一、  系统概述

由于电力系统测控终端一般都安装野外环境中，地点偏远，无人值守，设备必须能够在特殊的环境下长期、稳定工作。GPRS无功功率补偿控制系统，根据用户的实际需求特别研制。控制系统主要由电源模块、数据采集、人机接口、无功补偿控制及GPRS 数传模块五大部分组成。只要有一部可以接入Internet的电脑作为服务器就能实现对分布各地的无功补偿控制器进行监控，也能实现移动监控。系统采用模块化设计, 具有技术原理先进、测量精度高、功能完善、组网灵活、可靠性高、可扩展性强、成本低等优势。
另外，系统具有自动拨号、断线重拨功能。在网络状态不稳定时，具有自动恢复通讯能力，保证系统稳定工作，无需人为干预。在电源抗干扰及散热等方面也有特殊设计，使得终端设备能适应恶劣工作环境。

二、  需求分析

长期以来, 我国配电网无功匮乏, 网损严重。随着我国可持续发展战略的不断深入, 对节能降耗提出更高的要求, 低压无功补偿技术应运而生, 成为平衡配电网络无功、提高电压质量、降低网络损耗的有效措施。对低压配电系统实施无功补偿十分必要, 合理的无功补偿能够有效维持系统的电压水平, 提高系统电压稳定性, 避免大量无功功率的远距离传输, 从而降低有功网损, 减少发电费用。
供电系统控制中常需要对现场控制器进行远程控制投切、读取实时、历史数据和接收故障报警信号等，上位机和无功补偿终端之间通讯的命令和数据传输具有数据量小、定时或非定时及实时发送等特点，一方面需实现数据的上传，另一方面也需要下达各种传输、控制指令，即实现双向的数据、指令传输。数传电台的缺点是受地形、气候的影响较大，造成系统的可靠性、实时性较差，无法主动上报。
GSM短消息方式可以实现主动上报；缺点是按条收费，运行费用高，而且在节假日短消息中心服务器繁忙时延时相当长。光纤通信稳定可靠，但是施工成本投入大、扩展性差、设备维护方面不方便。而GPRS通信则避免了以上问题。由于GSM网络的通信技术成熟，覆盖面又广，利用移动运营商提供的无线网络实现配电网数据采集和监控，是电力系统现代化的一个重要发展方向。

三、  系统的结构与原理
1．系统结构
GPRS无功功率补偿控制系统是基于移动的GPRS网络，主要由以下三部分组成：
a.  现场无功补偿控制器
b  GPRS通讯管理模块
c.  服务器上位机
系统结构简洁明了，扩展性好，能适应多变的监控要求

（1）现场无功补偿控制器
终端使用基于DSP的无功补偿控制器，控制器安装在电网现场，对电网的电气参数进行采集监测，同时记录、分析并计算采集数据，自动进行电容投切操作，在异常时主动发出报警信息，同时存储运行数据信息。

（2）GPRS通信管理模块
GPRS通信管理模块是服务器与现场控制器之间的数据传输的桥梁，它使控制器获得的电网参数通过GPRS网络能够及时传送到服务器计算机。

（3）服务器上位机
服务器上位机主要完成对终端传来的数据、报警信息进行处理并对各终端的历史数据进行管理，是主要的人机接口。

2．数据传输流程
具体的数据传输流程为：
* GPRS终端通过串行接口从客户系统中取出用户数据；
* 处理后以GPRS分组数据的形式发送到GSM基站；
* 分组数据经SGSN封装后，发送到GPRS IP骨干网
PC机服务器以拨号方式接入Internet，即PC机为移动GPRS内部网分配的动态IP地址，则分组数据先发送到目的SGSN，再经GSM基站发送到与PC机相连的GPRS终端；若PC机以专线接入因特网具有固定IP地址，则将分组数据包经GGSN进行协议转换后，发送到Internet公共网络。由于数据通过Internet公网传输，为了保证数据的安全性，可以申请移动公司为接入用户建立VPDN（Virtual Private Dial-up Network）即虚拟拨号专网。其专用的网络加密和通信协议，可以在公共网络上建立安全的虚拟专网，远程用户可以通过虚拟的加密通道与服务器内部网络连接，而公共网络上的用户则无法穿过虚拟通过访问服务器。在基于GPRS网上承载VPDN不受地点限制，只需具有一台PC机服务器和GPRS终端即可，具有安全、方便、灵活的特点。
3．系统网络拓扑结构示意图 :


四  、 为何选用GPRS通讯模块
1．GPRS DTU 特点
通用分组无线业务GPRS 是在现有GSM系统上发展出来的一种新无线数据传数业务，目的是给移动用户提供高速无线IP或X.25服务。 GPRS理论带宽可达171.2Kbit/s，实际应用带宽大约在40～100Kbit/s，在此信道上提供TCP/IP连接，可以用于INTERNET连接、数据传输等应用。GPRS采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源被有效的利用。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。GPRS永远在线，按流量计费，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、点多分散、中小流量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。
GPRS 技术实现数据分组发送和接收，永远在线且按流量计费，迅速降低了服务成本。GPRS DTU为用户提供高速的无线DDN 通信系统，透明数据传输的虚拟专用数据通信网络，与数据中心一起提供透明数据传输通道，组成用户专用数据网络。

（一）、基本特点：
使用方便、灵活、可靠
支持双频GSM/GPRS
符合ETSI GSM Phase 2+标准
数据终端永远在线
实时时钟
支持A5/1&A5/5加密算法

增强功能
透明数据传输与协议转换
支持虚拟数据专用网
短消息数据备用通道(选项)
支持动态数据中心域名和IP地址(V2.61以后软件版本)
STK卡特殊功能配置
支持TTL/RS-232/485或以太网接口

支持音频接口，方便维护操作
系统配置和维护接口
通过Xmodem协议进行软件升级
支持空中软件升级和远程维护(选项)
自诊断与告警输出
抗干扰设计，适合电磁环境恶劣的应用需求
防潮设计，适合室外应用

（二）、传输效率
1） 用户数据传输效率(用户数据占网络层总数据的比例)：
DTU 支持不同组网方式，不同的数据包长度，这时有不同的传输效率。下面假设在DTU 当前最长所能支持的最大用户数据包长的情况下，即1024 字节包长。
i. 仅支持DTU 主动发起到数据中心的数据传输：最大传输效率(w) = 97.3%
ii. 支持双向主动互传：最大传输效率(w) = 95.9%

2） 传输时延(从发送到接收数据之间的时间)：
不同的数据包长度，传输的时延不同。根据目前移动的网络状况，一般一个包长为100 到200字节之间的数据包可以在1 秒内互传完毕。大于200 字节的数据包平均在1 秒到3 秒之间可以互传完毕。

（三）稳定性
1） 有效率：发送成功数据占总发送数据比例
根据目前在北京、石家庄使用的结果来看，在网络正常的情况下，一般数据包的成功率都在97%以上。
2） 稳定性综合参数：有效率x 传输效率
网络有效带宽和最大传输单元(MTU)之间存在着极其重要的关系，一般MTU 增大到200 字节以上不会明显增加带宽，但会增大平均延迟，测试结果表明MTU 的最优大小是200 字节左右。
3） 断线自动连接
自动检测网络连接状况
设备自诊断、自恢复
4）配置方便性
菜单式配置(超级终端，无需专用软件)
维护软件配置
5）结构
内部连接可靠性： 内部连接机械连接包含GPRS 模块与PCB 之间、SIM 卡固定连接
产品尺寸： 110x56x15mm
安装方便： 外壳螺丝固定
防震： 接插件少，具良好抗震性能
6）环境参数
温度： -20～55℃
相对湿度： 95%(无凝结)



2.GPRS DTU 通信模式与其它几种常用数据通信方式比较


（一）、GPRS DTU与有线数据通信的比较

从以上GPRS DTU与有线、无线数据通信的对比可以看出，在分散数据采集中，利用GPRS DTU进行数据采集是性能价格比最高的一种模式。
（1）与光纤和有线专线相比，建设费用、运行费用和维护费用都很低，并且几乎近于免维护，因为GPRS网络的维护完全有中国移动来完成，企业不需支付任何费用，完全享受中国移动技术进步带来的效率；

（2）在分散数据采集中，要求对各采集子站实时检测，有线拨号是做不到的。对多个子站轮回召测，周期太长，没有实时性可比；

（3）与各种无线数据传输的手段相比，GPRS网络覆盖范围大、维护成本低。超短波无线通信受通信体制和传输方式的制约，传输距离受限制；在开阔地一般20W的电台有效通信距离约20KM，如果在城市高大建筑成群，通信距离大大缩短；

（4）使用超短波通讯电台，不仅要向当地申请频点，而且每年要向无委会交纳一定的占频费 ；超短波通信的维护量相当大，建设要求苛刻，不仅要考虑周围建筑的影响，而且避雷措施不当容易引起电台和连接设备的损坏；

（5）如果采用短信息方式，每个采集子站如果按照间隔为5分钟发送一次数据，一次1角钱概算，运行费用为：12 * 0.1 *24 * 30 = 864 元

通过以上客观分析，我们可以看出，无论从建设周期、建设费用和运行费用，还是系统的可靠性、稳定性和技术的先进性而言，GPRS DTU在分散的数据采集应用领域具有无可比拟的优越性，我们认为，在分布范围较广，数据采集点多，实时性要求较高的场合，只有GPRS DTU比较合适。当然其它数据通讯方式不是一无是处，他们仍有各自的的应用领域，在GPRS DTU没有推出之前，也是比较优秀的，只是新的数据通讯技术和新的产品应用于工业监控后，必将对传统的数据采集带来新的革命。

五 、 结束语

采用GPRS网络远程数据通讯比其它专线或射频通讯方式有不可比拟的优越性，该通信系统具有连接方便、扩充性好、成本低、维护工作量小等特点。在电力系统电网自动化管理和实时监控中使用GPRS无线网络通过Internet传输数据，将会具有很好的应用前景。