基于GPRS的电能质量在线监测系统设计

　　引言

　　近年来，随着电力工业的飞速发展及电力系统容量不断扩大，各种分布式发电单元逐步接入电网，各种非线性负载使用也不断增加，造成公用电网电能质量日益恶化，而各种电子设备对电压扰动的敏感性有增无减。因此，电力运行对电力调度自动化水平的要求和安全性的要求越来越高。电力调度需要各种功能更为齐全、操作更为简便的各种电力检测仪器仪表，对电能质量扰动进行检测、定位和分类，以便及时治理。随着中国电力市场的逐步建立，电能逐步实现按质论价，电力用户也要求高质量的电能来保证其设备、仪器和系统的正常运行。

　　传统的电能质量监测仪表多采用RS － 485、光纤、Modem 拨号等有线传输方式，在偏远地区监测点分散，环境恶劣，涉及到布线施工、建设成本、安全和可靠性等一系列问题。因此，近年来多采用无线传输方式。目前，电网监测仪表大多采用GSM 短消息方式与上位机进行通信。GSM 短消息通信方式为半双工通信方式，不能同时双向收发数据，实时性不强，而且在通信流量较大的情况下费用高。GPRS ( General Packet Radio Service)采用分组交换技术，支持基于标准数据通信协议的应用，可和IP 网、X. 25 网互联互通，实现基于数据流量、业务类型及服务质量等级的计费功能。其计费方式更加合理，在保证数据传输的及时、准确的前提下，将系统运行费用也降低到了最低。

　　本文设计了一种基于GPRS 通信技术的电能质量在线监控系统，满足电能质量监测的实时性要求，实时地监测电能质量的各项指标。

　　1 系统设计

　　1. 1 总体设计

　　以电网运行方式而言，目前的电能质量问题可分为暂态电能质量问题和稳态电能质量问题2大类。暂态电能质量问题通常以频谱和持续时间为特征，分为脉冲暂态和振荡暂态2 大类，其主要性能指标是电压波动和闪变、电压跌落及瞬间电压中断，其中，电压跌落的影响最为普遍。稳态电能质量以波形畸变为主要特征，持续时间较长，其主要性能指标是谐波电压、谐波电流、三相电压不平衡、电压偏差等。稳态电能质量参数是进行电能质量监测的主要对象。

　　电能质量监测系统由监控主站、GPRS 通信网络和监测终端3 部分构成，如图1 所示。

 

　图1 电能质量监测系统结构图

　　1. 2 系统工作原理

　　监测终端通过自身装配的GPRS 无线模块(GPRS DTU)接入GPRS 网络，再通过GPRS 无线网络连接到Internet 公用数据网，继而连接到监控主站，将数据送监测主站作进一步分析和处理。

　　根据电网电能质量监督管理的实际需要，确定监测单元数量和安装地点。

　　监测终端的GPRS 模块( GPRS DTU) 内嵌TCP /IP 协议，每个模块有可随时设置和修改的唯一的ID 号，并保存主站的IP 地址。GPRS DTU上电后进行初始化，设置相应的通信参数，终端按设置的参数主动向主站发出连接请求，GPRS 网络的SGSN 处理该请求，为其分配一个动态IP 地址;终端与主站建立连接后，主站报告自身的终端地址，主站收到后将其加到动态地址数据库中，然后根据管理员的设定，完成任务及警告的主动上传。如果终端不能建立与主站的有效TCP 连接，会将实时数据压缩存储，待建立连接后再发送到主站。

　　监测主站是一个计算机系统，可实现对监测终端的监控和信息管理，并通过后台软件，实现对采集的各种电能质量信息的统计、分析和处理，实现长期数据的存储与管理。其有固定的IP 地址，并对终端开放相应的侦听端口;接收GPRS DTU的连接请求，向终端下发参数和命令。由于系统数据流经公网，为保证系统的安全性，数据传输至GPRS DTU 前可通过数据加密，而远程监测主站的数据库服务器收到数据后，由专用处理软件对数据进行解密和校验。