基于GPRS的縣級配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)研究

　　隨著電力市場的迅速發(fā)展， 用戶對用電提出了更高的要求。而供電的可靠性和電能質(zhì)量是電力系統(tǒng)兩大考核指標(biāo)。配網(wǎng)系統(tǒng)自動化是利用現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)， 將配電網(wǎng)在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)、配電網(wǎng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和地理圖形進(jìn)行信息集成， 構(gòu)成完整的自動化系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)正常運(yùn)行及事故情況的監(jiān)測、保護(hù)、控制、用電和配電管理的現(xiàn)代化。實(shí)施配電系統(tǒng)自動化的目的是提高供電可靠性、提高供電質(zhì)量、提高服務(wù)質(zhì)量、提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和提高管理水平， 使供電企業(yè)和用戶雙方受益。本論文將主要針對縣級配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的實(shí)施， 采用GPRS 技術(shù)實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的自動化系統(tǒng)設(shè)計， 以此和同行分享。

　　1 基于GPRS的配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)設(shè)計

　　1. 1 系統(tǒng)層次架構(gòu)

　　配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)易采用分層分布式， 一般情況為： 配電主站層、配電終端層， 如果有開閉所供電， 可以在主站和終端之間設(shè)置配電子站用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。采用這種分層結(jié)構(gòu)， 有效減輕了配電主站的負(fù)荷， 提高了系統(tǒng)效率， 使我們可以合理構(gòu)筑系統(tǒng)的通訊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 從而節(jié)省通訊資源并提高利用率。圖1 為本系統(tǒng)的層次示意圖。

　　圖1 配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)層次架構(gòu)示意圖

　　1. 2 系統(tǒng)組網(wǎng)方式

　　本系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)是GPRS 網(wǎng)絡(luò)和Inter net 網(wǎng)絡(luò)， 這樣監(jiān)控中心與遠(yuǎn)端監(jiān)控裝置FTU 上GPRS 模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸有兩種方式。一種是監(jiān)控中心通過移動公司專線有線方式或是GPRS Modem 無線方式接入GPRS 網(wǎng)絡(luò)， 實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心與遠(yuǎn)端監(jiān)控裝置FTU之間的GPRS 網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸; 另一種是由監(jiān)控中心通過固定IP 或者動態(tài)IP 的方式接入Internet 網(wǎng)絡(luò)， 由于中國移動GPRS 網(wǎng)絡(luò)通過CMNet 網(wǎng)關(guān)與Inter net網(wǎng)絡(luò)互連， 這樣遠(yuǎn)端監(jiān)控裝置FT U 上GPRS 模塊也可以接入Internet 網(wǎng)絡(luò)， 實(shí)現(xiàn)雙方之間的數(shù)據(jù)通信。

　　本系統(tǒng)采用的是監(jiān)控中心以固定IP 地址接入Internet 網(wǎng)的方式， 每次通信的建立是遠(yuǎn)程GPRS 數(shù)據(jù)終端接入基站， 連至GPRS 網(wǎng)絡(luò)， 由GGSN 網(wǎng)關(guān)匯集，經(jīng)過移動公司內(nèi)部防火墻、路由器和Internet 網(wǎng)向固定的IP 地址發(fā)起連接， 也就是說遠(yuǎn)程GPRS 數(shù)據(jù)終端每次按固定IP 地址登陸監(jiān)控中心與之建立通信， 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸， 系統(tǒng)的組網(wǎng)方案如圖2 所示。GPRS 網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是互相連接的， FT U 終端與監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)傳輸是一種透明傳輸， 數(shù)據(jù)傳輸之間的底層協(xié)議被屏蔽了。一旦數(shù)據(jù)終端與監(jiān)控中心連接上， 就 永遠(yuǎn)在線！， 采用的是GPRS 網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的一種虛擬連接的技術(shù)， 這樣只有當(dāng)雙方之間有數(shù)據(jù)傳輸時按流量收費(fèi)， 經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

　　圖2 配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

　　2 基于GPRS 的配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的具體問題分析

　　2. 1 GPRS通信協(xié)議分析

　　當(dāng)FT U 上的GPRS 模塊上電之后， 即通過移動公司的網(wǎng)絡(luò)連接到了互連網(wǎng)上， 可以將其看作互連網(wǎng)上的一個客戶端， 當(dāng)服務(wù)器端的IP 地址及端*確定之后， 該FTU 終端即可連接上服務(wù)器。而在互連網(wǎng)上端到端的連接采用So cket 套接字通信是比較成熟的方式。

　　So cket 實(shí)質(zhì)上提供了進(jìn)程通信的端點(diǎn)。進(jìn)程通信之前， 雙方首先必須各自創(chuàng)建一個端點(diǎn)， 否則是沒有辦法建立聯(lián)系并相互通信的。正如打電話之前， 雙方必須各自擁有一臺電話機(jī)一樣。在網(wǎng)間網(wǎng)內(nèi)部， 每一個Socket 用一個半相關(guān)描述： 一個完整的Socket 有一個本地唯一的Socket 號， 由操作系統(tǒng)分配。最重要的是， Socket 是面向客戶/ 服務(wù)器模型而設(shè)計的， 針對客戶和服務(wù)器程序提供不同的So cket 系統(tǒng)調(diào)用?？蛻綦S機(jī)申請一個Socket ， 系統(tǒng)為之分配一個Socket號; 服務(wù)器擁有全局公認(rèn)的So cket ， 任何客戶都可以向它發(fā)出連接請求和信息請求。Socket 利用客戶/ 服務(wù)器模式巧妙地解決了進(jìn)程之間建立通信連接的問題， 服務(wù)器So cket 半相關(guān)為全局所公認(rèn)就非常重要。

　　在配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的GPRS 通信中， 應(yīng)用程序的網(wǎng)絡(luò)通信歸根結(jié)底是利用相同的通信協(xié)議來完成信息的傳輸。應(yīng)用程序和Winso ck 都工作在Window s的用戶模式下， 操作系統(tǒng)僅僅通過Winsock 是不能完成網(wǎng)絡(luò)間的通信， 還需要底層的支持， 而套接字仿真器（ 套接字核心模式驅(qū)動程序） 和傳輸驅(qū)動程序接口是負(fù)責(zé)操作系統(tǒng)核心態(tài)環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)通信， 起到了Winsock 和傳輸協(xié)議之間的通信橋梁作用。由于我們傳輸?shù)膶ο蠖酁榕潆娤到y(tǒng)的數(shù)據(jù)量文件， 因此需要對系統(tǒng)的發(fā)送緩沖區(qū)和接收緩沖區(qū)作相應(yīng)的設(shè)定， 以保障大數(shù)據(jù)量的文件數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收， 從而實(shí)現(xiàn)在窄帶環(huán)境下依然實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)的GPRS 傳輸通信。

　　2. 2 配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的實(shí)施

　?。?1） 架空線路

　　饋線采用兩個負(fù)荷開關(guān)三分段一個聯(lián)絡(luò)開關(guān)的方式連接， 使兩個電源點(diǎn)成為手拉手環(huán)網(wǎng)供電方式， 一般采用兩兩聯(lián)絡(luò)， 特殊重要用戶（ 市府、電視臺、醫(yī)院） 采用三聯(lián)絡(luò)或四聯(lián)絡(luò)， 但只為兩路自動， 一路可以遙控分合閘。從而既保證每一饋線的每個分段都能從不同變電站取得電源， 又使網(wǎng)架和運(yùn)行方式簡單安全。

　　每條饋線的分段數(shù)量一般控制在三個分段， 平均1. 5~ 1. 8 km/ 段， 對于負(fù)荷密集地區(qū)， 按負(fù)荷分段， 每段帶負(fù)荷《 2 500 kv a; 對于輕負(fù)荷地區(qū)， 按照用戶數(shù)分段， 每段高壓用戶小于10 個用戶。

　　分支線路通過負(fù)荷開關(guān)接入主線路， 在分支線路發(fā)生永久性故障時， 通過故障定位， 打開負(fù)荷開關(guān)隔離故障分支線， 同時恢復(fù)主線路供電。10 kV 架空主干線采用185 導(dǎo)線， 分支線采用95 導(dǎo)線。

　?。?2） 電纜環(huán)網(wǎng)

　　主環(huán)路通過環(huán)網(wǎng)柜分段， 利用出線負(fù)荷開關(guān)連接分支環(huán)路， 用戶通過電纜分支箱接入分支環(huán)路; 每條分支環(huán)路連接相鄰的主環(huán)路。主環(huán)網(wǎng)兩端連接不同的變電站。所有環(huán)路開環(huán)運(yùn)行。當(dāng)環(huán)路的任何一段發(fā)生永久性故障時， 通過故障定位， 斷開故障兩端的開關(guān)或電纜插頭， 隔離故障， 同時使故障處于環(huán)路斷開點(diǎn)。主環(huán)網(wǎng)或分支環(huán)網(wǎng)的任何一段電纜故障都不會影響供電。

　　每臺環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜的再分配負(fù)荷容量《 5 000 kVA。10kV 主干線采用240 及以上銅芯電纜， 分支線采用120及以上銅芯電纜。

　?。?3） 開關(guān)設(shè)備

　　架空線路分段選用真空負(fù)荷開關(guān)。在線路出現(xiàn)短路故障時， 由變電站的斷路器執(zhí)行保護(hù)動作。柱上開關(guān)由配電自動化控制系統(tǒng)控制執(zhí)行故障隔離和負(fù)荷轉(zhuǎn)移以及接地故障隔離操作。電纜環(huán)網(wǎng)柜的進(jìn)出線開關(guān)與柱上負(fù)荷開關(guān)實(shí)現(xiàn)同樣的功能， 選用全密封絕緣滅弧氣體隔離的FS6 負(fù)荷開關(guān)裝置。

　　3 結(jié) 語

　　配電自動化發(fā)展至今， 仍未能夠大規(guī)模的開展， 主要原因在于： 一方面由于工程投資過大和對實(shí)施效率的疑慮; 另一方面是因?yàn)橄嚓P(guān)的配套改革措施如電價改革等措施滯后。本論文對基于GPRS 技術(shù)的配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的實(shí)施進(jìn)行了設(shè)計和分析， 是對配電網(wǎng)自動化實(shí)施的一次有益嘗試。隨著電力市場化改革的深入， 只有通過配電自動化提高配電網(wǎng)的可靠性和加強(qiáng)配電管理工作， 才能使供電公司和用戶雙方收益。因此， 配電自動化的實(shí)施是必然趨勢。