一、需求分析
 
電力調度是電力行業(yè)最核心的業(yè)務之一。電力調度系統(tǒng)由調度中心和調度終端(RTU)兩大部分組成。電力調度監(jiān)控自動化系統(tǒng),可以通過分散分布的各個遠端采集單元RTU采集覆蓋密集的電網(wǎng)上的信息, 可實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的采集、電網(wǎng)實時運行狀態(tài)的監(jiān)視與顯示、實現(xiàn)遠程控制與調節(jié)、事故報警、越限/變位報警、數(shù)據(jù)計算統(tǒng)計、工作信息登錄、自動化系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)視、事故追憶等功能。 電力調度自動化系統(tǒng)幫助調度員及時了解、掌握電力情況，監(jiān)控電網(wǎng)信息，通過對電力信息的實時掌控可以優(yōu)化資源調配，更有效地利用和調配有限的電力資源。電力調度自動化系統(tǒng)是幫助電力系統(tǒng)運行調度人員及時掌握電網(wǎng)運行狀況，并及時合理地調度系統(tǒng)運行的有力工具，它能大大的提高電網(wǎng)運行的經濟效益并極大的減輕調度人員和各分站運行人員的勞動強度。
目前，全國已形成五級調度管理系統(tǒng)。電力調度數(shù)據(jù)網(wǎng)主要由國家電力調度數(shù)據(jù)一級網(wǎng)，區(qū)域二級網(wǎng)， 省級三級網(wǎng)，地市四級網(wǎng)和縣級五級網(wǎng)，覆蓋各級調度中心和直調發(fā)電廠、變電站。目前一級網(wǎng)基本建成，二、三級網(wǎng)工程正在實施，少數(shù)省市已經開始建設四級網(wǎng)。 隨著電力調度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)建設的完成和逐步成熟，電力數(shù)據(jù)的傳輸和聯(lián)網(wǎng)工作成為下一步工作重點。采用GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務能有效地利用電力調度數(shù)據(jù)網(wǎng)實現(xiàn)實時傳輸，解決有線通道所無法解決的問題，電力數(shù)據(jù)通過GPRS移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)后,進行相應的計算和存儲,得到精確的量化的實時,調度員掌握了這樣的信息,做出相應的反映。滿足電力調度自動化發(fā)展的需要。
GPRS是一種新型的移動數(shù)據(jù)通信業(yè)務。GPRS是中國移動在完善優(yōu)化GPRS網(wǎng)絡建設過程中推出的第2.75代通信技術，它在目前GPRS網(wǎng)絡的基礎上進一步升級了無線接口，使其支持高速補充業(yè)務信道，從而可實現(xiàn)高速互聯(lián)網(wǎng)接入服務。GPRS在傳遞速率、功能方面較GPRS具有突出的技術優(yōu)勢，特別適合像金融交易、遠程監(jiān)測等行業(yè)的通信需求，完全取代過去傳統(tǒng)的有線MODEM、X.25、數(shù)傳電臺、短信等通信方式。
GPRS通信方式更適合于電力數(shù)據(jù)采集業(yè)務，以往的電力調度基本上是靠人工方式來進行，采用電話線傳送數(shù)據(jù)或手工抄錄，實時性差，費用也不便宜。GPRS無線傳輸數(shù)據(jù)有以下優(yōu)勢：

1）GPRS用戶可隨意分布和移動自己的網(wǎng)點，無需擔心線路的維護或有線在移機時導致的通訊中斷。建設新的監(jiān)測點無需進行拉線、埋線等工作。較光纖或專線系統(tǒng)投資較少，設備安裝方便。
2）終端價格比較低。與DDN相比，較DTU或DDN專線Modem其終端價格便宜很多。 
3）GPRS資費便宜，計費合理。GPRS資費包月比有線電話網(wǎng)絡資費還便宜。電力數(shù)據(jù)采集業(yè)務沒有大數(shù)據(jù)量的信息傳輸，不必要采用資費很高的專線（DDN、幀中繼）。GPRS還可根據(jù)通信的數(shù)據(jù)量和提供的服務質量進行計費。在GPRS網(wǎng)中，用戶只需與網(wǎng)絡建立一次連接，就可長時間的保持這種連接，并只在傳輸數(shù)據(jù)時才占用信道并被計費，保持時不占用信道不計費。這樣，監(jiān)測點既不用頻繁建立連接，也不必支付傳輸間隙時的費用。
4）GPRS能最好地支持頻繁的、少量突發(fā)型數(shù)據(jù)業(yè)務。通信質量穩(wěn)定可靠，永不掉線。
5）GPRS網(wǎng)絡接入速度快，提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的無縫連接。由于GPRS網(wǎng)本身就是一個分組型數(shù)據(jù)網(wǎng), 支持TCP/IP、X.25協(xié)議，因此無需經過PSTN等網(wǎng)絡的轉接，直接與分組數(shù)據(jù)網(wǎng)（IP網(wǎng)或X.25網(wǎng)）互通，接入速度僅幾秒鐘，快于電路型數(shù)據(jù)業(yè)務。采用TCP/IP協(xié)議，較以前的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡（集群，雙向傳呼，GSM短信息）而言，網(wǎng)絡接入更加直接方便。
6）覆蓋較好。比較很多無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡（集群，雙向傳呼，CDPD，CDMA）而言，其網(wǎng)絡覆蓋是比較好的。

二、系統(tǒng)原理

在電力系統(tǒng)中，常常需要對眾多的變電站設備進行實時監(jiān)測，大部分監(jiān)測數(shù)據(jù)需要實時發(fā)送到管理中心的后端服務器進行處理。由于監(jiān)測點分散，分布范圍廣，而且大多設置在偏遠的地區(qū)，通過電話線傳送數(shù)據(jù)往往事倍功半。利用GPRS網(wǎng)絡進行無線數(shù)據(jù)傳輸，成為電力部門選擇的通信手段亮點之一。變電站監(jiān)測設備將采集到的電力數(shù)據(jù)和告警信息，通過GPRS網(wǎng)絡，及時發(fā)送到電力管理部門，可以實現(xiàn)對變電站設備的及時管理，大大提高了工作效率，為電力調度自動化提供了嶄新方式。
上傳信息： 來自RTU的信息首先由GPRS IP路由器進行TCP/IP協(xié)議封包和無線調制解調，再通過GPRS移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡向前置機/數(shù)據(jù)服務器傳送，經主前置機/數(shù)據(jù)服務器處理、存儲后，向網(wǎng)上廣播，各工作站收到信息后進行相應處理。
下傳信息： 來自工作站的信息首先傳送到主前置機/數(shù)據(jù)服務器，由其處理后發(fā)送到GPRS IP路由器進行TCP/IP協(xié)議封包和無線調制解調，再通過GPRS移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡發(fā)送到RTU。

三、方案說明

1、變電所子站的GPRS通信設備選帶網(wǎng)絡接口的GPRS IP路由器，直接掛接在變電所子站的局域網(wǎng)絡上，和光纖接口的路由器處于同一局域網(wǎng)絡，設置光纖網(wǎng)為第一網(wǎng)關、GPRS IP路由器為第二網(wǎng)關，在光纖出現(xiàn)問題的時候，網(wǎng)絡自動切換到GPRS IP路由器。以網(wǎng)絡備份的成熟思想來解決比較可靠。
2、也可將GPRS IP路由器完全設置和光纖路由器一樣，在光纖出現(xiàn)問題的時候，由人工完全切換，讓GPRS IP路由器完全取代光纖路由器即可。 
3、不建議變電站設備通過非標的串口方式連接GPRS IP路由器，面臨二次開發(fā)工作，風險不確定。 
4、為安全和信道保證，從移動的GPRS網(wǎng)關到調度中心建議用DDN或光纖等專線。并開通專有的APN網(wǎng)絡。

四、系統(tǒng)組成

4.1 電力監(jiān)控中心 
監(jiān)控中心服務器申請配置Internet上固定的IP地址，或申請配置專線，通過光纖、DDN 等數(shù)據(jù)專線直接和移動中心機房的GPRS網(wǎng)絡連接。監(jiān)控中心服務器上安裝相關監(jiān)控系統(tǒng)軟件。監(jiān)控系統(tǒng)軟件包括通信服務器、監(jiān)控中心服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、WEB服務器四個部分。
通信服務器負責實現(xiàn)行業(yè)數(shù)據(jù)通信協(xié)議、數(shù)據(jù)代理轉發(fā)、通信設備狀態(tài)監(jiān)控等功能；
監(jiān)控中心服務器實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、存儲、反控等功能；
數(shù)據(jù)庫服務器進行數(shù)據(jù)存儲、備份；
WEB服務器實現(xiàn)實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)管理、業(yè)務管理等功能。 具體實現(xiàn)時，通信服務器、監(jiān)控中心服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、WEB 服務器可以安裝在一臺服務器中，也可以安裝在不同服務器中。如果行業(yè)客戶要求對終端進行終端IP綁定，需要安裝RADIUS服務器，為系統(tǒng)提供AAA 認證和IP綁定功能。

4.2 移動網(wǎng)絡
利用中國移動現(xiàn)有的GPRS網(wǎng)絡，監(jiān)控點和監(jiān)控中心系統(tǒng)的所有交換信息通過中國移動的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關進行數(shù)據(jù)傳輸。

4.3 監(jiān)控終端
變電站設備通過RS232 串口直接與GPRS IP 路由器連接，并由其建立無線數(shù)據(jù)連接。原則上，所有提供RS232/485接口的電力監(jiān)測設備均能夠用于該系統(tǒng)方案。

4.4 GPRS IP 路由器介紹
GPRS IP路由器是一款集成了GPRS MODEM傳輸功能和TCP/IP網(wǎng)絡、路由功能于一體的新型無線移動通信網(wǎng)絡設備。廣域網(wǎng)絡采用GPRS，內部網(wǎng)絡采用標準100BaseT 和串口（包括RS232、RS485 等）連接兩種方式。
GPRS 網(wǎng)絡產品是在已成熟的寬帶路由器和SNMP 網(wǎng)管設備等產品的基礎上發(fā)展起來的全新系列產品，硬件采用全新的32位嵌入式RISC CPU，處理能力及系統(tǒng)資源提高10 倍以上。
軟件上采用完整的嵌入式OS 及TCP/IP 協(xié)議包，整體方案和其他競爭對手的產品相比有如下技術優(yōu)勢：
①具有100BaseT 網(wǎng)絡接口及完整的IP ROUTER 功能，其他產品均無網(wǎng)絡接口。
②具有TCP可靠連接方案，專為金融交易應用而設計。
③內嵌WEB Server 配置方式，方便直觀。
④強大的網(wǎng)絡管理功能，適合行業(yè)應用。
⑤為整體解決方案提供所需要的系列網(wǎng)絡設備。
⑥支持遠程維護，具有遠程配置、遠程升級和重啟動的功能。

五、GPRS方案的安全性分析

電力調度數(shù)據(jù)網(wǎng)傳送電網(wǎng)自動化信息、調度指揮指令、繼電保護與安全自動裝置控制信息等重要數(shù)據(jù)，是電力安全穩(wěn)定運行的神經網(wǎng)絡，安全性是調度網(wǎng)絡的首要要求。
GPRS的物理鏈路數(shù)據(jù)本身已經采用了加密傳送。 該方案中如果監(jiān)控中心直接連接到GPRS 網(wǎng)絡，實質為內網(wǎng)方案，所有數(shù)據(jù)均與INTERNET 隔離。大大增強了信息的安全性。
可以向移動中心申請單獨的APN（網(wǎng)絡接入點名稱），類似于VPN 方案，可以限制非法SIM用戶的登錄。

六、結論

基于 GPRS的電力調度在線監(jiān)控方式具有較高的綜合性能價格比。易于網(wǎng)絡采集點的擴展，幾乎不受到網(wǎng)點規(guī)模的限制，可以在中國移動的全網(wǎng)覆蓋范圍內使用。跨省份、跨地區(qū)的網(wǎng)絡也非常容易組建?？蓪崿F(xiàn)集中網(wǎng)絡管理，可用SNMP 協(xié)議實現(xiàn)所有網(wǎng)點設備的集中管理。
GPRS方案只是通信方式的改變，對上層應用軟件系統(tǒng)幾乎沒有任何影響。同時對現(xiàn)在電力行業(yè)大量存在的各種監(jiān)測設備也不需要更換和進行硬件電路更改。