摘要：随着社会向高度信息化、电气化发展，对电力供应的可靠性、电能质量及供电服务的效率要求越来越高，如何加快配电网自动化建设步伐已成为我国电力企业当前面临的重要课题。然而，配电网自动化系统运行、管理功能综合优化的实现是建立在配电系统信息化基础上的。通信是配电网自动化的关键，也是配电网自动化的核心。由于配电网点多、面广，线路接线复杂且变化频繁，给通信系统建设带来很大困难。现有的通信手段如有线通信、无线扩频通信、载波通信等由于地理位置、可靠性以及计费方式等的限制均不能很好满足系统的要求。光纤通信是目前最好的通信手段，但由于其高昂的造价限制了其应用，而且不适应配电网经常更换的需要。因此，通信问题成了目前制约配电网自动化发展的瓶颈。随着新一代移动通信业务的产生和全面投入，无线移动数据通信的应用也越来越广泛。GPRS通信具有高速数据传输和永远在线特点，配合按流量收费的资费方式，使GPRS通信在配电网自动化控制中的应用具有无可比拟的性价比优势。
关键词：GPRS技术；配网自动化；组网方案
引言
近年来，工业社会不断发展，人们对信息电气化的高质量及可靠性提出了更高的要求，整个行业面临更严峻的挑战，配网自动化如何更好的发展成为了需要解决的难题。对于配网自动化来讲，通讯技术是重中之重，是所有技术的关键和核心。配电网的网点很多，辐射范围广，而且线路系统也十分复杂，数据变化十分频繁，这些因素在一定程度上对自动化的建设和管理产生了很大影响。在实际工作中，有线通信和载波通信等技术被普遍应用，但与此同时也遇到各种问题，例如：地形环境的限制、计费比较复杂、可靠性存在问题等。虽然光纤通信是很好的解决方法，但是光纤通信费用昂贵，这就阻碍了其发展。无线数据移动通信技术为市场增添了新的活力。而GPRS通信技术特点是性能优良，是很好的解决方案，其传输的速度很高，且不掉线，可以按照流量进行配合资费，性价比很高，并广泛的应用于配网自动化系统中。
一、GPRS技术概述
1.1 GPRS技术概念
GPRS（GeneralPacketRadioService，GPRS）技术全称为通用分组无线业务技术，它的基础是第二代移动通信GSM系统，并在其上加入了网关支持节点（GGSN）、服务支持节点（SGSN）和分组控制单元（PCU）等新组件，最终产出是提供分组形式的数据流。它允许客户端通过端对端模式进行数据传递，不需要电路交换，游离于网络资源，效率高且成本低，特别是在传输不稳定的领域，例如各种间断性、突发性少量数据传递。它可以实时的控制流量并进行容错，降低了不必要的底层环节费用，增强控制力的同时提高了安全性，是有效管理延时和带宽的数据传递技术。
1.2 GPRS技术特点
GPRS技术具有以下特点：
1）核心网络中通过应用节点技术实现分组交换模式，节点分两种：GGSN网关GPRS支持节点和SGSN服务支持节点，前者主要起到网关的作用，把多种不同的数据进行，后者主要完成分组数据包的路由转发、移动会话及逻辑链路管理等功能；
2）基础技术采用基于TCP/IP协议的GTP模式传递高层数据，SGSN和移动业务交换中心地位平等，通过定位单个存储单元，完成安全校验和数据接入，节点应用帧中继技术连接到各个基站；GGSN通过骨干网连接外部分组交换网；
3）通过GGSN与万维网连接，可以实现点对点的单一和多元映射服务，并进行透明和非透明外部连接，短信业务亦可通过GPRS通道传递；
4）GPRS技术最佳应用领域为频繁发送小数据量包的工况，同时也可应用在偶发大数据量的工况，其具备4中服务质量，间断后重新传输的速度很快，可以在1s之内完成；
5）无线信道可以根据实际情况进行动态分配，自适应性强，通常每个TDMA帧对应到最多8个无限接口时隙。时隙为所有人共享的资源，上下行通道独立，全面实现了数据和语音共存，无线和网络共享；
6）可以支持的数据传递速率区间为9.1~171kb/s，覆盖了中速和高速，可以实现四种编码方案共存，分别为CS-1~4；
7）由于传递的数据是透明的，通过信息封装隧道技术，可以实现高速率传输和高可靠性；
8）由于引入了分组交换模式，很大程度上解决了资源短缺的问题，它不像电路交换模式需要占用独立的信道，GPRS技术只有在数据传递期间才占用信道因此信道可以实现共享，提高利用率。
二、基于GPRS的配网自动化系统通信组网方案设计
基于GPRS的配网自动化系统总体组网方案如图1所示。
安装在配网自动化系统现场的数据采集终端一方面通过RS－485接口同被监控设备进行通信，通过RS－232接口实现与计算机的通信；另一方面通过GPRS数据单元（GPRS-Modem），经过GSM基站转发，通过SSGN进入GPRS骨干网，数据经过GSM/GPRS无线通信网络同管理中心进行通信。通过安装在现场的系统终端，利用GSM/GPRS网络，管理中心可以实现对现场的各种参数设置、采集和分析，同时，及时向远方的用户终端发送各种控制命令。
2.1数据采集终端侧组网方案
由于配网自动化系统的测控对象既包括较大容量的开闭所和小区变，又包括数量级多但单位容量很小的户外分段开关，因此宜采用将分散的户外分段开关控制器集结成若干个点（称作区域站）后，再通过GPRS网传至控制中心。若分散的
点数太多，甚至可以作多次集结，如图2所示，这样可以节约主干信道。户外分段开关与区域工作站的通信接入方式，采用数据单元（GPRS-Modem）接入方式，也可以采用其他已有的通信方式。区域工作站、开闭所和小区变的数据则通过串行方式连接到GPRSModem上，GPRSModem与GSM基站通信。与电路交换或数据呼叫不同，GPRS数据分组是从基站发送到SGSN节点，而不是通过移动业务交换中心（MSC）连接到语音网络上，SGSN与网关支持节点GGSN进行通信。区域工作站的设置方式有两种：①按距离远近划分小区，将区域工作站设置在距小区中所有
测控对象（包括FTU、TTU和开闭所、配电变电站RTU）均较近的位置。这种方式适合配电网比较密集的情形；②将区域工作站设置在为配电网供电的110kV变电站内。这种方式适合于配电网比较狭长的情形。
2.2配电管理中心侧组网方案
远端用户仅利用GPRS无线网络做传输网络用，信息传到目的地后再通过前置机或接入设备接入管理中心。由于仅利用GPRS做传输网络用，数据不经过公共互联网，所以避免了来自互联网的各种恶意攻击，用于配网自动化系统是可行的。其接入方式有两种：第一种，通过架设专线的方式直接将配网自动化管理中心与GPRS网相连；第二种，通过数据单元将GPRS网与配网自动化管理中心相连。下面就这两种方式分别进行讨论。
配网自动化管理中心前置机（含协议转换器）通过GPRS-Modem和GPRS网相连，而各配电监测点均通过GPRS-Modem数据接入单元接至GPRS网络，这样，通过各自的GPRS-Modem数据接入单元及GPRS网络，各监测点均可实现与配网自动化管理中心的信息交换，如图3中方案一所示。
此方案的优点是无需连接Internet、CM-Net，进一步提升信息传输的安全性；无需在移动公司与电力公司之间建设专线，减少工程投资，节约专线的租用费，经济性良好；可以使用内部IP，利用GPRS网络组建VPN。
本方案可以进一步进行优化，为进一步提高网络连接的可靠性，可通过GPRS/GSM网络位于两个不同地点的基站，分别连接一台GPRS-Modem数据接入单元，一台位于配电管理中心，另一台GPRS-Modem数据接入单元则通过电力通信专网数据传输电路，接回配电管理中心，这样可提高配网自动化管理中心与GPRS网络的连接速率，更重要的是对配网自动化管理中心与GPRS网络的连接进行1+1热备份，极大提高数据传输的可靠性，保证配网自动化管理中心与各配电监测点
的连续不断的信息交换。具体连接如图3方案二所示。同时为提高配网自动化管理中心与GPRS网络的连接通信速率，需将配电网自动化管理中心的GPRS-Modem数据接入单元与GPRS/GSM网络基站的连接时隙定为专用信道或较高QoS服务。
三、GPRS通信技术应用
图4所示为某电力系统故障自动排查系统示意图，整个系统由故障终端节点、GPRS网络和系统主站组成。
故障终端节点可以通过断路器检测出发生的具体故障，并定位故障位置，检测过程示意图如图5所示。
故障终端节点由故障指示器，太阳能电池，GPRS模块和无限射频收发模块四部分组成。当故障出现时，各相的故障指示器把监控信息利用无限射频收发模块传递到GPRS模块中，最终利用通信单元传递至配网自动化调度控制中心监控端。APN专线，所有的节点IP均为内网方式开展信息传递。APN专线由于使用内网IP，实现了端对端加密，放置数据在传递过程中发生拦截和丢失的现象，具备高安全性和高稳定性。
四、结语
通过对基于GPRS配网自动化系统的组网方案的分析，可以认为将GPRS通信技术应用在配电网自动化系统进行信息传送是基本可行的。各个电力公司可以根据自己的实际情况选择合适的组网方案。GPRS数据通信技术的应用将有助于推动和加快配电网自动化工作的开展。另外，上述组网方案也为GPRS系统在用电管理系统、调度自动化系统和其他自动化系统中应用提供了一个参考方案。从而为电力公司经济、方便地实现联网和数据交换等功能，实现管理的有效延伸和资源的整合，提供了一个平台。利用GPRS数据传输平台实现电力系统用电管理自动化、调度自动化、配网自动化三网融合，不仅可以避免重复建设，降低电网企业运营成本，而且可以提高整个电力系统的运营质量，提高电网企业的市场竞争力。
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论文作者:吕德铨
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/13
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