（上海交通大学 信息安全学院 上海 200240)
摘要：变电站作为重要的能源供应枢纽，确保其安全和可靠运行是电力部门的重要责任，在线监测系统用于变电站保证了对变电站的设备状态监测是及时和准确的。鉴于变电站监测系统存在的改造、维护不方便，定位监测设备的故障原因不便等问题，本文提出了一种新的传输方式，通过蜂窝网络传输变电站的监测数据，减少了现场布线、配置和维护等的麻烦，系统的稳定性较高，并且能够灵活地进行设备扩展。
关键词：在线监测，变电站， Modbus，GPRS
Summary: Substation as a significant power supplier, to ensure its operation safe and reliable is an important responsible for the power ministry. Online monitoring system for substation ensure that the substation equipment’s status monitoring is timely and accurate. Due to the substation monitoring system reform and maintain inconveniently, and difficult to locate the reason of the breakdown of monitoring equipment, this paper presents a new method to achieve wireless transmission of substation detecting data, it reduces trouble of wiring, configuration and maintains, reaches higher system stability, and expand equipment flexibly.
Keywords：Online detection, Substation, Modbus, GPRS
0引言
当前，变电站正在由数字化向智能化方向发展，对系统的灵活性、扩展性和易维护性提出了更高的要求。变电站在线监测系统普遍使用总线型网络结构连接监测装置，由此引起了站内通信系统配置、维护麻烦，建设周期加长，以及系统结构不容易扩展等问题。针对这些问题，本文提出一种使用GPRS蜂窝无线通信方式实现变电站在线监测的方案，是一种快捷、易扩展和维护的方案，并且灵活度高、稳定，实现了变电站在线监测系统的监测装置网络化和无线传输。
1设计通信协议
数据协议是进行数据传输的语言，是整个系统的基础，本通信协议基于工业标准Modbus协议进行协议设计，可以达到通用和应用简便的特点，本协议的数据帧包含了设备地址、功能码、数据长度、校验码、帧头和帧尾。表1-1制定了系统的数据帧格式，为便于系统的数据处理增加帧头和帧尾字段，设备地址包括源地址和目的地址，数据长度标识了帧的总字节数，CRC16校验确保数据在传输过程中的完整性。功能码定义了监测系统的业务逻辑，由监测终端和后台监控主机实现相应的服务端和客户端的业务逻辑。
2蜂窝通信模块
蜂窝通信模块处理系统的数据收发功能，系统采用基于蜂窝网络的数据终端单元（DTU）进行监测数据的接收和发送，其内部集成有TCP/IP、PPP等网络协议，能够掉电自动重连，支持RS485/RS232等串行接口，广泛应用在电力、气象监测和工业控制等领域中。DTU依托GPRS蜂窝网络传输监测数据，为监测设备和站内监控主机提供数据传输服务。
GPRS是指通用无线分组技术，通过在移动电话网中引入GPRS服务支持节点和GPRS网关支持节点实现了对数据的分组传输，并且按照传输的数据量计费，其数据传输速度能够满足广大中、低速监测设备的任务需要。
3数据转发中心的通信模型
数据转发中心(Data Switch Center)为站内监测设备及监控主机提供了数据通道，蜂窝网络覆盖范围广，依靠蜂窝网络传输监测数据，适于部署广大、分散地区的在线监测系统，并且蜂窝网络的数据传输效率和资费正在逐步改善，因此该方式具有更大的发展空间和经济效益。
无线传输系统的网络结构如图1-1所示，站内监测装置和后台监控主机之间通过蜂窝网络连接，为数据采集终端和后台监控主机建立了数据通信的桥梁。监控主机可以通过有线或者蜂窝网络接入Internet，实现系统中监测设备间的互联，丰富了设备接入的形式和系统的应用场景，并且允许大量的在线监测设备接入监测系统。
4数据转发中心的实现
数据转发中心解决了监测设备和后台主机之间的互联和数据交互问题，并且维护监测设备的IP地址和设备地址之间的映射信息，高效的进行数据帧的解析和转发，使用Java语言实现，可以同时进行多个变电站的大量监测设备的数据接入，具有良好的复用性和稳定性。图1-2所示为转发中心的类图，Selector对象监听套接字端口，返回SelectionKey对象包含了所有处于可用状态的网络通道，系统根据该对象可有效地处理数据帧的收发操作。
数据转发中心的流程如图1-3所示，通过非阻塞IO多路复用的方式监听网络套接字和处理数据帧，当有活动的套接字时，进行读取并处理数据或者发送广播信息，否则进程挂起等待，提高了系统的运行效率。
数据转发中心的数据帧分为3类：
（1）连接请求，数据转发中心建立与监测设备等的数据通道；
（2）数据请求，解析地址映射表找到目的IP地址，然后将数据帧重新编码后发送到目的装置；
（3）广播信息，转发中心定期发送广播信息，维护和清理监测设备的连接状态，确保监测设备永久在线。
5 结论
文章提出的数据转发中心实现了一种通过蜂窝网络进行在线监测的信息传输功能，目前主要应用于变电站中的变压器油色谱监测，系统运行稳定、故障率有效降低，产生了巨大的经济效益，也可以应用于其他数据采集或监测系统，如远程信息采集系统、环境监控系统等分布式系统。可根据不同的应用环境实现相应的业务逻辑功能，可灵活搭载新一代蜂窝网络，并且转发中心对多个变电站能够实现复用，对于具有大量监测装置的、远距离的监测系统具有借鉴意义。
参考文献
[1]刘瑾，冯瑛敏，黄丽妍，基于物联网技术的智能电网[J]，电力与能源进展，2017,5(2):46-49
[2]曲娜，基于物联网技术的变电设备智能测温系统设计[J]，电子技术与软件工程，2015(8):12
[3]田会峰，韩斌，基于多协议的分布式光伏电站智能控制系统设计[J]，测控技术，2013,32(2):70-73
[4]万林，章国宝，基于ZigBee和GPRS网络的农网剩余电流在线监测系统[J]，电力安全技术，2017,19(1):39-43
作者简介
赵飞（1989.3.3）民族 汉.性别 男.陕西西安,学历:硕士,浪潮金融信息技术有限公司,研究方向:计算机通信。
论文作者:赵飞
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/16
标签：数据论文; 在线论文; 变电站论文; 蜂窝论文; 设备论文; 系统论文; 监测系统论文; 《电力设备》2017年第31期论文;