基于CDMA通信的配電監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用方案

?? 本文提出了一種基于CDMA的配電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計原理和實現(xiàn)方案，簡要介紹了CDMA技術(shù)的基本知識，描述了CDMA無線傳輸應(yīng)用于遠程數(shù)據(jù)監(jiān)控的實現(xiàn)方法。通過實際應(yīng)用，獲得了理想的效果.

一、前言
　隨著科學技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)中低壓配電網(wǎng)的自動化已成為電力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。中低壓配電網(wǎng)作為輸配電系統(tǒng)的最后一個環(huán)節(jié)，其實現(xiàn)自動化的程度與供用電的質(zhì)量和可靠性密切相關(guān)。為此，本文特對中低壓配電網(wǎng)自動化的必要性及其實現(xiàn)方案作簡單的討論。
　配電變壓器是將電能直接分配給低壓用戶的電力設(shè)備，其運行數(shù)據(jù)是整個配電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的重要組成部分。因此，對其運行參數(shù)與狀態(tài)進行監(jiān)測是必要的。本文討論利用CDMA作為通信手段，建立配電變壓器監(jiān)測系統(tǒng)。
在配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)的通信中，可以采用數(shù)傳電臺、GSM短消息、光纖接入等方式。數(shù)傳電臺的優(yōu)勢是除了每年的頻點費以外，平時運行無需額外費用；缺點是受地形、氣候的影響較大，造成系統(tǒng)的可靠性、實時性較差，無法主動上報。GSM短消息方式可以實現(xiàn)主動上報；缺點是按條收費，運行費用高，而且在節(jié)假日短消息中心服務(wù)器繁忙時延時相當長。光纖通信穩(wěn)定可靠，但是施工成本投入大、擴展性差、設(shè)備維護方面不方便。而CDMA通信則避免了以上問題。
　CDMA 是一種新無線數(shù)據(jù)傳數(shù)業(yè)務(wù)，目的是給用戶提供高速無線IP或X.25服務(wù)。 CDMA理論帶寬可達171.2Kbit/s，實際應(yīng)用帶寬大約在40～100Kbit/s，在此信道上提供TCP/IP連接，可以用于INTERNET連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用。CDMA采用分組交換技術(shù)，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，資源被有效的利用。CDMA允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源。CDMA永遠在線，按流量計費，從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、點多分散、中小流量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。
二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　配電變壓器綜合管理系統(tǒng)的開發(fā)目標是建立一個安全可靠，能提供各種高級服務(wù)，并有為應(yīng)用程序的執(zhí)行和實施提供較強功能的開放式平臺和運行在該平臺的多個相對獨立的應(yīng)用子系統(tǒng)組成的系統(tǒng)，成為一個符合配電系統(tǒng)現(xiàn)代化管理要求的,分布式，開放式，模塊化，可擴充的配電變壓器綜合管理系統(tǒng)?；A(chǔ)平臺除提供基本的硬件技術(shù)和操作系統(tǒng)內(nèi)核外，還提供諸如數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、信息傳遞、人機界面、實時環(huán)境應(yīng)用程序等基礎(chǔ)服務(wù)?；诨A(chǔ)平臺之上的各應(yīng)用子系統(tǒng)包括：配電變壓器管理，線損管理，自動抄表，VQC功能，諧波數(shù)據(jù)，購電量管理，數(shù)據(jù)查詢，自動報表，圖表和與其他系統(tǒng)的接口等。這些子系統(tǒng)之間在開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（OSA）基礎(chǔ)上實現(xiàn)有機的橫向和縱向集成，形成一個完整的配電變壓器綜合管理信息系統(tǒng)。
　CDMA配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如下圖所示，系統(tǒng)分為四個部分，分別是監(jiān)控中心主站、網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器、CDMA數(shù)據(jù)傳輸終端、監(jiān)控終端設(shè)備。主站主要完成人機交互工作；網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器主要負責網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路建立和數(shù)據(jù)收發(fā)的透明中轉(zhuǎn)；CDMA數(shù)據(jù)傳輸終端完成信息的上送與下發(fā)；監(jiān)控終端設(shè)備主要完成數(shù)字量與模擬量的采集。

. 本系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器可采用ADSL、LAN等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP或者公網(wǎng)動態(tài)IP+DNS解析服務(wù)，出于安全性考慮，監(jiān)控中心主站在局域網(wǎng)中，不直接連在INTERNET網(wǎng)上，通過網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器來負責網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路建立和數(shù)據(jù)收發(fā)的透明中轉(zhuǎn)。
　CDMA數(shù)據(jù)傳輸終端上電后，它會根據(jù)預(yù)先設(shè)定在其內(nèi)部的IP地址或者是域名來主動訪問網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器，通過代理服務(wù)器和監(jiān)控中心建立TCP/IP鏈路。監(jiān)控中心主站本身維護接入的每個終端的IP地址和ID號，當主站要向某個監(jiān)控終端提出數(shù)據(jù)請求時，它會根據(jù)IP地址和ID號來找到對應(yīng)的終端，將命令下發(fā)到該終端，終端響應(yīng)后通過GRPS數(shù)據(jù)傳輸終端把數(shù)據(jù)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器端口，通過端口影射轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控中心主站，即完成了一個應(yīng)答式的通訊流程。
　 以上方式是通過Internet實現(xiàn)的，這樣用戶的實現(xiàn)成本比較低。如需要高可靠性數(shù)據(jù)傳輸。中國聯(lián)通為這種應(yīng)用提供了直接接入CDMA網(wǎng)絡(luò)的方式。監(jiān)控中心主站通過專線方式直接接入CDMA聯(lián)通基站，并獲得一個固定的IP地址。監(jiān)測點數(shù)據(jù)無需路由到Internet網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測點DTU也采用固定IP地址的SIM卡。采用這種方式組成點對多點網(wǎng)絡(luò)具有實時性好、安全性高的特點，但接入費用相對較高。

　三、監(jiān)控終端
　　該監(jiān)測系統(tǒng)采用的配電綜合監(jiān)測儀是根據(jù)電力需求側(cè)管理技術(shù)要求和配變負荷監(jiān)測相關(guān)標準設(shè)計、制造的一種高科技產(chǎn)品。它采用高精度數(shù)字采樣處理技術(shù)，集數(shù)據(jù)采集、顯示、存儲、通訊等多功能于一體，并可通過后臺軟件將儲存記錄的數(shù)據(jù)以圖表或報表的形式顯示、打印和分析。其科技領(lǐng)先，功能強大、可靠性高，可廣泛應(yīng)用于配電自動化系統(tǒng)的監(jiān)測。其主要功能有：
　基本測量參數(shù)：
　三相電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、四象限電能、環(huán)境溫度等九類，三十多個參數(shù)。
　　技術(shù)參數(shù)
　?額定技術(shù)參數(shù)
　　額定電壓 Un： 100V
　　額定電流 In： 5A
　　額定頻率 Fn： 50Hz
　　?測量準確度
　　電壓/電流/頻率： 0.2級
　　功率因數(shù)/有功功率/無功功率： 0.5級
　　有功電量/無功電量： 1.0級
　　?內(nèi)置閃存容量
　　存儲容量：1024k字節(jié)，可實現(xiàn)連續(xù)84日用電數(shù)據(jù)記錄（每15分鐘記錄一次）
　　精度
　　電壓/電流/頻率： 0.2級
　　功率因數(shù)/有功功率/無功功率： 0.5級
　　有功電量/無功電量： 1.0級
　　系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定
　　裝置的CT、PT變比
　　數(shù)據(jù)存儲間隔
　　系統(tǒng)時鐘
　　LCD對比度
　　過壓參數(shù)
　　欠壓參數(shù)
　　過流參數(shù)
　四、數(shù)據(jù)傳輸終端—采用廈門才茂通信技術(shù)有限公司CM 6550P CDMA DTU
CM 6550P CDMA DTU采用ARM9高性能工業(yè)級嵌入式處理器，以實時操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺，內(nèi)嵌自主知識產(chǎn)權(quán)的TCP/IP協(xié)議棧。為用戶提供高速，穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)終端永遠在線，多種協(xié)議轉(zhuǎn)換的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)。針對網(wǎng)絡(luò)流量控制的用戶，產(chǎn)品支持語音，短信，數(shù)據(jù)觸發(fā)上線以及超時自動斷線的功能。同時也支持雙數(shù)據(jù)中心備份，以及多數(shù)據(jù)中心同步接收數(shù)據(jù)等功能。公司產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于金融，水利，環(huán)保，電力，郵政，氣象等行業(yè)。

一、 無線參數(shù)

1、 支持IS-95 A/B 和CDMA2000 1xRTT無線網(wǎng)絡(luò)

2、 支持13K QCELP音頻編解碼

3、 支持數(shù)據(jù)、語音、短信和傳真

二、 硬件系統(tǒng)

1、 CPU：工業(yè)級高性能ARM9嵌入式處理器，200MPS,MMU,16KB Dcache,16KB Icache

2、 FLASH：8MB，可擴充到32MB

3、 SDRAM：64MB，可擴充到256MB

4、 接口：

1個RS232串口。（根據(jù)需要，可支持RS422/RS485），串口速率110~230400bits/s

指示燈：具有電源、通信及在線指示燈。

天線接口：標準SMA陰頭天線接口，特性阻抗50歐。

UIM卡接口：3V/5V標準的推桿式用戶卡接口。

電源接口：標準的3芯火車頭電源插座。

語音接口：標準的耳機麥克風接口。

5、 供電：

外接電源：DC 9V 500mA

寬電壓供電：DC 5-35V

通信電流：350mA

待機電流：35mA

6、 尺寸

外形尺寸：92.7x61.3x23 mm（不包括天線及固定件）

7、 其他參數(shù):

工作環(huán)境溫度 -25~+65oC

儲存溫度 -40~+85oC

相對濕度 95%(無凝結(jié))

三、 軟件功能

1. 智能防掉線，支持在線檢測，在線維持，掉線自動重撥，確保設(shè)備永遠在線。

2. 支持RSA，RC4加密算法

3. 支持虛擬值守VWM（Virtual Man Watch）功能，確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠

4. 支持虛擬數(shù)據(jù)專用網(wǎng)（APN）

5. 透明數(shù)據(jù)傳輸與協(xié)議轉(zhuǎn)換，支持多種工作模式

6. 支持數(shù)據(jù)中心動態(tài)域名和IP地址訪問

7. 支持雙數(shù)據(jù)中心備份

8. 支持多數(shù)據(jù)中心

9. 支持短信、語音、數(shù)據(jù)等喚醒方式以及超時斷開網(wǎng)絡(luò)連接。

10. 支持短消息備份及告警。

11. 多重軟硬件看門狗

12. 數(shù)據(jù)包傳輸狀態(tài)報告。

13. 標準的AT命令界面

14. 可以用做普通撥號MODEM

15. 支持telnet功能。

16. 支持遠程配置，遠程控制

17. 通過串口軟件升級

18.同時支持LINUX和WINDOWS操作系統(tǒng)
19.還有軟硬件雙重看門狗，在DTU不能正常工作時，能夠自動斷電復(fù)位。
四、監(jiān)控中心主站
　 主站系統(tǒng)最里面層為操作系統(tǒng)及系統(tǒng)軟件。第二層為系統(tǒng)支持軟件層，包括數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、電力系統(tǒng)模型、數(shù)據(jù)采集和傳輸。電力系統(tǒng)模型主要指電力系統(tǒng)設(shè)備對象化及網(wǎng)絡(luò)拓撲；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分運行庫、基礎(chǔ)庫、標準庫和歷史庫四部分；數(shù)據(jù)采集和傳輸就是將各種數(shù)據(jù)從不同的終端根據(jù)各種通訊協(xié)議采集過來，但并不進行處理，再通過網(wǎng)絡(luò)分發(fā)給需要這些數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。第三層為基礎(chǔ)應(yīng)用層，將采集過來的數(shù)據(jù)經(jīng)過各種處理，通過GUI界面顯示給用戶。第四層為高級應(yīng)用層，它所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)主要是供電力系統(tǒng)進一步管理和決策用。
上位軟件主要完成以下功能：
?。?）配電變壓器SCADA系統(tǒng) 變壓器運行監(jiān)控，變壓器異常情況監(jiān)控，數(shù)據(jù)的分析、處理和存盤，RTU的參數(shù)設(shè)置及狀態(tài)顯示。既能獲得配電網(wǎng)運行的基本信息，又為功能擴充提供很好的基礎(chǔ)。
（2）自動抄表系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的時間自動抄錄配電變壓器和用戶的電度數(shù)。并具有電表異常告警，跟蹤抄表記錄和操作記錄等輔助功能。
?。?）用戶購電量管理對于信譽比較差的用戶，通過系統(tǒng)對它進行先購電后供電，并在使用電量達到某些比例時進行警告。
?。?）線損管理 主要是臺區(qū)線損管理和線路線損管理。
　（5）配電設(shè)備管理主要是配電線路和配電變壓器等設(shè)備的管理。
?。?）終端錯誤智能識別終端錯誤分為通訊恢復(fù)，通訊中斷（某一終端連續(xù)三次召測不到），終端無線錯誤（一天連續(xù)十次召測不到），無線中斷（連續(xù)有三十個終端召測不到）。
?。?）負荷預(yù)測 通過計算主站和分站所有臺區(qū)的總有功功率總加值來初步預(yù)測下一階段的負荷情況。
?。?）電容器投切根據(jù)電壓和功率因數(shù)就地進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)時考慮時間因素和投切次數(shù)。在就地調(diào)節(jié)失靈的情況下能夠遠方監(jiān)視和遠方控制。如果終端無調(diào)節(jié)投切功能，系統(tǒng)能夠遠方計算后控制電容器投切。
?。?）終端操作 可以遠方讀取或者設(shè)置終端的參數(shù)，如變壓器的整定參數(shù)等。可設(shè)置開關(guān)合閘，開關(guān)分閘?？勺x取或設(shè)置VQC參數(shù)。
?。?0）與營銷系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的接口能方便地為營銷系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)源。
　（11）采集諧波數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)能夠采集用戶的各次諧波含量。
?。?2）用戶竊電管理增加用戶電量與功率轉(zhuǎn)換為電量的比較，通過設(shè)置比例系數(shù)，來進行警告，比如當有功功率產(chǎn)生而電量不動時，則產(chǎn)生警告。
五、結(jié)論
　實現(xiàn)我國中低壓配電網(wǎng)自動化，是提高供電質(zhì)量、用電可靠性和提高電力企業(yè)自身水平的需要,CDMA作為一種新的通訊手段，應(yīng)用在配電自動化中有很多優(yōu)點, 基于CDMA通信的配電變壓器綜合管理系統(tǒng)是一個比較有應(yīng)用前景的實現(xiàn)方案。