GPRS（GeneralPacket Radio Service）是通用分組無線業(yè)務的簡稱，采用的是基于GSM系統(tǒng)的無線高速數(shù)據分組傳輸技術，目前理論傳輸速率為115 kbps。GPRS業(yè)務于2002年7月開始在國內移動通信業(yè)推出，第一期工程在全國東部16個省的25個城市開通并進入試商用。試商用的GPRS系統(tǒng)能夠提供傳輸速率為30～50 kbps的分組業(yè)務。GPRS的出現(xiàn)，很大程度是為多媒體、互聯(lián)網通信服務，將從根本上改變原有的GSM的基于話音服務。

　　配電變壓器是將電能直接分配給低壓用戶的電力設備，其運行數(shù)據是整個配電網基礎數(shù)據的重要組成部分。因此，對其運行參數(shù)與狀態(tài)進行監(jiān)測是必要的。本文討論利用北京鼎升力創(chuàng)公司生產的GRPS DTU作為通信手段，建立配電變壓器監(jiān)測系統(tǒng)。

　　在配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)的通信中，可以采用數(shù)傳電臺、GSM短消息、光纖接入等方式。數(shù)傳電臺的優(yōu)勢是除了每年的頻點費以外，平時運行無需額外費用；缺點是可靠性、實時性較差，無法主動上報。GSM短消息方式可以實現(xiàn)主動上報；缺點是按條收費，運行費用高，而且在節(jié)假日短消息中心服務器繁忙時延時相當長。光纖通信穩(wěn)定可靠，但是成本投入大。而GPRS通信則避免了以上問題。

　　2　體系結構

　　GPRS基本原理是，當用戶上傳或下載互聯(lián)網數(shù)據時，系統(tǒng)不是利用當時承載服務所采用的電路連接，而是利用分組將數(shù)據在網絡中傳送，達到多用戶間對網絡資源的共享，同時網絡運營機構還可以最大限度地使用現(xiàn)有GSM設備，避免了GSM設備投資的浪費。另外，數(shù)據傳送使用GPRS，而語音傳送使用GSM，使下載資料和通話可以同時進行。為此，它不但可以為GPRS用戶提供GSM移動電話通信的所有功能，更為突出的是為GPRS用戶提供了一種更快捷，更方便，更便宜，更持久的移動上網方式。GPRS目前被認為是移動通信從第二代向第三代過渡的重要一環(huán)。

　　配電變壓器綜合管理系統(tǒng)的開發(fā)目標是建立一個安全可靠，能提供各種高級服務，并有為應用程序的執(zhí)行和實施提供較強功能的開放式平臺和運行在該平臺的多個相對獨立的應用子系統(tǒng)組成的系統(tǒng)，成為一個符合配電系統(tǒng)現(xiàn)代化管理要求的，分布式，開放式，模塊化，可擴充的配電變壓器綜合管理系統(tǒng)?；A平臺除提供基本的硬件技術和操作系統(tǒng)內核外，還提供諸如數(shù)據庫系統(tǒng)、信息傳遞、人機界面、實時環(huán)境應用程序等基礎服務?；诨A平臺之上的各應用子系統(tǒng)包括：配電變壓器管理，線損管理，自動抄表，VQC功能，諧波數(shù)據，購電量管理，數(shù)據查詢，自動報表，圖表和與其他系統(tǒng)的接口等。這些子系統(tǒng)之間在開放系統(tǒng)結構（OSA）基礎上實現(xiàn)有機的橫向和縱向集成，形成一個完整的配電變壓器綜合管理信息系統(tǒng)。

　　GPRS配電變壓器監(jiān)測系統(tǒng)的網絡架構如圖1所示，系統(tǒng)分為四個部分，分別是主站、前置機、GPRS協(xié)議轉換器、監(jiān)測終端設備。主站主要完成人機交互工作；前置機主要負責網絡數(shù)據鏈路建立和數(shù)據收發(fā)的透明中轉；GPRS協(xié)議轉換器完成信息的上送與下發(fā)；監(jiān)測終端設備主要完成數(shù)字量與模擬量的采集。主站和前置機是點對點連接，前置機和GPRS協(xié)議轉換器是點對多連接。通訊方式上，GPRS協(xié)議轉換器和前置機采用GPRS無線網絡通訊，人機界面和服務器采用Internet網絡通訊。

　　GPRS網絡在數(shù)據鏈路上相當于無線IP網絡。在網絡上兩臺主機要實現(xiàn)直接通訊（不通過中轉）的必要條件是至少有一臺主機IP地址具有固定性和唯一性。由于GPRS通訊模塊啟動接入網絡時所獲得的是一個隨機的IP地址，即每次啟動獲得的IP地址不同，同時如果將前置機和主站都安裝在具有代理服務器的局域網內，該網絡地址不唯一而且對外不可見，這種情況將無法進行基于連接的網絡通訊。因此必須將前置機從局域網中獨立出來，安裝在一個具有固定IP的機器上，成為一個提供網絡連接和數(shù)據收發(fā)的中轉服務器。

　　前置機負責維護聯(lián)入的每個終端的IP地址和RTU號，當主站向某個終端提出數(shù)據請求時，服務器根據RTU號找到對應的終端，將命令下發(fā)到該終端，終端響應后再將數(shù)據發(fā)給前置機，前置機確認該數(shù)據來源于終端后，將數(shù)據發(fā)給主站，即完成了一個應答式的通訊流程。

　　3　監(jiān)控終端

　　該監(jiān)測系統(tǒng)在應用中可以采用由北京鼎升力創(chuàng)技術有限公司生產的R-8205綜合電量采集儀表進行各種電參數(shù)的采集。該儀表已廣泛應用于低壓配電線路中進行多種電氣參數(shù)的測量和記錄，并可作為無功補償裝置的投切控制器使用。其主要功能有：

　?。?）測量功能

　?、贉y量三相電流、電壓、有功功率、有功電量、無功功率、功率因數(shù)；

　?、跍y量三相總諧波電流畸變率；

　　③測量電壓合格率。

　?。?）數(shù)據記錄和存貯功能

　　①記錄和存貯每日三相電流、電壓、有功、無功、功率因數(shù)；

　　②記錄和存貯每日三相電流、電壓的最大值和最小值及對應的發(fā)生時刻；

　?、塾涗浐痛尜A每日三相電量；

　　④記錄和存貯每日三相無功補償電容器組投入補償時間（單位：分鐘）；

　?、萦涗浐痛尜A的每日各類數(shù)據保留周期可分為45天，75天，120天。越限時，數(shù)據自動循環(huán)刷新；

　?、抻涗浐痛尜A停電事件記錄。

　?。?）設置、查詢及顯示功能

　?、僦С謨煞N參數(shù)設定形式：一種為抄表機設定，一種為面板直接設定；

　?、诿姘鍏?shù)設定內容包括：CT變比，起用時間（年、月、日、時、分），預置電容器組投切的無功上、下限，投切裝置的手動、自動切換，電壓門限。

　　4　協(xié)議轉換器

　　GPRS協(xié)議轉換器實現(xiàn)控制主站與終端子站的通訊。圖2為GPRS協(xié)議轉換器構成圖。三個通信端口分別為：第一個RS232口是信號接入口，直接接終端設備；第2個RS232口接GPRS模塊；第三個RS232口為調試端口，與計算機連接進行調試。3個RS232口的波特率可自行設置。

　　GPRS協(xié)議轉換器可通過編程設置其工作方式。主要實現(xiàn)兩種工作方式：

　?。?）透明轉發(fā)實現(xiàn)數(shù)據的透明轉發(fā)，將RS232口收到的數(shù)據直接通過GPRS無線網絡發(fā)送；

　　（2）IEC 870－5－101規(guī)約的轉發(fā)　發(fā)送端將RS232口傳來的數(shù)據依據101規(guī)約的格式進行解釋和校驗，假如不是101規(guī)約格式，則不再發(fā)送。

　　該轉換器主程序運行在一個嵌入式處理器中。程序運行時不斷監(jiān)測兩個串口，如果終端有數(shù)據，則通過GPRS端透明轉發(fā)出去，反之亦然。處理器啟動時自動連接主站服務器，連接成功后主動上送一條包括本機IP地址和RTU號的報文。程序運行過程還實現(xiàn)了看門狗程序，當程序處在不明狀態(tài)時處理器便會重新啟動，程序重新置位。

　　5　前置機與主站

　　主站系統(tǒng)如圖3。最里面層為操作系統(tǒng)及系統(tǒng)軟件。第二層為系統(tǒng)支持軟件層，包括數(shù)據庫系統(tǒng)、電力系統(tǒng)模型、數(shù)據采集和傳輸。電力系統(tǒng)模型主要指電力系統(tǒng)設備對象化及網絡拓撲；數(shù)據庫系統(tǒng)分運行庫、基礎庫、標準庫和歷史庫四部分；數(shù)據采集和傳輸就是將各種數(shù)據從不同的終端根據各種通訊協(xié)議采集過來，但并不進行處理，再通過網絡分發(fā)給需要這些數(shù)據的系統(tǒng)。第三層為基礎應用層，將采集過來的數(shù)據經過各種處理，通過GUI界面顯示給用戶。第四層為高級應用層，它所產生的數(shù)據主要是供電力系統(tǒng)進一步管理和決策用。

　　上位軟件主要完成以下功能：

　　（1）配電變壓器SCADA系統(tǒng)　變壓器運行監(jiān)控，變壓器異常情況監(jiān)控，數(shù)據的分析、處理和存盤，RTU的參數(shù)設置及狀態(tài)顯示。既能獲得配電網運行的基本信息，又為功能擴充提供很好的基礎。

　?。?）自動抄表系統(tǒng)　根據設定的時間自動抄錄配電變壓器和用戶的電度數(shù)。并具有電表異常告警，跟蹤抄表記錄和操作記錄等輔助功能。

　　（3）用戶購電量管理　對于信譽比較差的用戶，通過系統(tǒng)對它進行先購電后供電，并在使用電量達到某些比例時進行警告。

　?。?）線損管理　主要是臺區(qū)線損管理和線路線損管理。

　?。?）配電設備管理　主要是配電線路和配電變壓器等設備的管理。

　?。?）終端錯誤智能識別　終端錯誤分為通訊恢復，通訊中斷（某一終端連續(xù)三次召測不到），終端無線錯誤（一天連續(xù)十次召測不到），無線中斷（連續(xù)有三十個終端召測不到）。

　?。?）負荷預測　通過計算主站和分站所有臺區(qū)的總有功功率總加值來初步預測下一階段的負荷情況。

　?。?）電容器投切　根據電壓和功率因數(shù)就地進行調節(jié)，調節(jié)時考慮時間因素和投切次數(shù)。在就地調節(jié)失靈的情況下能夠遠方監(jiān)視和遠方控制。如果終端無調節(jié)投切功能，系統(tǒng)能夠遠方計算后控制電容器投切。

　?。?）終端操作　可以遠方讀取或者設置終端的參數(shù)，如變壓器的整定參數(shù)等?？稍O置開關合閘，開關分閘?？勺x取或設置VQC參數(shù)。

　?。?0）與營銷系統(tǒng)數(shù)據庫的接口　能方便地為營銷系統(tǒng)提供數(shù)據源。

　?。?1）采集諧波數(shù)據　通過系統(tǒng)能夠采集用戶的各次諧波含量。

　　（12）用戶竊電管理　增加用戶電量與功率轉換為電量的比較，通過設置比例系數(shù)，來進行警告，比如當有功功率產生而電量不動時，則產生警告。

　　6　結論

　　GPRS作為一種新的通訊手段，有很多優(yōu)點。將其應用于配電變壓器的監(jiān)測系統(tǒng)，并取得成功。實踐證明，該體系在非實時監(jiān)控系統(tǒng)中有較強的推廣價值。今后應在提高數(shù)據傳輸?shù)目煽啃院蛯?shù)據進行更有效的安全加密方面作進一步研究。