据传输量在10k之内。GPRS网络传送速率理论上可达171.2kbit/s，目前GPRS实际数据传输速率在40kbps左右，能满足数据传输速率（≥30kbps）的需求。并可根据系统的实际情况，通过GPRS运营商对APN专网内的TDMA帧多分配无线接口时隙，保证数据传输实时通畅。
　　五、GPRS与光纤通信的比较
　　GPRS与光纤通讯方式的比较详见下表
　　传输方式
　　比较内容 GPRS 光纤
　　覆盖范围 全国 区域
　　建设费用 一般 高
　　施工难度 低 高
　　施工周期 短 长
　　计费方式 流量 租凭
　　运行费用 较低 高
　　通信速率 较高 高
　　误码率 较低 低
　　可靠性 较高 高
　　实时性 较高 高
　　维护成本 极低 较高
　　组网方式 灵活 一般
　　扩充性 好 不好
　　应用场合 分散、实时数据传输 较大数据实时传输
　　由上表分析可知，GPRS在建设费用、施工难度、组网方式、扩充性等方面比光纤通讯方式更具有优势。由于配电网点多面广，变化较频繁，对通信系统而言，方便的扩充性尤为显得必要。在这一点，GPRS远远优于光纤通讯。
　　六、结论
　　综上所述，GPRS通信方式完全能满足配网自动化对通信的要求。目前，国内的配网自动化系统还没有采用GPRS通信方式，但是GPRS无线通信方式已在配电变压器综合测试系统、负控系统等系统中大量应用。随着现代无线通讯技术的发展，特别3G（第三代移动通信系统）网络的运行，无线通讯能够提供更高的通信质量和数据传输速率。无线通讯将在电力系统中得到更加广泛的应用。