GPRS无线远程电站仪表监控应用方案

　概述

　　随着电力城网、农网改造的逐步完善，一户一表工程、抄表到户工作的完成，对线损管理、提高供电质量、保证供电的可靠性、安全性提出了新的要求。近年来国民经济继续保持了持续快速健康发展的良好态势，全社会用电量也保持上升的趋势。近两年的电力行业体制改革和系统出现电源性缺电现象，全国大部分地区错峰用电的情况下，简单的电能计量已不能满足对配变的监测管理。反而对配变的运行状况的实时测控提出了新的需求。同时对用电营销管理的科学化和电力需求侧管理(DSM)的智能化需求，要求对配变低压侧进行准确和科学的智能监控，掌握配变的运行状况并根据需求进行合理管理，改善供电质量。

　　通过对电力网的实时监控，可以及时掌握电力的运行情况，防止电力负荷严重超载导致设备的烧毁、三相负载严重不平衡导致的损坏，电力长期轻负荷运行导致的不经济运行状态和大量感性负载运行导致的功率因数过低、高线损等。对电力运行实时监测、抄取、分析、处理和控制，可以及时调整电力运行状态，合理配置电力容量，调整智能无功补偿控制等，保证电力安全、稳定、高效的运行。完善、科学、准确的对电力实时监控，为电力自动化管理提供可靠的运行数据和历史资料，有效降低线损，为负荷预测、线损分析、电力需求管理提供准确的数据；准确打击窃电，负荷预测指导扩容安装等；为用电情况、用电性质及用电负荷的增长趋势分析，在进行系统增容、配变布点选择等规划工作提供科学的数据；同时提高工作效率，降低劳动成本，科学提高电力管理的自动化水平。

　　这些特点适合于提高企业计量信息的及时性、可靠性、准确性和实现企业生产管理的信息化。通过对技术先进性、系统兼容性、扩展性、网络覆盖范围、企业的投资规模和效益等几个方面对比分析，广泛查询技术资料，决定采用中国移动的GPRS网络作为通讯传输媒介。

选择GPRS的优势

　　选择合适的传输系统是系统构造的基础。GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称，是为GSM 用户提供分组形式的数据业务而在现有系统上发展起来的，它允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，不需要利用电路交换模式的网络资源，特别适用于电力网监控这种间断的、突发的和频繁的少量数据传输。

　　GPRS技术从实验室研究、地区范围内试用到正式商用，经过了长时间的完善，技术先进、可靠；GPRS设备数据监控终端传输设备一开机就能自动附着到GPRS网络上，与数据中心实时在线进行实时数据通讯、高速传输、可靠性高；GPRS网络覆盖全球，不存在信号盲区。按照流量收费，没有数据流量的传递时不收费用，计费合理、科学；企业运行投资小，效益高。

系统结构

　　考虑到终端用户数量的可扩充性，又不失其对性能的考虑，系统采用松散耦合的服务器/客户端模式。单台服务器（未来可扩充为服务器集群）作为系统的数据收发管理中心，负责对终端用户的状态进行监控、采集、查询；无线客户终端的本地服务程序自动通过网络链路与服务器端中心系统保持通讯，自动收发用户提交和接收的数据。
根据以上功能需求，设计系统结构如下图：

　　如上图所示，服务器端结构采用当前运用最多、最成熟的三层分布式结构。这种结构方式把数据层、业务逻辑层、应用层完全隔离开，严格对各层的接口进行封装，各层之间全部进行权限验证，实现了物理链路的透明，并且保证数据的安全传输。这种服务器结构当前已经被运用在ERP、银行系统、电子政务系统、企业办公自动化系统、通信网络计费系统等大型系统软件中，实践证明，这是目前最为稳定、可靠、安全又不失效率的服务器体系结构。无线客户端采用嵌入式软硬件设备，完成数据传输的自动化控制。

服务器端结构的优点：

　　1、独立的数据层。这种独立的数据层意味着用户数据可以存在于不同的服务器中，可以实现数据跨操作系统平台、跨数据库平台的共享。

　　2、独立的业务逻辑层。独立的业务层通过两端的接口连接数据层和应用层，通过运用当前成熟的COM+、CORBA等软件中间件技术，让用户的业务逻辑可以在不影响用户使用和不破坏现有数据的情况下，安全平稳的进行修改、升级，并可以实现与服务器操作系统无关的跨平台接口，给今后的业务扩展打下了良好的基础。中间件技术的另一个优越性是，可以通过开发分配调度系统，让同一个中间件可以在大型服务器集群中协同工作，发挥海量计算的巨大优势。

　　3、独立的应用层。独立的应用层代表用户可以用过现有的任何操作系统平

　　台通过开放的接口连接业务逻辑层，比如用户可以在Windows/Linux的各个版本操作系统上进行应用操作，只要在各个平台上安装适合的应用程序即可。

服务器端方案：

　　针对以上的服务器结构模式，目前有几种方案，但考虑到具体实施的可操作性，和未来的可扩展性，又要保证实施成本的最高性价比，故设计了一套目前最为高效又成本低廉的解决方案，具体如下：采用1台数据库服务器+1台业务逻辑服务器（配置视具体要求而定）；

数据库系统采用MS SQL Server 2000；
业务逻辑服务器采用Windows 2000 Server;
应用/前端用户操作系统采用 Windows 2000 Professional；
每服务器上安装本系统专门开发的数据传输管理系统软件。

客户端方案：

传输系统的客户端采用GPRS嵌入式终端设备。

　　实现GPRS通信的整个嵌入式系统包括硬件平台和软件模块两部分。
　　硬件平台采用了性能先进，运行可靠的内核微处理器，-40℃到+80℃的工作范围。系统提供了内存，能有效地支持突发性数据传输。GPRS无线调制解调器采用了Wavecom公司的产品，提供了稳定可靠的无线分组数据传输。软件模块包括实时操作系统、TCP/IP协议栈、PPP协议栈和上层应用软件四部分，前三个模块称作系统软件，向上层应用软件提供了实现各领域功能的运行环境，实现了构造完整领域应用的通信基础架构。

　　软件模块的核心单元是：实时操作系统、TCP/IP协议栈和PPP协议栈，与上述硬件平台一起构成上层软件运行的通信平台和控制平台。通过引入先进的通信软件设计模，将核心单元有机地结合在一起，构成通用、易于移植的软件架构。使得通信平台对于上层软件来说是透明的，后者无需考虑数据传输通道是怎么建立、维护和拆除的，只需直接调用发送和接收数据的接口函数（API）。从而方便了领域应用软件的编写、测试和维护，并能最大限度的重用代码。

实时操作系统

　　GPRS嵌入式系统又是实时系统，系统软件和上层应用软件必须能及时、并行、协调地对数据通信事件和其它外部事件做出正确地响应，并能有效地利用系统资源，避免竞争资源造成系统崩溃。单任务软件是不能满足这些要求的。单纯提高处理器速度，则效率低下,甚至无法完成。只有多任务实时操作系统才能胜任，能对重要性各不相同的任务进行统筹兼顾的合理调度，保证每个任务及时执行。
基于实时操作系统编写的软件，模块化程度高，便于移植，从而能提高软件生产效率，提高软件产品质量，符合软件工程需求，增强生产厂商的竞争力。总之，实时操作系统是知识集成的平台，是走向标准化道路的基础。

　　我们的实时操作系统具有高度安全性、微内核和实时响应等特征，能适应恶劣的工作环境，提供了统一的编程界面，并能有效地支持各种通信协议栈的运行。其特点包括：

（1）实时性

　　实时性是指能够在限定时间内执行完规定的功能，并对外部的异步事件作出反应的能力。实时性的强弱以完成规定功能和作出响应时间的长短来衡量。提高硬件的处理能力可以在一定程度上提高计算机控制系统的实时性，但是当硬件确定以后，控制系统的实时性能主要由操作系统来决定。在工业自动化领域，我们的实时操作系统为应用程序提供内建的实时支持，使其具备确定的响应能力。

（2）可靠性

　　工业控制系统对可靠性要求很高，计算机控制系统发生故障或死机对于企业安全高效生产带来不利的影响。可靠性主要包含两个方面的含义：一是控制计算机本身要连续稳定运行，二是系统检查出故障后要有保持安全状态的能力。虽然软硬件抗干扰技术、热冗余技术可以在一定程度上提高工业控制系统的可靠性，但是操作系统的可靠性仍然影响着工业控制系统的运行。我们的实时操作系统能从结构支持实现可靠的软件。

（3）开放性

　　我们的实时操作系统能有效地支持各种通信协议栈的运行，广泛支持各种通信硬件、局域网连接以及拨号连接。还具有良好的可扩展性，用户可根据实际需要定制合适的领域软件模块，集成到实时操作系统之上。

（4）开发环境

　　工作方式灵活，生成和调试工具方便易用。我们的实时操作系统是一个适合下一代互连工业自动化设备的理想小体积嵌入平台。实时操作系统能从FLASH启动，从而避免了暴露在灰尘、高温和震动环境下，使它可以适应恶劣的外界环境。



　　为了统一各配电综合测控仪的时间基准，配变监控管理系统可定时对各配电综合测控仪进行校时。

D、统计分析和报表、曲线处理功能

　　电表监控管理系统提供强大的数据统计、分析功能，为用户提供准确实用的统计数据，为配变科学管理提供关键的数据。统计数据如图2。


　　电力监控管理系统可以针对某一变电所自动生成日报表、月报表、年度报表等汇总报表及。日报表统计一天24小时内的运行参数如：负荷、电流、电压、有功无功等情况生成报表；报表可直接进行预览、打印。自动生成趋势曲线，直观的反映出运行趋势。曲线图如图3。


　　此图表直接放到服务器做成网页格式，可供局域网内所有用户查询、统计、分析、打印等。

结束语

　　一户一表、抄表到户工程结束，能源紧缺，系统电源性缺电，全国拉闸限电、有序错峰用电的形势下；国家电网公司要求全面推进电力需求侧管理，满足用户对用电质量和用电可靠性的要求，要求加快配电低压负荷控制管理自动化水平，同时对电业局监控、管理的科学化和电力需求侧管理(DSM)的智能化提出新的需求：采用GPRS通讯电力综合监控系统以其先进的技术，精确的测量准确度和科学的设计、制造，在电力监控的科学管理中将大展身手，保证电网安全、经济、可靠地运行，在电业局自动化管理中发挥重要地作用。


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