（电气工程专业论文）基于gprs技术的电力负荷管理主站系统.pdf

山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ep o w e rl o a dm a n a g e m e n ts y s t e mi sac o m p r e h e n s i v er e a l t i m ei n f o r m a t i o n c o l l e c t i n ga n da n a l y s i sp r o c e s s i n gs y s t e m i tc o n t a i n e dm o d e md i g i t a lc o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y , c o m p u t e rs o f t w a r ea n dh a r d w a r et e c h n o l o g y , t h e e l e c t r i c a le n e r g y m e a s u r e m e n tt e c h n i q u ea n dt h ee l e c t r i cp o w e rm a r k e t i n gt e c h n o l o g ya saw h o l e i ti s ap a r to fe l e c t r i c i t ym a r k e t i n gt e c h n i q u es u p p o r t i n gs y s t e ma n di ti st h eb a s i cp l a t f o r m o fc o l l e c t i n gc l i e n ti n f o r m a t i o no fr e a l - t i m ep o w e rc o n s u m p t i o n a sw e l l 嬲a n e f f e c t i v et e c h n o l o g yt oi m p l e m e n te l e c t r i cp o w e rd s m t h r o u g ht h ei m p l e m e n t a t i o n o fp o w e rl o a dm a n a g e m e n t ，t h e yc o u l di m p r o v et h eg r i dl o a dr a t e ，s h o r t e np e a k e l e c t r i c i t y ，c h a n g et h el o a dc u r v e ，i m p r o v et h eu t i l i z a t i o ns u p p l yo fe q u i p m e n t ，l o w e r c o s to fe l e c t r i c i t y ，r e d u c eo rd e l a yt h ep o w e rg e n e r a t i o nc a p a c i t ya n dr e d u c e e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n ，w h i l ep o w e ru s e r sc a ni m p r o v ep o w e re f f i c i e n c y ，l o w e r e l e c t r i c i t yc o s t s ，r e d u c et h el o s s e sc a u s e db yp o w e ri m b a l a n c eb e t w e e ns u p p l ya n d d e m a n d ，p o s s e s sc o n s i d e r a b l es o c i a la n de c o n o m i cb e n e f i t s ，i nl i n e 、) i ，i t l lt h en e e d so f t h ed e v e l o p m e n to fp o w e rs y s t e m w i t hi tb e c o m em o r ea n dm o r ei m p o r t a n ti nt h ee n t e r p r i s eo p e r a t i o na n d m a n a g e m e n t , as e p a r a t eb u i l d i n go fl a r g ec o n s u m e rl o a dm a n a g e m e n ts y s t e m s ， d i s t r i b u t i o nt r a n s f o r m e rm o n i t o r i n gs y s t e m ，r e s i d e n t sc e n t r a l i z e dm e t e rr e a d i n g s y s t e mc a n n ol o n g e rm e e tt h en e e d so fp o w e rc o m p a n i e s ，a n dt h e s ea p p l i c a t i o n sw a s n o tq u i t er e l a t e dt oo t h e rb u s i n e s sa p p l i c a t i o ns y s t e m s ，e a c ha p p l i c a t i o ns y s t e mh a di t s o w ni n d e p e n d e n tb u s i n e s sf l o wa n db u s i n e s sd a t a b a s e s ，s ot h eo p e n n e s so ft h e s y s t e m si sv e r yp o o r u n d e rs u c hc i r c u m s t a n c e s ，i tw a sd i f f i c u l tt os h a r et h er e s o u r c e s ， t h e nf o r m e dm a n y ”i n f o r m a t i o ni s l a n d s ”，c o u l dn o tm e e tt h ed e v e l o p m e n ts t r a t e g yo f i n t e n s i v ep r o d u c t i o no fp o w e re n t e r p r i s e sa n df i n em a n a g e m e n t i no r d e rt om a k ef u l l u s eo fs y s t e mi n v e s t m e n t ( t h em a s t e rs t a t i o ne q u i p m e n t ，c o m m u n i c a t i o nc h a n n e la n d s o p h i s t i c a t e dn e t w o r kt e c h n o l o g y ) t oa c h i e v ef u r t h e rf u n c t i o n a l i t y ，s o l v et h ep r o b l e m o fr e s o u r c ed i s t r i b u t i o na n dd u p l i c a t ei n v e s t m e n t ，r e a l i z ed a t ac o l l e c t i o na n ds h a r i n g ， a p p l i c a t i o n ，e n h a n c em a n a g e m e n te f f i c i e n c y ，w ec a nr e a l i z ef u n c t i o ne x p a n s i o no f l o a dm a n a g e m e n tt h r o u g hb r i n gc o m m o nd i s t r i b u t i o nt r a n s f o r m e rm o n i t o r i n ga n d r e s i d e n t se l e c t r i cc e n t r a l i z e dm e t e rr e a d i n gi n t ol o a dm a n a g e m e n ts y s t e m s t h i sp a p e rd e s c r i b e san e we l e c t r i cp o w e rl o a dm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do n g p r s ，w h i c hm a k ef u l lu s eo ft h ea d v a n t a g e so fg p r sc o m m u n i c a t i o n sa n d t e c h n i q u e s o fi n f o r m a t i o n p r o c e s s i n g ，s t o r a g e ，r e l e a s e ，o n t h e b a s i so fl o a d m a n a g e m e n tf u n c t i o n o ft r a d i t i o n a l l a r g ec u s t o m e r ，i n t e g r a t et h e f u n c t i o no f d i s t r i b u t i o nt r a n s f o r m e rm o n i t o r i n ga n de l e c t r i cc e n t r a l i z e dm e t e rr e a d i n g ，s ot h e y r e a l i z er e m o t ea u t o m a t i cc o l l e c t i o no fs t a t i s t i cd a t ao fl a r g e rc u s t o m e r s ，p u b l i c d i s t r i b u t i o nt r a n s f o r m e ra n dr e s i d e n t s ，b u i l tap l a t f o r mo fd a t ac e n t e rb a s e do nd a t ao f e l e c t r i ce n e r g y ；t h r o u g hd a t ap r o c e s s i n ga n dm i n i n gt oa c h i e v et h ef u n c t i o no f i i 山东大学硕士学位论文 一_ _ 一 a u t o m a t i ce n e r g ys t a t i s t i c s ，n e tl o s sc a l c u l a t i n ga n da n a l y s i s ，p o w e rm o n i t o r i n g ， m a r k e t i n gd e c i s i o ns u p p o r ta n ds oo n ；s i m u l t a n e o u s l yr e l e a s ed a t ai nt h es t y l eo f w e b ，a n dp r o v i d ei n t e r c o n n e c ti n t e r f a c ef o ro t h e rs y s t e m sw h i c hu s ed a t ao fd a t a c e n t e r k e yw o r d s ：d s m ；p o w e rl o a dm a n a g e m e n t ；a u t o m a t i cm e t e rr e a d i n g ；d i s t r i b u t i o n t r a n s f o r m e rm o n i t o r i n gs y s t e m ；g p r s i i i 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：、拢 日期： 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名畔师签名：缒日期： 山东大学硕士学位论文 1 1 概述 第1 章绪论 根据各国多年的统计，电力负荷以每年百分之几到百分之十几的速度在增 长，而且有些负荷系数又很低，最大负荷与最小负荷的差别非常悬殊，因此单靠 增加发电设备来满足负荷增长的需要，对整个国民经济来说是极不合理的。2 0 世纪7 0 年代以来世界各国都发生能源短缺的现象，各国的电力公司基本建设的 投资也十分短缺，随着电力系统规模不断扩大，电力基本建设的速度也愈来愈缓 慢。因此从整个国民经济来考虑，有计划地指导和控制电力负荷的增长速度，指 导负荷的调整，限制某些负荷在系统尖峰负荷时用电，尽量减小尖峰负荷的数值， 起到削峰填谷作用】，使系统综合负荷曲线更平坦，充分发挥已有发电设备及供 电设备的利用率，这就是负荷管理的目的。 近年来，随着我国社会主义市场经济的不断发展，用电负荷日益增长，对电 力负荷情况进行科学的管理是电力管理部门亟待解决的一项重要任务。电力负荷 管理系统是电力需求侧管理的重要组成部分【2 】，是实施电力需求侧管理的重要技 术手段【3 1 ；也是贯彻落实国家有关用电政策，调整电网负荷结构，提高营销与服 务水平，实现用电负荷管理到户的现代化技术手段。只有在大力提高用电效率的 基础上提高电力消费水平，才能减少经济增长对能源供应的依赖程度【4 j 。 负荷管理系统通过监控安装的电力负荷双向管理终端，根据预先编制的用电 计划对负荷进行调节和监控，以保障电网平衡运行和供电质量，力求获取合理的 经济效益，同时为用户提供优质经济的电力；通过采集分析配变监测终端的数据， 对业扩报装、系统增容、变压器布点选择等日常规划工作提供科学的依据，为管 理者提供及时、有效的经济运行、分析的数据依据，保证配变的安全经济运行； 自动抄表代替手工抄表，解决手工误抄、漏抄的问题，缩短结算周期，减少欠费 发生1 5 1 ，并且大大提高效率和数据的准确性、实时性，实现了用电精细化管理。 因此，加强对负荷管理系统的研究对于提高电力系统的管理水平具有重要的现实 意义。 山东大学硕士学位论文 1 2 选题背景 由于我国的电力负荷管理系统是我国处在计划经济时代的产物，以限电为 主，带有鲜明的时代特征和历史局限性。经过近二十年的发展，全国3 5 个省会 城市和计划单列市、2 0 多个地市及上千个县级市都不同程度地建立起了负荷控 制系统，根据国家计划用电的需要，具有“不超不限，谁超限谁 ，以及“控制 到户 等功能，这对当时在严重缺电的情况下为保证电网正常供电，保障工农业 生产和人民生活正常用电发挥了重要作用，取得了显著的经济效益和社会效益。 随着国家经济体制由计划经济向市场经济的过渡及发展，电力供应买方市场 的迅速形成以及电网不断发展，我国电力供需矛盾有所缓解，电力负荷的“控制 功能作用相对减弱，许多地区根据电力市场形势的变化，在原有的基础上加强和 完善了负荷管理的功能，向更高的层次进军，从而使系统和技术更好地为电力系 统的管理现代化成为电力营销的主要技术支持系统，为电力营销提供可靠的、全 面的实时信息，为电力营销电费计算、收取和电力市场提供依据【6 】。 中国经济和社会的发展，对电力营销的精细化提出了更高的要求。电网企业 应当采集更为全面和详细的客户计量信息，掌握更大范围内更详细的电网运行状 态，加强需求侧管理，缩短电费回收时间，减少窃电损失，提高客户服务水平， 降低客服成本。计量数据的特点是t 数据量大，采集点多且分散，对实时性要求 比电网实时运行数据低，数据需要被多个系统和业务部门使用。这样的数据特点， 不适合采用传统的电力s c a d a 通信方式。采用基于开放标准( t c p i p ) 的数据 网络通信，提供协议转换器，可以兼容现有设备，多通道共用，提高通道利用率， 多通道容量可以被其它数据通信利用，更适合对大量的设备状态数据和计量数据 的采集，当前g p r s 正具备这样的优势。 中国电网企业经过多年的发展，已经建立了众多的自动化系统和管理信息系 统，积累了大量的数据。但是，电网企业长期以来一直采用条块管理的模式，各 部门从自己的部门和条线业务角度出发，分别提出信息化需求，形成大量的信息 “孤岛”和“烟囱 ，而数据也分散在各个不同的应用孤岛中，被各个部门或某 个系统所有，难以实现企业范围内的信息利用。 本文所介绍的新型负荷管理系统是为满足新形势下用电管理的发展需求，充 分利用现有的信道资源，实现各子系统的有机结合，提供了一套完整的解决方案。 2 山东大学硕士学位论文 新型负荷管理系统以g p r s 为主要通信方式，实现系统主站和现场终端之间的数 据通讯，具有数据自动采集、远程抄表、用电异常信息监测、电能质量监测、用 电数据统计分析、线损分析和负荷控制等功能。 1 3 负荷管理系统的意义 负荷管理系统的广泛应用是电力企业自动化技术发展的趋势。对当前电力企 业的生产经营具有十分重要的意义【7 】。 ( 1 ) 对电力生产的意义 电力负荷管理系统可从电力需求侧管理( d s m ) 【8 】的角度进行削峰填谷【9 】，限电 不拉闸，减少基建投资，减少机组启停调峰造成的损失。还可进行配电线路负 荷率调整，可对地方电厂和上网的企业自备电厂发电进行必要的监控。 ( 2 ) 对电力营销的意义 电力负荷管理系统对电力客户可进行实时监控，如监视客户用电的变化。对欠 费客户报警及进行有效的停、限电控制，对客户的各时段用电情况进行计量等。 同时也可自动监测和记录客户窃电情况，实现预售电的运营方式，可从根本上 解决收费难和欠费问题，实现远方抄表，进行用电预测分析。系统为电力营销 环节实现自动化、网络化管理，奠定了基础。 ( 3 ) 对供用电秩序的意义 利用电力负荷集中控制的手段，配合法律和经济的措施，把用电管理深入到户， 建立正常的供用电秩序【1 0 】。 1 4 国内外研究现状 1 4 1 国外研究现状 电力负荷控制系统技术的提出源于2 0 世纪初的欧洲。2 0 世纪4 0 年代，西欧 一些国家应用了音频控制装置【1 2 】。法国、德国、瑞士等国家大量使用音频电力负 荷控制，并很快向世界其它地区发展。东欧的匈牙利、亚洲的日本相继引进音频 控制设备的生产专利，马来西亚、阿拉伯各国也逐渐使用音频控制技术进行电力 负荷控制。美国在世界性石油危机以后，为减少调峰损耗，才开始重视电力负荷 3 山东大学硕士学位论文 控制技术。1 9 7 5 年，装用了第一套音频电力负荷控制系统，接着又研制发展了 无线电力负荷控制技术和电力线载波负荷控制技术。发达国家使用电力负荷控制 装置，已有六十多年的历史，是在不缺电的情况下发展起来的，发达国家使用这 项技术主要目的改善电网负荷曲线，削峰填谷，提高电网运行的经济性、安全性 和发电设备投资的效益，推迟电力设旌的建设投资。 目前，国外把注意力从一般的负荷控制转向配电自动化、需求侧管理和对电 力市场的技术支持f 1 3 j 4 】，更加注意采集用户用电数据，进行自动远方抄表，同时 进行负荷控制【l 引。国外电网企业通过智能化电表采集更多的电网实时运行数据 ( 电压、电流、功率等) ，从而掌握更加详细的用户负荷情况，加强需求侧管理， 为电网规划和扩容提供决策支持数据。 1 4 2 国内研究现状 我国从1 9 7 7 年底开始了电力负荷控制技术的研究和应用，过程大致可分为 以下四个阶段1 1 6 】： ( 1 ) 1 9 7 7 - - 1 9 8 6 年为探索阶段。研究了国外电力负荷控制技术所采用的各种方 法，并自行研制了音频、电力线载波和无线电力负荷控制系统等多种装置，同时 由国外引进一批音频控制设备安装在北京、上海、沈阳等地。 ( 2 ) 1 9 8 7 , - - , 1 9 8 9 年为有组织的试点阶段。主要试点开发国产的音频和无线电力 负荷控制系统，分别在济南、石家庄、南通和郑州安装使用，都获得了成功。在 试点成功的基础上，1 9 8 9 年底在郑州召开了全国计划用电会议，要求首先在全 国直辖市、省会城市和主要开放城市重点推广应用，然后在所有地( 市) 级城市中 全面推广。 ( 3 ) 1 9 9 0 1 9 9 7 年是全面推广应用的阶段。经过7 年多的努力，全国已有近2 0 0 个地( 市) 级城市供电系统规模不等地建立了负荷控制系统，还有部分县级城市也 开展了这项工作。这些系统普遍采用了无线电作为组网通道，有些系统部分采用 了音频或电力线载波，也有采用分散性装置来补充无线电信道达不到的用户的控 制。1 9 9 6 年7 月，重庆市首先通过了电力部组织的负荷控制实用化达标验收， 同年1 2 月，烟台和郑州也通过了电力部组织的正式验收；1 9 9 7 年，绍兴、合肥、 武汉、福州、张家口等五城市也相继通过了电力部实用化达标验收。这标志着我 4 山东大学硕士学位论文 国负荷控制的推广应用工作进入了一个新的阶段。电力负荷控制在各地的投入运 行，使各地的负荷曲线有了很好的改善。 ( 4 ) 1 9 9 7 年以后的电力负荷控制系统从单一控制转向管理应用的发展阶段。上 世纪九十年代，电力供需矛盾趋向缓和，电力负荷控制系统的作用逐步转向了建 立正常的供电秩序、保障电网安全、营配管理等方面。系统增加了用电管理的功 能，包括用电信息管理、远程抄表、用电信息服务等功能。这些功能的扩展，提 高了电力负荷控制系统的经济价值和生命力。在系统的数据处理方面也打破了以 前的局限性，扩展了网络功能。为了更确切表述这个系统，电力负荷控制系统遂 更名为电力负荷管理系统。目前，电力负荷管理中心可以通过数据库和网桥与不 同的系统网络联结，将负荷管理系统的大量数据信息送到电力系统的管理网、调 度网、营业网等，对于电网管理的科学化和现代化，都是不可或缺的。 当前，负荷管理系统已在电力营销现代化进程中发挥了极大的促进作用。负 荷管理系统作为供电企业与用电企业之间最便捷的沟通桥梁，是具有双重服务功 效的支持中心，既为电力系统内部各部门提供信息服务和技术支持，还要为电力 用户提供良好的服务。电力负荷管理系统作为实现电力需求侧现代化的重要技术 手段，对电力企业和整个社会都具有明显的经济、社会效益【l7 1 。随着电力需求侧 现代化的发展，电力负荷管理系统需要不断充实完善新的功能。 1 5 本论文的主要工作 本文介绍g p r s 技术及其应用优势，分析目前电力负荷管理系统的通信特点， 在阐述基于g p r s 的电力负荷管理系统研究的社会和经济意义的基础上，论述电 力负荷管理系统的组成及工作原理，提出基于g p r s 网络通信的电力负荷管理主 站系统的体系结构，探讨了电力负荷管理系统的发展方向。本文的主要内容如下： ( 1 ) 介绍g p r s 技术和t c p i p 协议，根据电力负荷管理系统的通信特点给出 通信方式和组网方案。 ( 2 ) 充分论述了电力负荷管理系统的工作原理，基于g p r s 技术给出电力负 荷管理系统体系结构。 ( 3 ) 对系统主站主要实现的功能及应用操作界面进行研究，主要包括前置采 集功能、人机界面设计、报表功能、w e b 信息发布等。 5 山东大学硕士学位论文 第2 章电力负荷管理系统通信 2 1 系统通信特点 ( 1 ) 采集点多，位置分散 4 3 】。 ( 2 ) 实时性要求高 现场用电异常信息必须即时传送到主站，否则将造成无计量用电损失，而且 损失随时间延续而增长。同时，为非计划性的错峰限电也需要在预定时间内完成 对负荷的远程控制。因此，电力负荷管理系统的通信要有一定的实时性要求，延 迟时间可以是分钟级。 ( 3 ) 数据量相对较小 从主站到终端下发的命令通常比较小，大约为2 0 3 0 b y t e 。终端向主站上送 的信息数据量相对较大，特别是任务数据较多时，但整个信息包l o k b 即可完全 满足。 ( 4 ) 缺乏电力通信网覆盖 目前大客户绝大多数属1 i o k v 配网供电，目前暂无建设电力通信网的条件。 ( 5 ) 现场情况复杂，布线困难l 删 大客户供电电源点通常分布在大楼内部、架空杆线上、厂矿内、野外等处， 布线困难。 2 2 系统通信方式比较 电力负荷管理系统的通信方式主要有：2 3 0 m h z 无线通信、g p r s 无线通信等【4 5 1 。 ( 1 ) 2 3 0 m h z 无线通信是国家无线电管理委员会专门分配给城市公共设施进行无 线数据通信的2 3 0 m h z 专用数据通信频道，利用无线电波传送控制信号，是上世 纪9 0 年代国内负荷控制系统的主要通信方式。2 3 0 m h z 无线通信的原理为：一条 无线通信链路由无线调制解调器及无线数传电台组成，数据从主站的发出，经调 制解调器的调制后由无线数传电台发出无线电信号，终端用无线电台接收空中的 无线电信号，然后将信号发给调制解调器进行解调后得到数据帧【4 6 1 。 7 山东大学硕士学位论文 2 3 0 姗z 无线通信具有以下优点： 专网专用。通信系统专门架设，只用于电力负荷管理系统中信息的传输， 降低了数据拥塞和延时的可能性； 系统容量大，易扩充； 系统一经建设，即可长期使用，日常运行费用低廉； 技术较成熟。 2 3 0 删z 无线通信缺点如下： 一次性投资过大，并且系统闲置时间长； 2 3 0 m h z 无线通信属于直线通信，通信质量受地理、环境、气候等外部因 素影响较大，特别是在地形较为复杂的地区，通信质量无法保证。另外其频段公 开不变，易受突发电磁波干扰； 远距离数据传输的可靠性差，远距离数据传输时必须增加中继站，这样 既增加设备的投资，也会因中继站故障导致数据的丢失； 传输速率低，不能满足海量信息传输的要求； 专网专用，不利于信息的交流，不符合全国联网的趋势。 ( 2 ) g p r s 是中国移动的数据网络，相对于无线电台通信技术，g p r s 技术在电力 负荷管理系统中具有明显的优势4 7 】： g p r s 网络由移动公司组建，电力部门无需投资建网费用，一次性投资小； g p r s 网络覆盖面广、传输速率高，受外界因素影响小； g p r s 网络基站较多，冗余度高，不会出现局部瘫痪的局面； g p r s 传输速率高，远远高于2 3 0 - i z 无线通信，有利于采用更高智能的 终端设备； g p r s 拥有全国统一的网络，便于相邻电网之间的数据交流。 g p r s 网络也存在一定的缺点，其稳定性、安全性、可用性及通信质量依赖于 运营商的网络和运营策略，电力部门难以维护；按流量计费，长期运行产生的费 用较高。利用数据压缩技术和数据加密措施，可降低数据流量节约运行费用，增 强数据传输的安全性，有效弥补g p r s 网络的缺点。 综合上述通信网络的优缺点，鉴于电力负荷管理系统采集点多、实时在线的 特点，本文采用g p r s 网络作为系统的通信网络，确保通信的可靠性和实时性。 山东大学硕士学位论文 2 3g p r s 技术简介 2 3 1g p r s 基本内容 g p r s 是通用分组无线服务技术( g e n e r a p a c k e tr a d i os e r v i c e ) 的简称， 它是g s m 移动电话用户可用的一种移动数据业务。它经常被描述成“2 5 g ，也 就是说这项技术位于第二代( 2 g ) 和第三代( 3 g ) 移动通讯技术之间。它通过利 用g s m 网络中未使用的t d m a 信道，提供中速的数据传递。g p r s 突破了g s m 网只 能提供电路交换的思维方式，只通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进 行部分改造来实现分组交换，这种改造的投入相对来说并不大，但得到的用户数 据速率却相当可观。g p r s 是一种以全球手机系统( g s m ) 为基础的数据传输技术， 可说是g s m 的延续。g p r s 和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包( p a c k e t ) 式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个 频道，理论上较为便宜。 g p r s 是在现有g s m 移动通信系统的基础上发展而来的一种新的承载业务，通 过在g s m 数字移动通信网络中引入分组交换功能实体，支持采用分组方式进行的 数据传输。与g s m 网络相比，g p r s 网络的最大特点是在移动终端与计算机通信 网络的路由器之间提供了分组传递业务。 g p r s 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，借助于多时隙绑定和高速编码方案， 数据传输速率理论上最高可达1 7 1 2 k b p s 。g p r s 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，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、突发性的或频繁的、少量的数 据传输，也适用于偶尔的大量数据传输。 2 3 2g p r s 网络的优势 ( 1 ) 实时在线：g p r s 一个最”招人”的特点就是”永远在线”，g p r s 采用的是分组 交换技术，不需要像m o d e m 那样拨号连接，用户只有在发送或接收数据时才占用 资源。 ( 2 ) 按量计费：g p r s 以传输资料量计费，而不是以传送的时间计费，所以就算 9 山东大学硕士学位论文 遇上网络塞车，也不会白白花钱，对消费者来说更为合算。 ( 3 ) 高速传输：g p r s 采用分组交换的技术，数据传输速率最高理论值能达 1 7 1 2 k b p s ，但实际受到编码的限制和终端的限制，可能会有所不同。 ( 4 ) 快速登录：每次使用时只需一个激活的过程，一般只需1 - 一3 秒的时间马上 就能登录网络。 2 4t c p i p 协议简介 t c p i p ( t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o l i n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) 的简写， 中文译名为传输控制协议互联网络协议。t c p i p 字面上代表了两个协议：t c p ( 传输控制协议) e 4 9 1 和i p ( 网际协议) 。确切地说，t c p i p 协议是一组包括t c p 协议和i p 协议，u d p ( u s e rd a t a g r a mp r o t o c 0 1 ) 协议、i c m p ( i n t e r n e tc o n t r o l m e s s a g ep r o t o c 0 1 ) 协议和其它一些协议的协议组。 在网络的各种转输协议中，t c p i p 是目前最为成熟可靠、应用最广的协议。 t c p i p 协议能够让各种各样的计算机在一个共同的网络环境中运行，具有强大 的连网能力与各种环境的适应能力。t c p i p 协议被各界公认为异种计算机、异 种网络彼此通信的重要协议，是目前最为可行的协议，己成为国际标准和工业标 准。 2 5 系统通信组网 2 5 1g p r s 组网方案 由于g p r s 网络是基于i p 协议的，可与其它分组数据网络( 如i n t e r n e t 网) 进行无缝、直接连接，因此，g p r s 无线通信组网方案不仅仅局限于g p r s 网内， 也可以通过i n t e r n e t 网来实现【5 0 5 2 1 。 ( 1 ) 公网静态i p 1 0 山东大学硕士学位论文 置 螂彘 l 固塞z i 鲤 图21 公阿固定i p 简介 主站服务器必须拥有固定的静态i p ，并且提前将此i p 地址写入g p r s 模块的 初始化设置中，终端上电后，根据预先写入的i p 地址与主站服务器建立起连接。 采用公网静态i p 具有较高的可靠性和稳定性，但静态i p 的申请和使用需要一部 分费用。 可以采用v p n 形式通过私有的隧道技术来保证数据传输的安全性。要实现v p n 连接，首先向g p r s 网络移动运营商申请v p n 服务，并与运营商协商路由器和系 统主站v p n 服务器之间的隧道协议、加密方式；其次系统主站内部网络必须配置 有一台v p n 服务器，它一方面连接企业内部专用的网络，另一方面要连接到 i n t e r n e t ，因此必须拥有一个公网的i p 地址。 大用户终端登录g p r s 网络后，通过移动的i n t e r n e t 接入点获得外部i p ， 建立访问i n t e r n e t 的通道。然后，g p r s 终端连接到企业应用服务器，企业应 用服务器登记移动客户端的连接信息。至此，g p r s 移动终端设备和企业应用服 务器就可以相互发送数据信息。 优点 采用公网静态i p 具有较高的可靠性和稳定性；隧道协议用于路由器和系统 主站v p n 服务器( 或路由器) 之间建立隧道，保证数据在穿越互联网时的安全性； 立童一鳖 蠹童盛童零一 山东大学硕七学位论文 成本较低。 缺点 g p r s 移动终端作为网络主机，暴露在i n t s r n e t 上，有遭受攻击的可能；采 用i p s e c 隧道加密技术安全性高，但数据处理速度较慢；静态i p 的申请和使用 需要一部分费用。 ( 2 ) 公网动态i p + 域名( d n s ) 解析服务 5 3 l 圈2 - 2 动态i p + 域名解析 简介 主站采用a d s l 等i n t e r n e t 公网连接，采用公网动态i p e d n s 解析服务的。 系统主站登陆i n t e r n e t 后便向域名服务器注册i p 地址，现场终端向域名服 务器获取系统主站的i p 地址，与系统主站建立数据传输通道。 g p r s 终端上电后，根据预先设定在其内部的域名来主动访问网络代理服务 器，通过代理服务器和主站服务器建立t c p i p 链路。主站服务器维护接入的每 个终端的i p 地址和i d 号，当主站向终端提出数据请求时，根据i p 地址和i d 号 找到对应的终端，将命令下发给该终端，终端响应后通过g p r s 通信网络把数据 发送到网络代理服务器端口通过端口映射转发到主站服务器，完成一个应答式 的通信流程。 优点 山东大学硬士学位论文 应用服务器端网络布置简单维护较简单，对原有网络影响较小；成本低， 大大节约公网固定i p 的费用；不需要与移动公司协商，可自行搭建网络。 缺点 g p r s 移动终端作为网络主机，暴露在i n t e r n e t 上有遭受攻击的可能：g p r s 移动终端与企业应用服务器间的连接过程、数据收发过程都通过i n t e r n e t 网络 存在i n t e r n e t 网络固有的数据安全性的威胁：系统通信的稳定性和可靠性受限 于d n s 服务器；不适合大规模应用。 ( 3 ) a p n 专线接入 ，霜畦夏ij 艟q 一j 留日 ! 固。旦 q 络l 错 图2 - 3a p n 专线 简介 访问点域名a p n ( a c c e s sp o i n tn a m e ) 方式是指移动公司从g p r s 核心网到 电力部门局域网引一条a p n 专用线，为企业内部所有移动终端及服务器分配内部 私有固定i p 。 主站通过光纤专线( e 1 ) 实现应用服务器与g p r s 内网的g g s n ( g p r s 网关支 持接点) 相连，应用服务器置于企业网内部，作为企业网的内部资源。 只有g p r s 移动终端才能访问企业的服务器，同样，要访问内网资源的g p r s 移动终端，都必须对其进行身份认证。 在认证通过后，g p r s 移动终端就可以连接到企业应用服务器，企业应用服 9 一 山东大学硕士学位论文 务器登记移动终端的连接信息。然后，g p r s 移动终端设备和企业应用服务器就 可以相互发送数据信息。 专用网络内的移动终端仅开通该专用a p n ，限制使用其它a p n ，专用网络以 外的主机或g p r s 移动终端都无法访问专用网络内的移动终端。 可自建一套r a d i u s 服务器和d h c p 服务器，g g s n 向r a d i u s 服务器提供用户 主叫号码，采用主叫号码和用户账号相结合的认证方式；用户通过认证后由d h c p 服务器分配企业内部的静态i p 地址。 移动终端和服务器平台之间采用端到端加密，避免信息在整个传输过程中可 能的泄漏。双方采用防火墙进行隔离，并在防火墙上进行i p 地址和端口过滤。 优点 数据通信不经过i n t e r n e t 网络，通信数据非常安全；i n t e r n e t 网络主机不 可以访问g p r s 移动终端，未登录企业，服务器的g p r s 移动终端也不可访问本 企业的g p r s 移动终端，因此，g p r s 移动终端不会受到外界攻击，g p r s 移动终 端非常安全；实时性好、通讯效率高、并发访问高；g p r s 移动终端可访问企业 内网的资源，提高了应用的灵活度。 缺点 需要与移动公司协商，不能自行搭建网络；一次建设费用高，需要额外采用 路由器和e 1 模块；需要租用移动的光纤网络，用户终端较少时，运行费用较高。 2 5 2 组网方案比较与选择 按照以上的叙述，对这三种组网方案进行比较 内容专线接入 固定i p 动态i p 安全性 最好较好最差 实时性最好 较好差 安装和维护费用较高较低最低 经过比较，可见动态i p 的i n t e r n e t 接入实时性较差，不适合系统的长期运 行，固定i p 的i n t e r n e t 接入的安全性和实时性都较好，而且费用较低，因此适 用于一些安全性没有要求那么高的小型系统。电力大客户负荷管理的通信要求安 全可靠，而且有一定的实时性要求，因此采用专线接入。 1 4 山东大学硕士学位论文 g p r s 专网系统终端上网登录服务器平台的流程为： ( 1 ) 用户发出g p r s 登录请求，请求中包括由移动公司为g p r s 专网系统专 门分配的专网a p n ； ( 2 ) 根据请求中的a p n ，s g s n 向d n s 服务器发出查询请求，找到与企业服 务器平台连接的g g s n ，并将用户请求通过g t p 隧道封装送给g g s n ： ( 3 ) g g s n 将用户认证信息( 包括手机号码、用户账号、密码等) 通过专线 送至r a d i u s 进行认证； ( 4 ) r a d i u s 认证服务器看到手机号等认证信息，确认是合法用户发来的请 求，向d h c p 服务器请求分配用户地址； ( 5 ) r a d i u s 认证通过后，由r a d i u s 向g g s n 发送携带用户地址的确认信息； ( 6 ) 用户得到了i p 地址，就可以携带数据包，对g p r s 专网系统信息查询 和业务处理平台进行访问。 2 6 数据传输规约 1 9 9 6 年原电力工业部颁发了电力负荷控制系统数据传输规约( 试行) 一 1 9 9 6 ( 以下简称“9 6 版规约”) ，经过八年多的实际运用，为电力负荷管理系统 的建设、运行和发展奠定了良好的基础，同时，随着大量应用系统的不断完善和 发展，9 6 版规约本身也在这些实际系统的应用中得到了不同程度的丰富和扩展。 国家电网公司推出的电力负荷管理系统数据传输规约，是在9 6 版规约的 基础上，依据电力负荷管理系统功能规范和电力负荷管理系统通用技术条 件的要求，并结合目前实际、今后技术和应用发展的需求进行的。本规约遵从 g b t 1 8 6 5 7 ( 等同i e c 6 0 8 7 0 - 5 ) 推荐的传输规约模式，采用三层增强型结构，适 用于平衡式和非平衡式等通信网络。 电力负荷管理系统的通信规约是主站与终端之间进行信息交互的接口，规定 了终端与主站之间进行数据传输的帧格式、数据编码及传输规约。根据电力负荷 管理系统的需求不同，使用的通信规约也是多种多样，目前主要有国家电网公司 推出的电力负荷管理系统数据传输规约和各省电力公司推出的省际规约。本 文设计的基于g p r s 的电力负荷管理系统，通信规约采用国家电网公司企业标准 电力负荷管理系统数据传输规约- - 2 0 0 5 ) 。 山东大学硕士学位论文 第3 章电力负荷管理系统体系结构 3 1 系统的基本要求 ( 1 ) 安全性 考虑到该系统的大客户数据最终将作为计费的依据，以及预购电和负荷控制等 功能的实施，因此系统的安全性至关重要，在系统设计与建设中，要采用有效 的机制保证整个系统的安全性。 系统遵循电力系统“安全第一 的原则，在网络、数据库系统、数据应用系统 等方面均采用相应的措施： 系统可以配置软、硬件防火墙，保证系统在与其它自动化系统交换数据过 程中的安全性，避免来自客户工作站和远程工作站的攻击。 数据采集子系统为独立的子网，保证系统的网络