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一、  系統(tǒng)概述

      由于電力系統(tǒng)測(cè)控終端一般都安裝野外環(huán)境中，地點(diǎn)偏遠(yuǎn)，無(wú)人值守，設(shè)備必須能夠在特殊的環(huán)境下長(zhǎng)期、穩(wěn)定工作。GPRS無(wú)功功率補(bǔ)償控制系統(tǒng)，根據(jù)用戶的實(shí)際需求特別研制?？刂葡到y(tǒng)主要由電源模塊、數(shù)據(jù)采集、人機(jī)接口、無(wú)功補(bǔ)償控制及GPRS 數(shù)傳模塊五大部分組成。只要有一部可以接入Internet的電腦作為服務(wù)器就能實(shí)現(xiàn)對(duì)分布各地的無(wú)功補(bǔ)償控制器進(jìn)行監(jiān)控，也能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)監(jiān)控。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì), 具有技術(shù)原理先進(jìn)、測(cè)量精度高、功能完善、組網(wǎng)靈活、可靠性高、可擴(kuò)展性強(qiáng)、成本低等優(yōu)勢(shì)。
      另外，系統(tǒng)具有自動(dòng)撥號(hào)、斷線重?fù)芄δ?。在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不穩(wěn)定時(shí)，具有自動(dòng)恢復(fù)通訊能力，保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作，無(wú)需人為干預(yù)。在電源抗干擾及散熱等方面也有特殊設(shè)計(jì)，使得終端設(shè)備能適應(yīng)惡劣工作環(huán)境。

 二、  需求分析

      長(zhǎng)期以來(lái), 我國(guó)配電網(wǎng)無(wú)功匱乏, 網(wǎng)損嚴(yán)重。隨著我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的不斷深入, 對(duì)節(jié)能降耗提出更高的要求, 低壓無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生, 成為平衡配電網(wǎng)絡(luò)無(wú)功、提高電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)絡(luò)損耗的有效措施。對(duì)低壓配電系統(tǒng)實(shí)施無(wú)功補(bǔ)償十分必要, 合理的無(wú)功補(bǔ)償能夠有效維持系統(tǒng)的電壓水平, 提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性, 避免大量無(wú)功功率的遠(yuǎn)距離傳輸, 從而降低有功網(wǎng)損, 減少發(fā)電費(fèi)用。
供電系統(tǒng)控制中常需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制投切、讀取實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)和接收故障報(bào)警信號(hào)等，上位機(jī)和無(wú)功補(bǔ)償終端之間通訊的命令和數(shù)據(jù)傳輸具有數(shù)據(jù)量小、定時(shí)或非定時(shí)及實(shí)時(shí)發(fā)送等特點(diǎn)，一方面需實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳，另一方面也需要下達(dá)各種傳輸、控制指令，即實(shí)現(xiàn)雙向的數(shù)據(jù)、指令傳輸。數(shù)傳電臺(tái)的缺點(diǎn)是受地形、氣候的影響較大，造成系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時(shí)性較差，無(wú)法主動(dòng)上報(bào)。
       GSM短消息方式可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)上報(bào)；缺點(diǎn)是按條收費(fèi)，運(yùn)行費(fèi)用高，而且在節(jié)假日短消息中心服務(wù)器繁忙時(shí)延時(shí)相當(dāng)長(zhǎng)。光纖通信穩(wěn)定可靠，但是施工成本投入大、擴(kuò)展性差、設(shè)備維護(hù)方面不方便。而GPRS通信則避免了以上問(wèn)題。由于GSM網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)成熟，覆蓋面又廣，利用移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商提供的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，是電力系統(tǒng)現(xiàn)代化的一個(gè)重要發(fā)展方向。

 三、  系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理
 1．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
GPRS無(wú)功功率補(bǔ)償控制系統(tǒng)是基于移動(dòng)的GPRS網(wǎng)絡(luò)，主要由以下三部分組成： 
  a.  現(xiàn)場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償控制器 
  b  GPRS通訊管理模塊 
  c.  服務(wù)器上位機(jī)
   系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔明了，擴(kuò)展性好，能適應(yīng)多變的監(jiān)控要求

（1）現(xiàn)場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償控制器
      終端使用基于DSP的無(wú)功補(bǔ)償控制器，控制器安裝在電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)電網(wǎng)的電氣參數(shù)進(jìn)行采集監(jiān)測(cè)，同時(shí)記錄、分析并計(jì)算采集數(shù)據(jù)，自動(dòng)進(jìn)行電容投切操作，在異常時(shí)主動(dòng)發(fā)出報(bào)警信息，同時(shí)存儲(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息。

（2）GPRS通信管理模塊
      GPRS通信管理模塊是服務(wù)器與現(xiàn)場(chǎng)控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄?，它使控制器獲得的電網(wǎng)參數(shù)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)能夠及時(shí)傳送到服務(wù)器計(jì)算機(jī)。

（3）服務(wù)器上位機(jī)
      服務(wù)器上位機(jī)主要完成對(duì)終端傳來(lái)的數(shù)據(jù)、報(bào)警信息進(jìn)行處理并對(duì)各終端的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，是主要的人機(jī)接口。

2．?dāng)?shù)據(jù)傳輸流程
具體的數(shù)據(jù)傳輸流程為：
       * GPRS終端通過(guò)串行接口從客戶系統(tǒng)中取出用戶數(shù)據(jù)；
       * 處理后以GPRS分組數(shù)據(jù)的形式發(fā)送到GSM基站；
       * 分組數(shù)據(jù)經(jīng)SGSN封裝后，發(fā)送到GPRS IP骨干網(wǎng) 
     PC機(jī)服務(wù)器以撥號(hào)方式接入Internet，即PC機(jī)為移動(dòng)GPRS內(nèi)部網(wǎng)分配的動(dòng)態(tài)IP地址，則分組數(shù)據(jù)先發(fā)送到目的SGSN，再經(jīng)GSM基站發(fā)送到與PC機(jī)相連的GPRS終端；若PC機(jī)以專(zhuān)線接入因特網(wǎng)具有固定IP地址，則將分組數(shù)據(jù)包經(jīng)GGSN進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換后，發(fā)送到Internet公共網(wǎng)絡(luò)。由于數(shù)據(jù)通過(guò)Internet公網(wǎng)傳輸，為了保證數(shù)據(jù)的安全性，可以申請(qǐng)移動(dòng)公司為接入用戶建立VPDN（Virtual Private Dial-up Network）即虛擬撥號(hào)專(zhuān)網(wǎng)。其專(zhuān)用的網(wǎng)絡(luò)加密和通信協(xié)議，可以在公共網(wǎng)絡(luò)上建立安全的虛擬專(zhuān)網(wǎng)，遠(yuǎn)程用戶可以通過(guò)虛擬的加密通道與服務(wù)器內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接，而公共網(wǎng)絡(luò)上的用戶則無(wú)法穿過(guò)虛擬通過(guò)訪問(wèn)服務(wù)器。在基于GPRS網(wǎng)上承載VPDN不受地點(diǎn)限制，只需具有一臺(tái)PC機(jī)服務(wù)器和GPRS終端即可，具有安全、方便、靈活的特點(diǎn)。
3．系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖 :


 四  、 為何選用GPRS通訊模塊
    1．GPRS DTU 特點(diǎn)
      通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)GPRS 是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來(lái)的一種新無(wú)線數(shù)據(jù)傳數(shù)業(yè)務(wù)，目的是給移動(dòng)用戶提供高速無(wú)線IP或X.25服務(wù)。 GPRS理論帶寬可達(dá)171.2Kbit/s，實(shí)際應(yīng)用帶寬大約在40～100Kbit/s，在此信道上提供TCP/IP連接，可以用于INTERNET連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用。GPRS采用分組交換技術(shù)，每個(gè)用戶可同時(shí)占用多個(gè)無(wú)線信道，同一無(wú)線信道又可以由多個(gè)用戶共享，資源被有效的利用。GPRS允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源。GPRS永遠(yuǎn)在線，按流量計(jì)費(fèi)，從而提供了一種高效、低成本的無(wú)線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、點(diǎn)多分散、中小流量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。
     GPRS 技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分組發(fā)送和接收，永遠(yuǎn)在線且按流量計(jì)費(fèi)，迅速降低了服務(wù)成本。GPRS DTU為用戶提供高速的無(wú)線DDN 通信系統(tǒng)，透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶摂M專(zhuān)用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，與數(shù)據(jù)中心一起提供透明數(shù)據(jù)傳輸通道，組成用戶專(zhuān)用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。

（一）、基本特點(diǎn)：
使用方便、靈活、可靠
支持雙頻GSM/GPRS
符合ETSI GSM Phase 2+標(biāo)準(zhǔn)
數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線
實(shí)時(shí)時(shí)鐘
支持A5/1&A5/5加密算法

增強(qiáng)功能
透明數(shù)據(jù)傳輸與協(xié)議轉(zhuǎn)換
支持虛擬數(shù)據(jù)專(zhuān)用網(wǎng)
短消息數(shù)據(jù)備用通道(選項(xiàng))
支持動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)中心域名和IP地址(V2.61以后軟件版本)
STK卡特殊功能配置
支持TTL/RS-232/485或以太網(wǎng)接口

支持音頻接口，方便維護(hù)操作
系統(tǒng)配置和維護(hù)接口
通過(guò)Xmodem協(xié)議進(jìn)行軟件升級(jí)
支持空中軟件升級(jí)和遠(yuǎn)程維護(hù)(選項(xiàng))
自診斷與告警輸出
抗干擾設(shè)計(jì)，適合電磁環(huán)境惡劣的應(yīng)用需求
防潮設(shè)計(jì)，適合室外應(yīng)用

（二）、傳輸效率
1） 用戶數(shù)據(jù)傳輸效率(用戶數(shù)據(jù)占網(wǎng)絡(luò)層總數(shù)據(jù)的比例)：
    DTU 支持不同組網(wǎng)方式，不同的數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度，這時(shí)有不同的傳輸效率。下面假設(shè)在DTU 當(dāng)前最長(zhǎng)所能支持的最大用戶數(shù)據(jù)包長(zhǎng)的情況下，即1024 字節(jié)包長(zhǎng)。
   i. 僅支持DTU 主動(dòng)發(fā)起到數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)傳輸：最大傳輸效率(w) = 97.3%
   ii. 支持雙向主動(dòng)互傳：最大傳輸效率(w) = 95.9%

2） 傳輸時(shí)延(從發(fā)送到接收數(shù)據(jù)之間的時(shí)間)：
不同的數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度，傳輸?shù)臅r(shí)延不同。根據(jù)目前移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)狀況，一般一個(gè)包長(zhǎng)為100 到200字節(jié)之間的數(shù)據(jù)包可以在1 秒內(nèi)互傳完畢。大于200 字節(jié)的數(shù)據(jù)包平均在1 秒到3 秒之間可以互傳完畢。

（三）穩(wěn)定性
1） 有效率：發(fā)送成功數(shù)據(jù)占總發(fā)送數(shù)據(jù)比例
       根據(jù)目前在北京、石家莊使用的結(jié)果來(lái)看，在網(wǎng)絡(luò)正常的情況下，一般數(shù)據(jù)包的成功率都在97%以上。
2） 穩(wěn)定性綜合參數(shù)：有效率x 傳輸效率
       網(wǎng)絡(luò)有效帶寬和最大傳輸單元(MTU)之間存在著極其重要的關(guān)系，一般MTU 增大到200 字節(jié)以上不會(huì)明顯增加帶寬，但會(huì)增大平均延遲，測(cè)試結(jié)果表明MTU 的最優(yōu)大小是200 字節(jié)左右。
3） 斷線自動(dòng)連接
      自動(dòng)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)連接狀況
      設(shè)備自診斷、自恢復(fù)
4）配置方便性
     菜單式配置(超級(jí)終端，無(wú)需專(zhuān)用軟件)
     維護(hù)軟件配置
5）結(jié)構(gòu)
     內(nèi)部連接可靠性： 內(nèi)部連接機(jī)械連接包含GPRS 模塊與PCB 之間、SIM 卡固定連接
      產(chǎn)品尺寸： 110x56x15mm
     安裝方便： 外殼螺絲固定
     防震： 接插件少，具良好抗震性<