2023年基于GPRS通信网的配网自动化载波系统设计方案.doc

一、背景情况 近年来，我国电力建设开展速度很快。两网改造在有些地区已初步完成，用户不仅要求有电用，而且要求用高质量的电，享受到更好的效劳，提高电力部门电费实时性结算水平，建立区域乃至全国统一的电力大市场已成为所有电力部门的共识。同时，供电部门对用户侧防窃电技术的要求也越来越迫切。由此带来的对传统结算手段的改进，对关口及配变计量监测点用电情况的监测的需求已越来越强烈。 目前电力系统配网自动化及配变监测的开展还处在初级阶段，只是在少数城市进行了局部试点。由于馈线开关及配电变压器分布点多、位置杂乱。建立一个时效性强，可靠性高、投资省的通信信道网络困难非常大，并已成为配网自动化及配电、大、中用户用电管理系统进行大面积推广的最主要障碍。 对于解决通信网的传统方案，电力部门作过多种方式的尝试，但都没能得到大面积推广，究其原因，主要有以下几个方面的限制因素： ◆ 投资太多 ◆ 工程量太大 ◆ 速度慢、时效性差 ◆ 运行维护困难 ◆ 频率资源枯竭 ◆ 终端设备价格太高 ◆ 终端设备安装维护困难 二、电信部门网络现状 与此同时，我国电信的移动通信业务也经过了一个飞速开展的时期，从最初的模拟网到世界上最大GSM数字网再到2.5G的无线通信网。效劳越来越完善，功能越来越强大，完全具备建立专业化通信网络的需求。下面对中国两个最大的电信运营商--中国移动和中国联通提供2.5代通信网：GPRS和CDMA通信网络的运行情况做一个根本介绍： 1、 GPRS通信网络 GPRS即“通用分组无线业务〞〔General Packet Radio Service〕, 是在现有GSM网络上开通的一种新型的分组数据传输技术。相对于原来GSM以拨号接入的电路交换数据传输方式，GPRS是分组交换技术，具有永远在线、自如切换、高速传输等优点，它能全面提升移动数据通信效劳。现在全国已有400个城市开通。 2、 CDMA通信网络 CDMA 是码分多址的英文缩写〔Code Division Multiple Access〕，它是在数字技术的分支扩频通信技术上开展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。由于CDMA不兼容原有的GSM网络，网络建设周期比拟长，并且尚不能提供数据效劳，而GPRS可充分利用原有的GSM设备，已在全国400个城市率先开通数据业务，故本系统采用基于GPRS网络的无线通信系统。 三、系统总体网络实现方案 利用中国移动现有的GPRS通信网络，台变和后台系统的所有交换信息通过中国移动的数据通信效劳中心，在移动的数据效劳中心和供电局配电中心之间申请VPN专网，并在电力局配电中心建立中心主站，所有终端设备通过GPRS网络及移动数据中心连至该中心主站，实现台变数据和主站系统的实时在线连接。居民用户的用电数据通过单相载波表载波至台变下的载波集中器，载波集中器通过485口将数据传至GPRS配网终端并通过GPRS网络传送至后台抄表系统。 该系统的主要功能: u 全自动数据抄收 u 故障信息主动上报 u 实时巡检表计参数 u 自动电量平衡分析 u 及时发现表计被非法侵入及窃电行为 网络结构如以下列图所示： WEB效劳器 数据信息控制指令 VPN专网 通信工作站 WEB效劳器 通信工作站 防火墙 GPS时钟 接入交换机 电力配网及抄表中心站 GPRS网关 10KV线路 GPRS 分组无线网 配电变压器 A B C N 380V N C B A NCN 载波集中器 485总线 GPRS配网监测仪 N C B A 单 相 载 波 表 单 相 载 波 表 单 相 载 波 表 四、GPRS终端主要功能简介 1、 GPRS实时在线通信功能，可组成安全、可靠的无线局域专网； 2、 符合国家计量检测标准的各项计量功能，系统具有设备参数回读功能、回读参数和后台系统保存的设置参数比对，异常那么报警； 3、 遥信变位、遥测越限主动上报； 4、 所有信息数据经过DES加密算法处理，保证信息数据传输安全性，拒绝非法数据进入系统； 5、 两路10A遥控接点输出〔接点数量可扩〕； 6、 四路遥信接点输入〔接点数量可扩〕； 7、 失压、失流报警、显示、记录功能； 8、 电压越限报警、显示、记录功能； 9、 超负荷报警功能，全数字油温检测； 10、事件记录功能，停电抄表功能； 11、主站下发预售电量或预售电费，通过开关控制实现远程预付费功能； 12、 通信协议，支持DNP3.0、IEC60870.5-101〔改进〕、DL/T645、部CDT、SC1801等多种通信规约； 13、具有数据转发功能，转发附近其它智能设备〔如多功能电表〕的数据； 14、具有红外维护通讯口，通过该接口可当地修改设备参数； 15、有设备自检功能，能够报告运行状态和故障信息； 16、能够适应上下温和高湿等恶劣运行环境； 17、终端远程复位功能； 18、通过INTERNET 在线升级应用程序功能； 19、集中抄表功能：可通过电力线载波抄收所有配变台区下的单相表用户，电量通过 GPRS信道传送至后台系统； 20、兼容86系列表安装尺寸，安装使用方便，相当于一块电表安装工作量；无须增加额外的安装调试工作量，免维护。 五、载波抄表功能简介 1、简 介 电子式单相载波〔复费率〕电能表及其集中抄表管理系统，集微电子技术、通信技术和计算机网络管理技术于一体，采用与传统集中抄表方式完全不同的数据传输机理，解决了传统载波集抄只能采集电表计量脉冲、不能直接读取RS485总线数据的难题。本系统以单相〔复费率〕电能表为根本计量单元组成低压电力线载波远程集中抄表管理系统，具有抄收速度快、抄收同时性好、精度高、数传可靠性好、安装简单等特点，广泛用于新建或改造的城镇居民小区及农村等单相、三相用电户分时电能计量，特别适合民用长寿命、免维护要求，是推进需求侧管理工作，引导用户优化用电方式，提高电能使用效率，促进电力资源优化配置的优选产品。 2、工作原理 电力载波系统用低压电力线作为数据通信信道，利用扩频技术，用软件实现信号的调扩与解扩，并融入了模式识别、模糊控制及现代信号处理技术，大大提高了通信性能。在信号耦合、阻抗匹配、抗干扰措施、组网方式等方面进行了深入的研究和大量的实验，保证了系统在强噪声、阻抗变化大、信号衰减大的电力线上实现可靠的数据通信。 提高通讯可靠性的具体措施： l 在大量深入实验研究的根底上优选频点，保证使用背景噪音小，信噪比高，阻抗较稳定的区段； l 采用硬件、软件多重滤波结合，充分发挥扩频通讯的抗干扰效果； l 运用模式识别、模糊控制技术，根据线路信噪比自动调整码判别限，大大降低误码率； l 自动选择中继路由，最多到达三级深度，从而自洽地调整线路鼓励点相位，到达扩大覆盖区域，提高实抄率的目的； l 系统具有自动判误重发机制，保证高的实抄率，同时到达高的抗误动作性能。 3、系统特点 u 直接抄收电表RS485总线输出的数据，保证集抄数据与电表显示数据完全一致，铲除丢电量现象。 u 通讯传输稳定性好，无调整元件。采用了独特的微弱信号检测技术，通信成功率高。 u 通信距离远，载波电表具有信号自动中继功能，可实现多达三级方式的中继，使传输距离可达2KM以上。 u 抗干扰能力强，数据传输准确，信道干扰不会引起数据出错。 4、主要通讯技术参数 l 通信距离：架空线〔无中继〕≤1000M；电缆〔无中继〕≤300M l 通信误码率：≤10-6 l 实抄率： 24小时100%；48小时100% l 远程控制： 可选 l 抄收容量：一个配变载波数据集中器1000户 l 停电数据保持时间: 数据10年，时钟一个月 l 工作电压：220V±20％； l 环境温度：-20℃～+55℃ 5、电表主要技术参数 l 准确度等级 1.0级 2.0级 l 电压回路功耗 ≤1W ≤5VA； l 电流回路功耗 ≤1VA l 额定电压V 220 〔154—264〕 l 额定电流A 1.5〔6〕 2.5〔15〕 5〔30〕 10〔60〕 20〔100〕A l 工作环境温度 -25 ℃~55℃ 特殊要求时-40℃~60℃ l 时钟准确度 ≤0.5S 6、电表主要功能特点 u 本产品具有双向计度功能，能够精确地测量正、负两个方向的有功功率，且以同一方向累计电能； u 电能量按峰、谷、平、总分别计量、显示、存贮，3费率，12个时段； u 自动月结算功能：任意设定抄表日，保存12个月电量数据； u 负荷曲线记录功能：任意设定负荷代表日，记录0-24h整点时的总电量； u 内置时钟具有日历、计时、闰年自动切换功能； u 内置低压载波通讯模块，可通过电力线载波接收和执行各种命令； u 具有标准RS485串行数据和远红外通讯功能，符合DL/T645-1998多功能电表通信规约 ； u 硬件时钟电路；数据保存电池工作寿命大于10年，连续工作时间大于3年； u 采用了多种抗干扰措施，使整机可靠、抗干扰能力强；具有对时及自检功能； u 可根据用户需求选择增加远程开关控制，方便用户实现系统预付费功能。 7、载波数据集中器 每个配电台区一台，固定位置安装。集中器与抄表模块之间通过电力线通讯，集中器与后台系统之间通过GPRS信道通信。集中器平时自动按后台系统设置的时间抄读本台区抄表模块数据，具备自学习、自适应电网结构的智能，沿电力线搜索和抄读电表的能力。 l 按照主站设置的循环、定时等抄表方式自动抄取台变内的各载波电表数据； l 自动保存、冻结上月、上上月的抄表数据及记录最后一次抄表时间、日期； l 自动管理三相电力线载波通信、载波电表中继转发路由； l 数据容量大，每个台变的数据集中器能管理多达1000块载波电表的数据； l 数据抄收方式灵活，可通过主站 抄表，也可在当地通过掌上红外抄表或微机在线读取电表数据。 六、项目的实施步骤 按照统一规划，分步实施的原那么。首先选择数条10KV线路作为实验线路。安装具备GPRS抄表功能的配网表计、后台网关及中心主站系统。实现配变台区的自动监测。在台区监测运行到达预期设计目标情况下，实现台区居民用户的载波到台区，然后利用GPRS网络自动抄收到后台主站。实现线路电量平衡的自动考核和分析。