1  基于GPRS的配電網自動化系統設計

1. 1  系統層次架構

配電網自動化系統易采用分層分布式， 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置配電子站用于數據轉發。采用這種分層結構， 有效減輕了配電主站的負荷， 提高了系統效率， 使我們可以合理構筑系統的通訊拓撲結構， 從而節省通訊資源并提高利用率。圖1 為本系統的層次示意圖。

圖1  配電網自動化系統層次架構示意圖

1. 2  系統組網方式

本系統的通信網絡是GPRS 網絡和Inter net 網絡， 這樣監控中心與遠端監控裝置FTU 上GPRS 模塊之間的數據傳輸有兩種方式。一種是監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 網絡， 實現監控中心與遠端監控裝置FTU之間的GPRS 網內數據傳輸; 另一種是由監控中心通過固定IP 或者動態IP 的方式接入Internet 網絡， 由于中國移動GPRS 網絡通過CMNet 網關與Inter net網絡互連， 這樣遠端監控裝置FT U 上GPRS 模塊也可以接入Internet 網絡， 實現雙方之間的數據通信。

本系統采用的是監控中心以固定IP 地址接入Internet 網的方式， 每次通信的建立是遠程GPRS 數據終端接入基站， 連至GPRS 網絡， 由GGSN 網關匯集，經過移動公司內部防火墻、路由器和Internet 網向固定的IP 地址發起連接， 也就是說遠程GPRS 數據終端每次按固定IP 地址登陸監控中心與之建立通信， 實現數據的傳輸， 系統的組網方案如圖2 所示。GPRS 網絡與互聯網絡是互相連接的， FT U 終端與監控中心的數據傳輸是一種透明傳輸， 數據傳輸之間的底層協議被屏蔽了。一旦數據終端與監控中心連接上， 就 永遠在線!， 采用的是GPRS 網絡與互聯網的一種虛擬連接的技術， 這樣只有當雙方之間有數據傳輸時按流量收費， 經濟實惠。

圖2  配電網自動化系統組網結構示意圖    來源：維庫

2  基于GPRS 的配電網自動化系統實現的具體問題分析

2. 1  GPRS通信協議分析

當FT U 上的GPRS 模塊上電之后， 即通過移動公司的網絡連接到了互連網上， 可以將其看作互連網上的一個客戶端， 當服務器端的IP 地址及端*確定之后， 該FTU 終端即可連接上服務器。而在互連網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 實質上提供了進程通信的端點。進程通信之前， 雙方首先必須各自創建一個端點， 否則是沒有辦法建立聯系并相互通信的。正如打電話之前， 雙方必須各自擁有一臺電話機一樣。在網間網內部， 每一個Socket 用一個半相關描述: 一個完整的Socket 有一個本地唯一的Socket 號， 由操作系統分配。最重要的是， Socket 是面向客戶/ 服務器模型而設計的， 針對客戶和服務器程序提供不同的So cket 系統調用。客戶隨機申請一個Socket ， 系統為之分配一個Socket號; 服務器擁有全局公認的So cket ， 任何客戶都可以向它發出連接請求和信息請求。Socket 利用客戶/ 服務器模式巧妙地解決了進程之間建立通信連接的問題， 服務器So cket 半相關為全局所公認就非常重要。

在配電網自動化系統的GPRS 通信中， 應用程序的網絡通信歸根結底是利用相同的通信協議來完成信息的傳輸。應用程序和Winso ck 都工作在Window s的用戶模式下， 操作系統僅僅通過Winsock 是不能完成網絡間的通信， 還需要底層的支持， 而套接字仿真器( 套接字核心模式驅動程序) 和傳輸驅動程序接口是負責操作系統核心態環境下的網絡通信， 起到了Winsock 和傳輸協議之間的通信橋梁作用。由于我們傳輸的對象多為配電系統的數據量文件， 因此需要對系統的發送緩沖區和接收緩沖區作相應的設定， 以保障大數據量的文件數據的發送和接收， 從而實現在窄帶環境下依然實現配電網自動化系統的相關數據的GPRS 傳輸通信。

2. 2  配電網自動化系統的實施

( 1) 架空線路

饋線采用兩個負荷開關三分段一個聯絡開關的方式連接， 使兩個電源點成為手拉手環網供電方式， 一般采用兩兩聯絡， 特殊重要用戶( 市府、電視臺、醫院) 采用三聯絡或四聯絡， 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， 又使網架和運行方式簡單安全。

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

分支線路通過負荷開關接入主線路， 在分支線路發生永久性故障時， 通過故障定位， 打開負荷開關隔離故障分支線， 同時恢復主線路供電。10 kV 架空主干線采用185 導線， 分支線采用95 導線。

( 2) 電纜環網

主環路通過環網柜分段， 利用出線負荷開關連接分支環路， 用戶通過電纜分支箱接入分支環路; 每條分支環路連接相鄰的主環路。主環網兩端連接不同的變電站。所有環路開環運行。當環路的任何一段發生永久性故障時， 通過故障定位， 斷開故障兩端的開關或電纜插頭， 隔離故障， 同時使故障處于環路斷開點。主環網或分支環網的任何一段電纜故障都不會影響供電。

每臺環網開關柜的再分配負荷容量< 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) 開關設備

架空線路分段選用真空負荷開關。在線路出現短路故障時， 由變電站的斷路器執行保護動作。柱上開關由配電自動化控制系統控制執行故障隔離和負荷轉移以及接地故障隔離操作。電纜環網柜的進出線開關與柱上負荷開關實現同樣的功能， 選用全密封絕緣滅弧氣體隔離的FS6 負荷開關裝置。

3  結  語

配電自動化發展至今， 仍未能夠大規模的開展， 主要原因在于: 一方面由于工程投資過大和對實施效率的疑慮; 另一方面是因為相關的配套改革措施如電價改革等措施滯后。本論文對基于GPRS 技術的配電網自動化系統的實施進行了設計和分析， 是對配電網自動化實施的一次有益嘗試。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的可靠性和加強配電管理工作， 才能使供電公司和用戶雙方收益。因此， 配電自動化的實施是必然趨勢。