基于GPRS的配网自动化设计

摘要 : 分析了 10kV 智能开关控制器和 GPRS无线传输技术在配网自动化中的应用和特点 , 同时介绍了 基于 GPRS配电监控系统的体系结构和设计思路 , 并给出了方案实施的硬件和软件的设计方案 。

1 前 言

中低压配电网的自动化已成为电力系统发展 的趋势 。中低压配电网作为输配电系统的最后一 个环节 , 其实现自动化的程度与供用电的质量和 可靠性密切相关 。

10kV 开关是配电网络的重要电力设备 , 通过 智能开关控制器 , 10kV 开关能自动地隔离故障区 域 , 恢复无故障区域的供电 , 大大减少线路故障 的停电面积 , 保护线路的电力设备 , 提高供电的 可靠性 。同时 , 利用智能开关控制器实时监控配 电线路的运行状态 , 并把配电线路的运行状态数 据传送到后台控制中心 , 通过后台软件 , 调度人 员可以足不出户而实时地把握整个配电网的运行 状态 , 并做到第一时间发现故障并及时进行处理 , 大大减少故障处理时间 。

在配电网监控系统的通信中 , 可以采用数传 电台 、 GSM 短消息 、 GPRS 方式、光纤接入等方 式。数传电台的优势是除了每年的频点费以外 , 平 时运行无需额外费用 ; 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。 GS M短消息方式可以实现主动上报 ; 缺点是 实时性差 , 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。

2 系统设计方案

GPRS 是在现有 GS M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 X125 服 务 。 GPRS 理论带宽可达收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 I TERNET连接 、数据传输等应用 。 GPRS采用分 N 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。 同时 , GPRS还有一个显著的优点 , 只要有信号的地 方都可以通过 GPRS 来传输数据 , 适用性特别高 , 而且工程安装方便、简单 , 无需铺设通讯线路 , 大 大减少工程实施的费用和施工难度 , 见图 1。

图 1 GPR S 数据传输图

2 .1 系统原理

1 ) 采用智能控制器和 10kV 开关配合 , 能自动隔离线路故障 。保护方式采用就地保护方式 , 电网监测数据采用 GRPS 远程传输方式 , 既提高 故障处理的可靠性 , 也提高电网综合管理能力 。

2 ) 以 GPRS 为主要的数据传输方式 。由于 GPRS保持实时在线 , 实时性高 , 适合用于配电 自动化的运行数据的实时采集 。

3 ) 在调度中心建立配网自动化后台 , 接收 现场 GPRS传输的数据 , 实时监控电网的运行状 态 , 给用户提供一个电网综合管理的平台 , 用户 可以足不出户而管理现场的任何一台开关 。

4 ) 通讯方式采用 GPRS专网方式 , 这样保证 电网数据传输通道的安全性 。

2 .2 系统组成

1 ) 10kV 开关与智能开关或环网柜 、控制器 、 外置电压互感器 。 主要负责采集现场的电压 、电 流 、开关状态 、储能状态和其他运行数据 , 当电 网出现短路 、过流 、零序或其他故障时 , 能就地 隔离故障 , 保护配电线路 。

2 ) GRPS通讯装置 : 主要负责将四遥数据和 故障数据通过 GPRS传输方式上送到后台 。

3 ) 后台服务器 : 电网自动化综合管理的核 心 , 负责处理配电网的监测数据和用户下发的操 作命令 , 提供一个安全管理机制 , 储存历史数据 提供决策支持 。

4 ) 操作 工作 台 : 提 供 一 个 用 户 交 互 平 台 , 以更人性化的方式展现现场的运行状态 , 如带实 时数据刷新的电网接线图模型 。同时用户通过该 交互接口 , 可以很容易操作现场设备 , 如远程遥 控开关 、下载定值 。

3 设备功能

3 .1 智能开关控制器

该监测系统采用的智能开关控制器是根据配 电自动化相关标准设计 、制造的一种高科技产品 。 它引进了日本东芝技术 , 采用高精度数字采样处 理技术 , 集数据采集 、显示 、存储 、通讯等多功 能于一体 , 并可通过后台软件将储存记录的数据 以图表或报表的形式显示 、打印和分析 。其科技 领先 , 功能强大 、可靠性高 , 可广泛应用于配电 自动化系统的监测 。其主要功能有 : 速断保护 ; 过流保护 ; 三次重合闸 ; 事件记录 ; 涌流保护 ; 零序保护 ; 实时时钟 ; 重合闸后加速 ; 实时状态 查询 ; GPRS实时通讯 。

3 . 2 GPR S 无线数据传输模块

GPRS DTU 是基于 GPRS 数据通信网络的终端产品 。手机通过语音或者短信的传输使人们建 立起沟通的桥梁 , DTU 则是机器与机器之间完全 透明的数据传输终端设备 。本方案采用的 GPRS DTU 是专为嵌入式集成而设计的无线数据传输产 品 ; 不仅可满足 “ 一体化 +可插拔模块化 ”的需 求 , 更可为批量应用的客户降低投资成本 。其内 嵌 UDP / TCP 协议 , 兼容国家电力配变监测和负 荷管理系统相关规约 ; 兼容电力行业通用型外壳 , 可快速嵌入多功能电表 、负控终端 、配变监测终 端等设备 , 即插即用 , 支持热插拔 ; 安装简单 、 使用方便 、易于维护 。该模块符合工业级标准 , 优化电磁兼容性设计 , 智能电源设计 , 具有自恢 复功能 。 20P I 双排插针提供 TTL 和 RS - 232 接 N 口 , 并提供电池供电转接接口 。

3 .3 主要功能

1 ) 支持国家电力系统配变监测和负控相关 规约 ; 精选工业级器件 , 满足恶劣应用环境需求 ; 支持动态 IP 地址数据中心 DNS 域名寻址 ; 支持 固定 IP地址数据中心 。

2 ) 收发数据无需计算机支持 ; 点对点 、中 心对多点等数据传输 , 传输时延一般小于一秒 ; 模块化设计 , CPU 和无线核心模块分离的设计方 式 , 超强的扩展性 。

3 ) 内嵌 PPP、 TCP / IP、 UDP / IP 协议 ; 内嵌 DDP协议 ; 内嵌特有的 TDP、AT +协议 ; 满足客 户个性化需求 ; 永远在线及多种触发上线模式 ; 按数 据 流 量 计 费 ; 、 TCP / IP Server/C lient、 UDP / IP、DDP、 SMS、AT多种通信方式 。

3.4后台中心软件 DAS - 1000 DAS - 1000

采用当今最新技术的面向电力对 象开发 、分布式 、开放式系统结构 , 集电力调度 自动化 、配网自动化和地理信息系统等功能于 一体 。

4 结束语

电力用户对电能质量和供电可靠性提出了更 高的要求 , 传统的城市配网结构及保护 、运行和 管理方式已经不适应电力市场发展的需求 , 迫切 需要新的配电模式来解决这个矛盾 。通过采用 GPRS配网自动化方案 , 可以大大提高配网的自 动化程度 , 提高故障的处理响应速度 , 减少停电 时间 , 提高供电企业的服务水平 。