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1、电气设备与网络一体化摘要：针对电力系统管理自动化和网络化的需求，依托GPRS 网络，构建了一个无线的、实时的、多对象的电力设备远程监控系统。系统具有传输速率高、成本低并能够直接与Internet 互连等特点，能对变电所电力设备运行参数进行实时远程监控。在了解电力设备远程监控系统的现状和发展前景的基础上提出了采用 ARM 微处理器操作系统的电力设备远程无线监控系统的总体设计方案。利用Motolora 的 G20作为GPRS 通信模块对系统现场终端的硬件进行设计，提高了系统的运行速度和数据处理能力。关键词：远程监控电力系统 GPRS 网络1 绪论1.1 研究背景、目的及意义本论文是针对电力部门对供
2、配电系统管理的自动化、网络化及“无人值守”变电所需求提出来的，在 GPRS 网络成熟商用的基础上开发出能够实时监控变电所中变压器等电力设备运行参数的远程无线监控系统。当前，我国经济遵循可持续发展战略，进入了稳步增长时期，能源特别是电力仍然是制约经济发展的重要因素之一，所以在加快发电能力建设的同时，进一步改进和提高电力设备的监控能力是十分必要的。电力设备的远程监控是近年来发展迅速并受到人们日益关注的一个新的研究领域，也是目前国内外的一个研究热点。电力系统的地理范围覆盖广、供配电变压器节点多，电力网络线路复杂，从发电厂经升压变压器到输电线路，再经降压变压器到用户网络，存在许多需要实时监控的电力设备
3、和计量节点。采用远程监控系统将对电力系统的安全有效运行有着重要意义，其经济效益和社会效益非常显著。我国目前电力系统的管理自动化水平不高，效率低，大部分靠人力来建设、运营、管理和维护。为节省人力、财力、物力，提高管理水平，电力系统管理的自动化是必然趋势，网络化是必然结果。目前各类监控系统在实用性方面还存在一些不足，其中主要影响因素集中在数据远程通信和测控环节，主要表现为通信误码率高、数据误差大和易丢失。专网投入资金大、建设周期长、运行维护要求高、数据实时性与同步性差等，比较好的做法是借助于现有的公共网络:计算机网络、公共电话网络、有线电视网络。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1
4、 页，共 5 页 -考虑到监控系统的实时性要求，从运营成本上应首选计算机网络。但对于一些偏远地区，因特网接入的几种介质如光缆、双绞线、电话线等很难铺设到目的地，采用电力载波调制的接入方式其抗电网干扰始终是个问题。综上所述，采用无线的接入方式成为必然选择。而要达到如此大面积的覆盖范围，移动通信网便是最好的选择。1.2 电力设备远程监控的发展现状20 世纪 90 年代以来，电力设备监控己成为供电部门最重要的任务之一。我国对电力设备远程监控技术的研究与应用起步较晚，但随着电力企业的快速增长及电网改造工作的全面深入，电力设备远程监控行业得到了迅速发展。据不完全统计，全国从事电力设备远程监控系统生产和研
5、制的单位己有100 余家，国家知识产权局受理的自动抄表系统的专利己有近 200 项。电力设备的安全运行非常重要，任何意外故障都可能造成重大事故，停电会带来巨大的经济损失，这在当前竞争日趋激烈的环境下尤为显著，而电力设备本身是贵重资产并消耗大量维护费用。计算机技术、传感器技术、信号处理技术以及人工智能技术的发展使得对电力设备有效的监控成为可能。随着监控系统在可靠性、智能化和经济性方面的进一步提高，监控技术将在电力系统中获得广泛应用。电力设备监控在很多方面仍处发展之中，当前的研究工作主要集中在监控系统的灵敏性、可靠性、自动化和网络化以及降低成本等方面。GPRS 是欧洲电信标准化协会(ETSI)从
6、1993 年开始研究制定的，于1998 年基本完成，作为向 3G 标准过渡的中间方案。中国移动通信集团公司在引进欧洲技术的基础上，基本完成了 GSM 网的 GPRS 升级，在全国的好多城市提供了较高质量的GPRS 相应服务。该网络近几年正式运营的实践证明了其稳定性和可靠性，针对该网络局部性能的研究与改进也一直在进行。世界各国都在积极开展变电所“无人值守”等电力设备监控方面的研究工作，很多发达国家均在220KV 以上的大型变电所全面实现无人值守。美国和法国率先完成了无人值守变电所的改造工作。日本比之较晚，在1955 年以前主要采用电话调度和就地手动操作的方式，1955 年以后推广应用遥控，逐步发
7、展无人值守变电所，70 年代初无人值班变电所达 60%以上，1975 年引入计算机集中监控系统促进了变电所自动化的发展，80 年代已经有 90%以上的变电所实现了无人值守，直至今日也已基本完成中、小型变电所应用远程监名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 5 页 -控技术实现了无人值守的改造。1.3 电力设备远程监控的发展前景电力设备远程监控的发展前景非常广阔，这依赖于各种相关技术的发展。其中主要是嵌入式系统技术、通信技术和计算机网络技术。嵌入式系统(Embedded System)是以应用为中心、以计算机技术为基础的，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积
8、、功耗等指标严格要求的专用计算机系统。进入 20 世纪 90 年代，嵌入式技术全面展开，目前己成为通信和消费类产品的共同发展方向。嵌入式系统可以用于ATM 机、自动售货机、工业控制等专用设备和移动通信设备、GPS、娱乐等的相互结合。所有上述产品中，都离不开嵌入式系统技术。可以预见，将嵌入式技术应用于电力远程监控系统能充分发挥嵌入式技术的优势。基于Internet 的电力远程监控技术实际是在现场设备中嵌入Internet 技术或在设备中安装嵌入Internet 技术的网络部件，也就是说，把TCP/IP 协议作为一种嵌入式应用，从而实现接入Internet 的功能。随着通信和网络技术的发展，移动I
9、P(Internet Protocol)开始从过去的希望变成现实。事实上，从 GSM 移动蜂窝通信系统诞生的那一天起，移动通信就具有数据通信能力，主要是基于 9.6kbit/s 电路型数据业务，如中文短消息服务。在发展数据通信的过程中，不断采用新技术，增加传输带宽，进一步引进数据业务，尤其是与Internet 相结合的数据业务。移动 Internet 正是在这时候开始从概念阶段走上业务发展的前台，成为移动通信的主流发展趋势。GPRS 就是在这种条件下应运而生的，它解决了移动IP 所面临的问题，满足了初步的要求。它成为移动IP 的理想解决方案，在向3G 过渡的过程中起到很重要的作用。从GPRS
10、投入商用以来在各个领域得到了广泛的应用。GPRS 网络传输速度快，永远在线。用GPRS 技术实现的监控系统，实时性强，安全可靠，按流量计费，特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。而且系统具有网络覆盖范围广，抗干扰能力强，通信速度快，通信误码率低等优点，并且完全利用GSM 和 GPRS 移动通信网络，其建设和运行成本低m。随着 GPRS 网络技术的不断发展，构筑在 GPRS 网上的远程无线监控系统必然能与移动通信技术的发展同步，因而具有广阔的前景。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 5 页 -2 GPRS网络技术分析2.1 GP
11、RS 技术简介GPRS(General Packet Radio Service，通用分组无线业务)是在现有 GSM 数字移动通信系统基础上发展起来的一种移动分组业务，是 GSM 在 Phase2+阶段引入的内容之一，是 GSM网络向第三代移动通信演进的重要阶段。GPRS 以 GSM 为基础，和 GSM 共用相同的基站和频谱资源，采用与GSM 相同的突发结构、无线调制标准、跳频规则以及相同的TDMA帧结构。GPRS 通过在 GSM 网络中引入分组交换的功能实体，以完成用分组方式进行的数据传输，将传输速率提高到114kbit/s 以上，同时支持IP 和 X.25 两种分组数据网的协议。GPRS
12、系统可以看作是在原有的GSM 电路交换系统的基础上进行的业务扩充，支持移动用户利用分组数据移动终端接入Internet 或其它分组数据网络。GPRS 的服务成本也可能随市场的扩大而迅速下降，因此GPRS 在今后的移动数据市场将会有一定的天然优势。2.2 GPRS 技术的特点GPRS 是欧洲电信协会按GSM 标准定义的分组交换协议，目的是为 GSM 用户提供分组形式的数据业务。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。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。GPRS 具有以下特点：1.在核心网络中引入GPRS 支持节点(GSN)-SGSN 和 GGS
13、N。SGSN 和 GGSN 采用分组交换平台方式，定义了基于TCP/IP 的 GTP 方式来承载高层数据。SGSN 与 MSC 在同一等级水平，并跟踪单个MS 的存储单元，实现安全功能与接入控制，节点SGSN 通过帧中继连接到基站系统。GGSN 支持与外部分组交换网的互通，并经由基于IP 的 GPRS 骨干网和SGSN 连通。2.通过 GGSN 实现了与标准Internet 的无缝连接，在 GGSN 可实现与外部IP 网络的透明与非透明的连接，支持特定的点对点和点对多点服务，以实现一些特殊应用如远程信息处理。GPRS 也允许短消息业务(SMS)经 GPRS 无线信道传输。3.以灵活的方式与GS
14、M 语音业务共享无线与网络资源(如 Gs 接口)，采用了灵活的策略，实现数据与语音业务共存。4.GPRS 非常适合突发数据应用业务，能高效利用信道资源在无线接口MAC/RLC层对名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 5 页 -无线资源进行有效管理，核心网部分适于数据传送的分组交换方式，支持四种不同的QoS级别。一般来说GPRS 能在 0.5 一 1 s之内恢复数据的重新传输。5.定义了新的GPRS 无线信道，且分配方式十分灵活，每个 TDMA 帧可分配1 到 8 个无线接口时隙。时隙能为用户所共享，且上行链路和下行链路的分配是独立的。6.GPRS 支持中、高速率数据传输
15、，可提供9.05171.2kbit/s 的数据传输速率(每用户)。GPRS 采用了与GSM 不同的信道编码方案，定义了CS1,CS2,CS3 和 CS4 四种编码方案。7.GPRS 的安全功能和现有的GSM 安全功能一样。身份认证和加密功能由SGSN 来执行。8.用户数据在MS(移动台)和外部数据网络之间透明地传输，它使用的方法是封装和隧道技术，数据包用特定的GPRS 协议信息打包并在MS 和 GGSN 之间传输。这种透明的传输方法缩减了GPRS PLMN(公共陆地移动网络)对外部数据协议解释的需求，而且易于将来引入新的互通协议。用户数据能够压缩，并有重传协议保护，因此数据传输高效且可靠。9.
16、GPRS 的资源利用率高。GPRS 采用分组交换的数据传输模式来替代GSM 电路交换的数据传输模式，使得本来稀缺的无线资源可以共享，多个用户可以高效利用同一无线信道，从而提高了资源的利用率。GPRS 可以实现基于数据流量、业务类型及服务质量等级的计费功能，计费方式更加合理，用户使用更加方便。基于 GPRS 网络的远程监控系统采用无线数据传输方式，摆脱了线缆的约束，在一定范围内可以任意变换位置，不受活动区域的限制。通过GPRS 移动通信网络可以很方便地实现远程监控。结论电气设备远程无线监控系统是利用GPRS数据通信技术对变电所变压器等设备运行参数进行实时远程监控管理。系统由三部分组成:用于现场数据采集和传输的现场终端;用于对电力设备运行参数实时监控的监控中心;用于数据传输的数据通信网络。参考文献：1 陈维荣，宋永华，孙锦鑫.电力系统设备状态监测的概念及现状.电网技术.2 陈志军.国内外变电站无人值守的比较与思考.广东电力.3 余成波，刘杰，陶红艳.基于 Internet 的设备远程监控技术的研究.信息与控制.4 王田苗.嵌入式系统设计与实例开发.第二版.清华大学出版社，名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 5 页 -