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(jīng)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(jīng)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(jīng)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(jīng)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(jīng)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(jīng)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?？缡》?、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。