摘要：针对配电网中配电变压器分布分散的特点, 提出一种应用GSM 通讯技术实现配变监测的新方案。文中对GSM 通讯的方式、特点以及相应的GSM 模块进行分析和介绍, 并以所开发的GSM 配变监测系统为例, 结合工程实践, 详细阐述了系统的运行原理及其实现。该方案较好的解决了分散配变的管理问题, 并为配网自动化系统提供更完善的数据。
关键词：全球移动通讯系统; 数据采集; 配变; 监测系统;配电网
1 引言
配电变压器作为电网末端设备, 它的运行状况直接关系到用户能否可靠使用电能, 因此对其运行数据进行实时采集和监测十分必要。根据配电网中配电变压器的分布特点, 选择合适的通讯方式进行通信, 是全面实现配变管理和监测的关键问题。传统的通讯方式包括现场总线、电力线载波、电话专线、光缆、无线电台等。近年来, 随着GSM 移动通讯技术成熟, 将其应用于电力监测领域逐渐成为可能。GSM 通讯方式与传统通讯方式的综合运用, 可较好完成对配变这一重要电力设备监视与控制。
将GSM 通讯方式与传统的通讯方式进行对比和介绍, 并结合作者参与开发配变监控系统的实践, 对GSM 技术的特点、适用范围以及监测系统在指标统计的应用等方面进行了探讨。
2 应用于配变监测的通讯方式[1 ] [2 ]
实际的配电网中, 配变数量众多, 分散性大。这一特点决定了单一的通讯方式不能满足配变监测的需要。
以下简要分析各种通讯方式的特点及应用：
光纤通信具有传输频带宽、通信容量大、损耗低、抗电磁干扰等优点, 可实现对主干线上重要配变的实时在线监控。但光纤的接入点过多会增加费用, 降低系统可靠性, 因此该方式不能将主干线上所有配变全部包括, 对干线周边及支线上的配变更是无能为力。
现场总线方式, 如485 总线, 数据传输可靠性高、实时性强; 其缺点为需专门布线, 且室外布线长期运行其可靠性会降低, 相应的维护费用也会增大。因此主要应用于室内设备的连接电力线载波通讯的优点是可利用现有的电力线资源, 投资省, 其缺点是容量小、传输速率低(低于600 bitös)、信号衰减大、易受干扰等。主要应用于10 kV 配网自动化开关监控和低压用户抄表。
数传电台方式实时性较好, 能满足分散配变对数据传输的要求。但此方式需申请专用频点, 城市使用易受干扰, 该方式性价比不理想。
GSM 通讯是近年所提出可应用于配变监测的新方式, 具有数传电台通讯方式的优点, 又无申请频点和发射功率的限制, 特别适合大量分散与偏远设备的监测和抄表。因此, 采用GSM 方式对配网自动化中量大面广的配变进行监控, 对电力部门来说是一种经济可靠的选择, 具有较广阔的应用前景。
3 GSM 通讯及其模块简介
3. 1 GSM 通讯技术及其优点[3 ]
GSM (Globa l system fo r mob ile commun ica2t ion) 系统是目前基于时分多址技术的移动通信体制中最成熟、最完善、应用最广的一种系统。我国已建成覆盖全国的GSM 数字移动通信网, 它是公众移动通信的主要方式。它提供多种业务, 主要有话音业务(VO ICE)、短消息业务(SM S)、数据业务(DA TA ) 等。将GSM 通讯引入配变监测领域是基于其具有以下优点: (1)GSM 网覆盖面广, 系统可实现大范围、远距离的数据传输, 这是其它专用网无法比拟的; (2) 采用无线方式传输, 因此无需架线, 投资少, 施工快、维护量小; (3) 数据传送准确,抗干扰能力强; (4)GSM 通讯模块技术先进, 工作可靠, 易于同监控单元集成构成监测终端。综上所述, GSM 通讯的特点适合对分散设备的监测要求,在技术上可行。
3. 2 GSM 通讯模块
目前, GSM 通讯模块有多家公司生产和提供,如S IEM EN S 公司的TC35 及TC35T 模块,WAV ECOM 公司的WAV ECOM GSM 调制解调器, 以及上海贝尔公司的SBT 6201 CM PT 模块等。它们是是工业级手机模块或其封装产品, 可以像手机一样具备使用GSM 网络的能力。大部分模块都提供了标准RS 232 接口, 只需将用串口线将其联至计算机或用户自己的设备, 接通电源, 即可使用。控制命令采用调制解调器常用的A T 命令集, 可控制模块进行短消息、话音通讯或数据通讯,并实现双向无线通讯功能。
4 GSM 在配变监测中的应用实践
4. 1 GSM 业务应用
目前, 配变监测主要采用GSM 通讯提供的两项业务: 短信(SM S) [ 4 ] 和数据(DA TA ) 业务。它们具有不同的特点, 分别予以介绍。
短信业务(SM S) 是GSM 系统提供给用户的一种数字业务, 分为小区广播短信和点对点短信两类, 目前主要使用后者。短信业务中心(SM SC) 作为短消息的存储转发的单元, 实现移动终端间的点对点数据通信。短信通过信令信道传输, 不占用语音通道, 但只可传输有限长度的文本信息(140 个8byte 字节)。一次短信的传送就是一次通信的完成,具有分组数据的特点。因其可承载的数据量有限,所以在配变监测中可用于配变重要运行数据和设备报警信息的上传。
数据业务(DA TA ) : 该业务提供了两个移动终端间的数据传递功能。两个移动终端间进行拨号连接, 数据链路建立后即可进行数据的交换与传送。此方式可实现大容量的数据和成批数据的传送, 如智能仪表中事件记录内容或数据全记录传送等。
4. 2 GSM 应用于配变监测实例
图1 为作者参与开发的配变监测系统的结构组成图。如图所示, 整个监测系统分为三部分: 监测终端、GSM 通讯网络和监测主站。
图1 监测系统组成图
监测终端安装于配变侧, 采用三相电子式多功能电表等作为数据采集设备, 微处理器单元实现规约转换, 并对配变的运行数据进行采集和判断,如电流电压是否越限、失电, 以及油温是否过高等。上述监测数据一旦发生异常, 即自动通过GSM 模块向主站发出报警信息, 实现了对配变运行状态的实时监测。此外, 监测终端的GSM 模块还可接受并响应主站命令(包括短信和数据传输两种形式) , 实时采集配变运行状态量或读取多功能电表中的数据记录并上传主站, 供主站监视和分析。
监测终端与监测主站之间利用GSM 网络进行通讯, 可覆盖线路上所有配变, 即使对分布偏远分散的配变也可进行相同监视。其构成如图2。
监视主站由监控微机和GSM 通讯模块组成,二者由RS232 线相连。GSM 通讯模块接收并存储以短信或数据形式上传的数据帧, 主站监测软件定时对串口的进行读操作来获取这些数据帧, 并对其进行相应分析处理, 处理结果以报警信息或运行数据两种形式存入数据库并给予显示。主站侧也可制
定各类命令帧, 通过GSM 模块下发至相应监测终端。实现指定运行信息和冻结数据的采集功能。主站监测软件的各个组成功能模块如图3 所示：
图2 监测终端构成图
图3 软件功能构成图
主站软件在数据库的设计上, 可实现与SCADA 系统数据库的连接。因此, 该系统可作为配网自动化中的一种补充, 使SCADA 系统所拥有的电网运行数据更加完善。并且, 由于数据的共享也使该系统可以进行各类供电指标的统计和分析。
例如配电网功耗统计计算如下:
变电站至配变段线路功耗统计: 利用某一线路上所有配变的冻结功率数据及同一时刻该线路始端的功率值, 采用下式计算线损功率:
由于配变表计一般安装在低压侧, 以上式计算所得的线损功率包括配变的损耗。若要计算配电线路的功率损耗, 只需将上式计算结果中扣除配变损耗功率即可。配变损耗功率可利用配变等值模型参数和瞬时电压、电流冻结数据计算得出。即配电线路的功损由下式计算:
供电部门可据此了解线路的损耗情况。并且通过数据的共享, 可将上述数据分析结果与常规算法的理论线损计算结果以及配网自动化高级应用中所进行的潮流计算结果进行比较, 从而进一步对配电网运行情况做出评价。
此外, 由于监测终端具有电能计量功能, 因此同时可解决配变的用电量抄收问题, 即实现了远方自动抄表, 克服了以往人工走抄的种种弊端, 使供电部门准确及时地掌握用户用电情况。
上述基于GSM 通讯技术的配变监测系统目前已在数家电力公司投入运行, 运行状况良好。实践表明, 该方案具有施工安装简单、综合投资成本较低、数据传送准确等优点, 在技术和实现方面完全可行。
5 结论及展望
GSM 技术应用于配变监测, 可使电力企业准确及时获取更完整的配电网运行数据, 同时还实现了远方自动抄表。这不仅有利于配变运行的安全性、经济性管理, 而且为配电网的运行及性能指标的监视、优化管理提供了有效手段。因此, GSM 技术的采用对电力企业完善用电管理、提高经济效益具有重要意义。随着下一代通讯技术如GPRS、CDMA 的发展和应用, 配变监测系统可靠性和稳定性可进一步提高, 同时其使用费用也会降低。该技术在电力自动化领域中将具有更为广阔的应用前景。
6 参考文献
1 蔺丽华, 刘健. 配电自动化系统的混合通信方案. 电力系统自动化, 2001, 25 (24) : 52～ 54
2 王云, 贾清寒, 胡晓龙. 基于无线网的配电变压器监测系统应用. 电力系统自动化, 2002, 26 (16) : 75～ 78
3 杨彩虹, 王芙蓉, 贺德华. GSM 的数据业务和承载能力.电讯技术, 2002, 42 (1) : 101～ 105
4 江红, 熊思民. 短消息业务SM S. 重庆邮电学院学报,2001, 13 (2) : 43～ 46 |
