（电气工程专业论文）配电网电能量采集及线损实时监测管理系统.pdf

华北电力大学工程硕十学位论文摘要 摘要 随着电力工业体制改革的逐步深入和电力市场的初步形成， “厂网分开，竞价 上网”政策的实行，电力系统行业垄断的机制被打破，发、供电交易按照市场的规 则来进行，各关口电力电量及线损的计量系统的实时、准确、可靠就尤显重要，实 时采集各个关口的电力电量及线损数据是保证市场正常交易的技术基础。 本文在利用公网资源一移动通讯网作为数据通道的基础上，进行了配电网电能 量采集及线损实时监测管理系统的研究与开发过程。在研究过程中，主要涉及了设 计过程中采用的几个关键技术，如电能量采集，线损分析，c d m a l x 无线公网传输数 据等，最后给出了系统整体应用效果。 关键词：电力电量，数据采集，线损，c d m a l x ，配电网 a b s t r a c t 、m t l lt h es t e p w i s ed e v e l o p m e n to ff o r m i n gi ne l e c t r i ci n d u s t r ys y s t e ma n dp o l i c eo f ”p o w e rp l a n ta n de l e c t r i cn e t w o r ka r es e p a r a t e di ns y s t e m ，s e n d i n gp o w e ro u tt oe l e c t r i c n e t w o r kb a s e do np r i c ec o m p e t i t i o n ”b e i n gp u ti np r a c t i c e ，t h ep o w e ri n d u s t r ym o n o p o l i z a t i o n s y s t e mw i l lb e b r o k e n t h et r a d eb e t w e e ng e n e r a t i n ga n dp r o v i d i n gp o w e rw i l lb eh o l d a c c o r d i n gt om a r k e tr u l e s t h e r ei ss p e c i a li m p o r t a n c eo nt h er e a l - t i m eq u a l i t y , v e r a c i t ya n d r e l i a b i l i t yo fm e a s u r i n gs y s t e mo np i v o t a lp o i n t r e a l t i m ec o l l e c t i n gp o w e ra n de n e r g y v o l u m eo fe a c hp i v o t a lp o i n ti st h et e c h n i c a lf o u n d a t i o no fa s s u r i n gn a t u r a lb a r g a i n i n gi n m a r k e t o nt h eb a s eo fu s i n gt h en e t w o r kr e s o u r c e s m o b i l ed a t ac o m m u n i c a t i o n sn e t w o r ka st h e d a t ac h a n n e l ，t h ep a p e rd i s c u s s e st h ep r o c e s so fd e s i g n i n gar e a l t i m em o n i t o r i n gs y s t e mo f e n e r g ys c a v e n g i n ga n dl i n el o s si nd i s t r i b u t i o ns y s t e m s d u r i n gt h ei n t r o d u c t i o n ，i tm a i n l y a n a l y s e ss e v e r a lk e yt e c h n o l o g i e s i n v o l v e di ni m p l e m e n t a t i o n ，s u c ha s p o w e re n e r g y s c a v e n g i n g ，l i n el o s sa n a l y s i s ，d a t at r a n s m i s s i o nb yc d m a 1xw i r e l e s sp u b l i cn e t w o r k se t c ， a n df i n a l l yp r o v i d e st h ef r a m e w o r kf o rs y s t e m l ih a i j u n ( p o w e rs y s t e ma u t o m a t i o nt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db yp r o f h u a n gj i a d o n g k e yw o r d s ：p o w e re n e r g yv o l u m e ，d a t aa c q u i s i t i o n ，l i n el o s s ，c d m a l x ， d i s t r i b u t i o nn e t w o r k 华北电力大学工程硕十学位论文摘要 摘要 随着电力工业体制改革的逐步深入和电力市场的初步形成， “厂网分开，竞价 上网”政策的实行，电力系统行业垄断的机制被打破，发、供电交易按照市场的规 则来进行，各关口电力电量及线损的计量系统的实时、准确、可靠就尤显重要，实 时采集各个关口的电力电量及线损数据是保证市场正常交易的技术基础。 本文在利用公网资源一移动通讯网作为数据通道的基础上，进行了配电网电能 量采集及线损实时监测管理系统的研究与开发过程。在研究过程中，主要涉及了设 计过程中采用的几个关键技术，如电能量采集，线损分析，c d m a l x 无线公网传输数 据等，最后给出了系统整体应用效果。 关键词：电力电量，数据采集，线损，c d m a l x ，配电网 a b s t r a c t w i t ht h es t e p w i s ed e v e l o p m e n to ff o r m i n gi ne l e c t r i ci n d u s t r ys y s t e ma n dp o l i c eo f ”p o w e rp l a n ta n de l e c t r i cn e t w o r ka r es e p a r a t e di ns y s t e m ，s e n d i n gp o w e ro u tt oe l e c t r i c n e t w o r kb a s e do np r i c ec o m p e t i t i o n ”b e i n gp u ti np r a c t i c e ，t h ep o w e ri n d u s t r ym o n o p o l i z a t i o n s y s t e mw i l lb eb r o k e n t h et r a d eb e t w e e ng e n e r a t i n ga n dp r o v i d i n gp o w e rw i l lb eh o l d a c c o r d i n gt om a r k e tr u l e s t h e r ei ss p e c i a li m p o r t a n c eo nt h er e a l - t i m eq u a l i t y , v e r a c i t ya n d r e l i a b i l i t yo fm e a s u r i n gs y s t e mo np i v o t a lp o i n t r e a l t i m ec o l l e c t i n gp o w e ra n de n e r g y v o l u m eo fe a c hp i v o t a lp o i n ti st h et e c h n i c a lf o u n d a t i o no fa s s u r i n gn a t u r a lb a r g a i n i n gi n m a r k e t o nt h eb a s eo fu s i n gt h en e t w o r kr e s o u r c e s m o b i l ed a t ac o m m u n i c a t i o n sn e t w o r ka st h e d a t ac h a n n e l ，t h ep a p e rd i s c u s s e st h ep r o c e s so fd e s i g n i n gar e a l t i m em o n i t o r i n gs y s t e mo f e n e r g ys c a v e n g i n ga n dl i n el o s si nd i s t r i b u t i o ns y s t e m s d u r i n gt h ei n t r o d u c t i o n ，i tm a i n l y a n a l y s e s s e v e r a lk e yt e c h n o l o g i e si n v o l v e di ni m p l e m e n t a t i o n ，s u c ha sp o w e re n e r g y s c a v e n g i n g ，l i n el o s sa n a l y s i s ，d a t at r a n s m i s s i o nb yc d m a 1xw i r e l e s sp u b l i cn e t w o r k se t c ， a n df i n a l l yp r o v i d e st h ef r a m e w o r kf o rs y s t e m l ih a i j u n ( p o w e rs y s t e ma u t o m a t i o nt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db yp r o f h u a n gj i a d o n g k e yw o r d s ：p o w e re n e r g yv o l u m e ，d a t aa c q u i s i t i o n ，l i n el o s s ，c d m a l x ， d i s t r i b u t i o nn e t w o r k 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文配电网电能量采集及线损实时 监测管理系统，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的 研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大 学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究 所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：日期： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方 式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期： 导师签名： 日期： 华北电力大学工程硕士学位论文 1 1 课题的背景和意义 第一章引言 电力网的电能损耗是国家考核电力部门的一项重要经济指标，也是表征电力系 统规划设计水平、生产技术和经营管理水平的一项综合性技术指标。为检查电网的 损耗情况，提出优化电网结构的措施，实现经济运行，合理制订线损指标。在能源 部颁发的电力网电能损耗管理规定中明确规定：各级电力部门必须定期组织负 荷实测，并进行线损理论计算，为提高理论计算的准确度和速度，应使用电子计算 机计算。由此可见，开展线损理论计算和分析在电能损耗管理过程中的重要作用。 当前城市供电网改造工程的进行，配网变压器的数量越来越多，供电企业在配 电运行、经营管理中普遍遇到的配电变压器运行参数不能实时掌握；低压网络线损 计算不够精确：营业及配电线损管理责任界限不清等问题。同时，随着低压远程抄 表的大面积推广，如何将用户电量准确、及时的传回数据中心业提上了议事日程， 采用电话线或大功率电台作为通讯通道模式都存在设备投资高、维护不方便等问 题。 配电网电能量采集及线损实时监测管理系统就是为解决这些问题而研制的。其 目的是通过运用通讯技术、计算机技术和自动控制技术，提升城市配电网络全面管 理的综合自动化水平。为保证电网安全运行，改善电网运行特征，提高电力工程的 投资效益创造技术条件。 1 2 课题国内外现状 配电网自动化建设，尽管已经进行了近2 0 年的研究和实践，取得了初步成效。 但是研究与实践成果大多数都是在高压配电网( 3 5kv 以上) 层次上进行的，而在 中低压配电网( 配电网这一层次) 的自动化问题上，还是一片空白，既没有总体的 规划，也没有一个统一的技术原则。不仅如此，目前的纵向监控一般只限于变电站 的出线以前，对于从变电站馈线到终端用户等属于用电管理范畴的监控，除少数大 用户的负荷控制外，尚无其它监控手段。 开展线损的理论计算，大致经历了三个阶段：一是7 0 年代用手工来进行计算， 由于计算数据量大、繁琐，使计算周期较长，运算一条线路大概需要几天的时间， 计算误差较大：二是8 0 年代使用p c 一1 5 0 0 小型微机进行计算，同手工计算相比提高 了计算速度，但是人机对话界面小不直观，输出的信息量少：三是9 0 年代初期应用 电子计算机计算，大大地提高了计算速度，缩短了计算周期，也相应提高了计算精 华北电力大学工程硕士学位论文 度。但是以往的线损理论计算方法，不论应用什么工具，其所选用的运行参数大都 是采用变电站出口某一典型代表日( 或月) 的电量、电流、电压等等。由于农村负荷 的特点，季节性强，使典型日的负荷情况与月( 或年) 实际负荷情况的差异较大，造 成理论计算的误差增加。另外，由于一些人为的因素，典型日( 或月) 的数据很难保 证百分之百的准确，这样又增加计算结果的误差。即使这样，我们暂且不考虑理论 计算结果的误差大小，传统的计算方法，其计算结果，往往滞后于当时电网损失现 状一段时间，也就失去了对线损分析工作的指导意义。正是由于上述种种原因，线 损分析和理论计算工作的开展受到限制。 随着计算机技术在各领域的广泛应用，实现了各种信息的实时监测、传输，开 展理论线损的在线计算。正是应用这种技术，对变电站各配出口的各种运行参数实 时自动采集、计算、存贮及传输，做到了理论线损与统计线损同期、同步，具有可 比性，极大地提高理论计算的精度和速度，使线损管理更具科学性。 线损实时管理系统的发展方向是充分利用已建立起来的线损理论计算网络参 数，发挥计算机具有的存贮信息量大、计算速度快、人机对话便捷、输出信息方便、 可传输信息等功能，在各变电站设置实时综合参数测试仪，在县局设置管理主控微 机，并且通过通讯线路互传信息，及时将变电站的实时信息反馈到主控机上，同时 主控机也可以对现场的测试仪发出命令。提高信息的利用率，在县局主控微机管理 系统实现与营业发行系统的联网实现数据共享，避免重复录入信息。 1 3 本文的主要工作 针对现场中的实际要求，本文主要工作如下： ( 1 ) 研究分析了虚拟专用网( v p n ) 技术，g p r s 、c d m a i x 、小灵通等多种 通讯模式，并最终确定主站和分站之间采用虚拟专用网( v p n ) 技术，通过联通 c d m a l x 无线公用网络分时传输各项数据。 ( 2 ) 分析并提出应用了适合现场需要的线损的计算及线损预测方法。 ( 3 ) 对系统的业务进行了需求分析和总体设计，详细分析归纳了管理系统的内 容和业务流程，并在此基础上，研制开发的配电网电能量采集及线损实时监测管理 系统得到了实际应用。 华北电力大学工程硕士学位论文 2 1 虚拟专用网( v p n ) 第二章网络通信技术 随着i n t e r n e t 访问的增加，传统的i n t e r n e t 接入服务已越来越满足不了 用户需求，因为传统的i n t e r n e t 只提供浏览、电子邮件等单一服务，没有服务质 量保证，没有权限和安全机制，界面复杂不易掌握，v p n 的提出就是来解决这些问 题。v p n 的组网方式为企业提供了一种低成本的网络基础设施，并增加了企业网络 功能，扩大了其专用网的范围。传统的专用网络往往需要建立自己的物理专用线路， 使用昂贵的长途拨号以及长途专线服务：而v p n 则是利用公共网络资源和设备建 立个逻辑上的专用通道，尽管没有自己的专用线路，但是这个逻辑上的专用通道 却可以提供和专用网络同样的功能。换言之，v p n 虽然不是物理上真正的专用网络， 但却能够实现物理专用网络的功能。 2 1 1v p n 的概念及特点 v p n 被定义为通过一个公用网络( 通常是因特网) 建立一个临时的、安全的连 接，是一条穿过混乱的公用网络的安全、稳定的隧道。虚拟专用网是对企业内部网 的扩展。虚拟专用网可以帮助远程用户、公司分支机构、商业伙伴及供应商同公司 的内部网建立可信的安全连接，并保证数据的安全传输。虚拟专用网可用于不断增 长的移动用户的全球因特网接入，以实现安全连接：可用于实现企业网站之间安 全通信的虚拟专用线路，用于经济有效地连接到商业伙伴和用户的安全外联网虚 拟专用网。 v p n 具有降低成本、易于扩展、保证安全等优点。v p n 作为一种综合的网络安 全方案，包含了很多重要的技术，最主要的是采用了密码技术、身份认证技术、隧 道技术和密钥管理技术4 项技术。 密码技术：包括对称密钥加密和非对称密钥加密。 身份认证技术：采用p k i 体系的身份认证。目前常用的方法是依赖于c a ( 数 字证书签发中心) 所签发的符合x 5 0 9 规范的标准数字证书。通信双方交换数据 前，需先确认彼此的身份，交换彼此的数字证书，双方将此证书进行比较，只有 比较结果正确，双方才开始交换数据：否则，不能进行后续通信。 隧道技术：通过对数据进行封装，在公共网络上建立条数据通道( 隧道) 。 让数据包通过这条隧道传输。生成隧道的协议有多种，包括第二层隧道协议、第三 层隧道协议及s s l 协议等。 华北电力大学工程硕士学位论文 密钥管理技术：在v p n 应用中密钥的分发与管理非常重要。密钥的分发有两 种方法：一种是通过手工配置的方式，另一种是采用密钥交换协议动态分发。手工 配置的方法要求密钥更新不要太频繁，否则管理工作量太大，因此只适合于简单 网络的情况。密钥交换协议采用软件方式动态生成密钥，保证密钥在公共网络上安 全地传输而不被窃取，适合于复杂网络的情况，而且密钥可快速更新，可以显著 提高v p n 应用的安全性。目前主要的密钥交换与管理标准有s k i p 和i s a k m p ( i n t e r n e t 安全联盟和密钥管理协议) 。 表i - i 几种隧道协议在o s i 七层模型中的位置及特点 o s i 七层安全技 安全协议技术特点 模型术 应用层 应用代 表示层 理 随电子商务与b s 结构发展起来的协议，对w e b 应用有 s s l 会话层 会话层 天然的优势，是未来的主流。 传输层 代理 网络层i p s e c目前应用最广泛的v p n 协议，安全性高，但配置复杂。 数据链路软件开发的协议，支持多重连接特性，对w i n d o w s 兼容 包过滤p p t p l 2 f l 2 t p 层较好，但缺乏安全支持。 物理层 2 1 2v p n 解决方案的核心技术：第二层隧道技术 第二层隧道协议是在数据链路层进行的，先把各种网络协议封装到p p p 包中， 再把整个数据包装入隧道协议中，这种经过两层封装的数据包由第二层协议进行 传输。第二层隧道协议有以下几种： l 2 f ( r f c 2 3 4i ，l a y e r2f o r w a r din g ) p p t p ( r f c 2 6 3 7 ，p o i n t t op o i n tt u n n e li n gp r o t o c 0 1 ) l 2 t p ( r f c 2 6 6 1 ，l a y e rt w ot u n n e li n gp r o t o c 0 1 ) l 2 f 已经过时，很少使用：p p t p 在微软的推动与支持下，已经成为一种事实 上的工业标准，被广泛实现并已使用很长一段时l 刨，目前大多数厂家均支持p p t p ： l 2 t p 作为下一代的隧道协议，是p p t p 和l 2 f 隧道功能的集合，其隧道并不局限 于t c p i p ，但是目前仅支持i p 。 第二层隧道协议具有简单易行的优点，但是它们的可扩展性都不好。更重要的 是，它们都没有提供内在的安全机制，它们不能支持企业和企业的外部客户以及 4 华北电力大学工程硕士学位论文 供应商之间会话的保密性需求，因此它们不支持用来连接企业内部网和企业的外部 客户及供应商的企业外部网e x t r a n e t 的概念。e x t r a n e t 需要对隧道进行加密并 需要相应的密钥管理机制 2 1 3v p n 解决方案的核心技术：第三层隧道技术 第三层隧道协议是在网络层进行的，把各种网络协议直接装入隧道协议中， 形成的数据包依靠第三层协议进行传输。第三层协议有以下几种： i p s e c ( i ps e c u r i t y ) g r e ( r f c2 7 8 4 ，g e n e r a lr o u ti n ge n c a p s ul a ti o n ) g r e 协议提出较早，有很强封装能力，是一种通用的封装形式。然而，g r e 协 议既不进行加密，又不进行验证，因此通常与其他协议结合使用。 p s e c ( i ps e c u r i t y ) 是由一组r f c 文档组成，定义了一个系统来提供安全协 议选择、安全算法，确定服务所使用密钥等服务，从而在i p 层提供安全保障。它 不是一个单独的协议，它给出了应用于i p 层上网络数据安全的一整套体系结构， 它包括网络安全协议a u t h e n t i c a t i o nh e a d e r ( a h ) 协议和e n c a p s u l a t i n g s e c u r it y p a y l o a d ( e s p ) 协议、密钥管理协议i n t e r n e tk e ye x c h a n g e ( i k e ) 协议 和用于网络验证及加密的一些算法等。 p s e c 的功能包括：( 1 ) 作为一个隧道协议实现了v p n 通信。( 2 ) 保证数据来 源可靠( 通过认证实现) 。( 3 ) 保证数据完整性( 通过验证算法) 。( 4 ) 保证数据机 密性( 通过加密算法) 。 i p s e c 的主要不足： ( 1 ) 安全性能高，但通信性能较低因为i p s e c 安全协议是工作在网络层的， 不仅所有网络通道都是加密的，而且在用户访问所有公司资源时，就像采用专线 方式与公司网络直接物理连接一样。 ( 2 ) 要客户端软件需要安装客户端软件，但并非所有客户端操作系统均支持 i p s e cv p n 的客户端程序，由于在每一台客户使用的计算机上安装了管理软件，软 件补丁的发布和远程电脑的配置升级将是一件十分令人头疼的任务。在一些情形中， i p s e c 安全协议是在运行在网络硬件应用中，在这种解决方案中大多数要求通信 双方所采用的硬件是相同的，i p s e c 协议在硬件应用中同样存在着兼容性方面的问 题。 ( 3 ) 安装和维护困难 i p s e c 安全协议方案需要大量的i t 技术支持，包括在运行和长期维护两个 方面。当用户的v p n 策略稍微有所改变时，v p n 的管理难度将呈几何级数增长。 华北电力大学工程硕士学位论文 在大的企业通常有几个专门的员工为通过i p s e c 安全协议进行的v p n 远程访问 提供服务。 ( 4 ) 采用隧道方式，使远程接入的安全风险增加由于i p s e cv p n 在连接的两 端创建隧道，提供直接( 而非代理) 访问，并对全部网络可视，因此i p s e cv p n 会增加安全风险。一旦隧道建立，就像用户的p c 机在公司局域网内部一样，用户 能够直接访问公司全部的应用。 2 1 4 新一代v p n 解决方案的核心技术：s s k 协议 现在，w e b 成为标准平台已势不可挡，越来越多的企业开始将e r p 、c r m 、s c m 移植到w e b 上。s s lv p n 指的是以h t t p s 为基础的v p n ，但也包括可支持s s l 的 应用程序。例如，电子邮件客户端程序，如m i c r o s o f to u t l o o k 或e u d o r a 。s s l v p n 经常被称之“无客户端 ，因为目前大多数计算机在出货时，都已经安装了支 持h t t p 和h t t p s ( 以s s l 为基础的h t t p ) 的w e b 浏览器，所以s s lv p n 可以 通过w e b 浏览器实现无客户端的远程访问。目前，s s l 已由t l s 传输层安全协议 ( r f c2 2 4 6 ) 整合取代，它工作在t c p 之上。 s s l 是为了利用t c p 提供可靠的端到端的安全传输。s s l 不是一个单独的协 议，而是两层协议，即s s l 记录协议和在记录协议之上的三个子协议，如表1 - 2 所示。其中，最主要的两个s s l 子协议是记录协议和握手协议。 表卜2s s l 体系结构 应用层 s s l 握手协议is s l 更改密码规程协议ls s l 报警协议 s s l 记录协议 t c p i p s s lv p n 技术的主要优点： ( 1 ) 无需安装客户端软件：执行基于s s l 协议的远程访问不需要在远程客户 端设备上安装软件，只需通过标准的支持s s l 的w e b 浏览器连接因特网。 ( 2 ) 适用大多数设备：基于w e b 访问的开放体系可以运行标准的浏览器访问 任何设备。 ( 3 ) 可以穿越防火墙进行访问：基于s s l 的远程访问方案中，由于s s l 以 4 4 3 通讯端口作为传输通道，它通常是作为w e bs e r v e r 对外的数据传输通道，防 火墙是开放此端口的，因此不需要在防火墙上做任何修改，从而减少管理员的困 扰，同时也不会降低整个通讯系统的安全性。 6 华北电力大学1 = 程硕十学位论文 ( 4 ) 维护工作量小，减少费用：对于那些简单远程访问用户( 仅需要进入公 司内部网站或者进行e m a il 通信) ，基于s s l 的v p n 网络可以非常经济地提供 远程访问服务，而这也是s s lv p n 最适用的场合 上面介绍s s lv p n 技术这么多优势，那么为什么现在不是所有用户都使用 s s lv p n 。且据权威调查机构调查显示目前绝大多部分企业仍采用i p s e cv p n 呢? s s lv p n 的主要不足在哪里呢? ( 1 ) 只能有限地支持w i n d o w s 应用或者其它非w e b 系统：因为大多数基于 s s l 的v p n 都是基于w e b 浏览器工作的，远程用户不能在w i n d o w s 、u n i x 、 l i n u x 、a s 4 0 0 或者大型系统上进行非基于w e b 界面的应用。虽然有些s s l 提供 商已经开始合并终端服务来提供上述非w e b 应用，但不管如何，目前s s lv p n 还 未正式提出全面支持，这一技术还有待讨论，也可算是一个挑战。 ( 2 ) s s l 存在潜在弱点，验证网络服务器身份所使用的数字证书可能会被偷窃 或复制。如果两台计算机协商建立新的s s l 会话，它们会使用数字证书( s s l 证书) 来确认对方的身份、交换密钥材料。密钥材料的交换利用网络服务器的公钥( 网络 服务器的s s l 证书私有公钥) 对材料进行加密。一收到加密后的材料，网络服务器 就用相应的私钥进行解密。 ( 3 ) 驱动s s l 会话所需的任务繁重的密码计算会影响网络服务器的性能。标 准的计算机处理器不是为专门的密码处理而设计的。网络服务器的处理器速度、存 储器容量、操作系统及网络服务器软件都对决定s s l 的整体性能起到重要作用 2 1 5 未来的v p n 随着网络应用的增加，v p n 技术将得到越来越广泛的应用。v p n 和s s l v p n 的 结合体将是最佳选择。它既要有i p s e c 的安全性及多功能，又要有s s l v p n 的方 便的无客户端安装，良好的穿透性，细粒度的访问权限等。 2 2 通讯模式 2 2 1g p r s 通讯模式 ( 1 ) g r p s 工作原理 g p r s ，是g s m 演进过程中推出的一项高速数据服务业务，将移动通信技术与i p 技术有机结合，组成了移动i p 网络。g p r s 是基于现有的g s m 网络实现的，需要在 现有的g s m 网络中增加一些节点：g p r s 网关支持节点g g s n ( g a t e w a yg p r s s u p p o r t i n gn o d e ) g p r s 服务支持节点s g s n ( s e r v i n gg p r ss u p p o r t i n gn o d e ) ，并 在基站子系统( b s s ) 中增加分组控制单元p c u 。g g s n 和s g s n 是实现g p r s 的核心实 华北电力大学工程硕士学位论文 体，也可通称为g s n 。 s g s n ( s e r v i n gg p r ss u p p o r t i n gn o d e ) s g s n 是为移动台( m s ) 提供业务的节点。在激活g p r s 业务时，s g s n 建立一个移 动性管理环境，包含关于这个m s 的移动性和安全性的信息。s g s n 的主要作用就是 记录m s 的当前位置信息，并且在m s 和各种数据网络之间完成移动分组数据的发送 和接收，为服务区内所有用户提供双向的分组路由。 g g s n ( g a te w a y ，g p r ss u p p o r t in gn o d e ) g g s n 是g p r s 网络与外部数据网络相连的网关，具有网络控制的消息屏蔽功能， 可以选择哪些分组能够进人g p r s 网络，以便保证g p r s 网络的安全：具有计费信息 收集功能，以及存储、修改、删除用户数据的功能：还具有路由选择和转发功能， 可以将从上一个节点接收到的分组数据转发给路由中下一个节点：还能够配合s g s n 实现移动性管理功能。 p c u ( 分组控制单元) p c u 包含在b s s 之内，用来处理分组数据及无线分组信道管理，负责在基站的 收发信息设备b t s 与s g s n 之间传送分组数据，p c u 通过g b 接口与s g s n 连接。 ( 2 ) g p r s 技术特点 g p r s 使得用户能够在端到端分组传送模式下发送和接收数据。由于无线资源采 用动态分配方式，一个用户可分配多个时隙，一个时隙也可由多个m s 共享，用户 虽然与网络一直连接，但仅当有数据传送时才占用无线信道资源。与原有的有线业 务相比，用户使用g p r s 业务将具有建链时间短、数据传输速率高、费用低等特点。 g p r s 具有如下特点： 用分组交换技术 g p r s 采用分组交换技术，特别适合于突发的或频繁的、间断的、少量的数据传 送，也适合于偶尔的大数据量传输。 据传输率高且可靠 g p r s 采用了与g s m 不同的信道编码方案，定义了c s l c s 4 四种编码方案，支 持中、高速率数据传输：用户数据在m s 和外部数据网络之间透明地传输，且用户数 据能够压缩，并有重传协议保护，因此数据传输高效也可靠。 网络资源利用率高 由于g p r s 引人了分组交换的传输模式，用户只有在发送或接收数据期间才占 用资源，从而提高了资源的利用率，且允许用户长时问在线，而不必频繁地连接或 断开网络。 华北电力大学工程硕士学位论文 收费合理 g p r s 可以实现基于数据流量、业务类型及服务质量等级的计费功能，计费方式 更加合理，用户使用更加方便。 网络接入速度快 g p r s 网络接人速度快，提供了与标准i n t e m e t 的无缝连接。 2 2 2 小灵通通讯模式 当前，作为本地市话网的补充和延伸的无线市话“小灵通”( p h s - p e r s o n a lh a n d y p h o n es y s t e m ) 业务，使传统意义上的有线电话可在网络覆盖范围内随身携带使用， 且具高速数据传输优势。因此，研究基于p h s 的无线数据业务具有现实意义。 p h s 无线数据业务使用p i a f s ( p h si n t e r n e ta c c e s sf o r u ms t a n d a r d ) 协议， 利用p h s 终端与电信网络设备实现p s t n 网已有的数据接入功能，用户通过支持 数据业务p h s 手持机和个人p c ，在p h s 网络覆盖的区域内高速接入i n t e r n e t ， 局端的p h s 交换机和基站的连接不变，只需增设支持p i a f s 协议的无线网络接入 服务器( r a s ) 。r a s 通过接口e i 与交换机相连。程控机房可以通过汇接局交换机 开通p h s 拨号的接入号码。这样汇接局交换机就能将p h s 用户的数据业务要求送 至无线网络接入服务器( r a s ) ，由此实现p h s 用户接入i n t e r n e t 的请求。r a s 可 以置于p h s 交换中心，通过l a n 接口与数据通信局内i s p 局域网相连。或置于 数据通信局中心机房，由p h s 交换中心通过汇接局中继至i s p 业务中心，以充分 利用原有的数据网资源。系统组成结构如图卜1 所示。 图卜1p h s 无线数据业务系统组成结构图 2 2 3g d m a1x 通讯模式 c d m ai x 移动通信技术是一种新型的数据传输技术，由于c d m ai x 技术组网迅 速灵活，建设周期短、成本低，网络覆盖范围广，没有有线数据的本地与长途网络的 限制：安全保密性能好，电路永远在线、按流量计费、用户使用成本低，支持语音通 信的优势，特别适用于供水管网监控这种多分散的数据传输、间断的、突发的和频 9 华北电力大学工程硕士学位论文 繁的少量数据传输。c d m a1 x 设备数据监控终端传输设备一开机就能自动附着到 c d m a1 x 网络上，可与数据中心实时在线进行实时数据通信，高速传输，可靠性高。 c d m a1 x 网络覆盖面广，按照流量收费，没有数据流量传递时不收费用，计费合理、科 学，企业运行投资小、效益高。这些特点适合于提高企业计量信息的及时性、可靠 性、准确性和实现企业生产管理的信息化。通过对技术先进性、系统兼容性、扩展 性、网络覆盖范围、企业的投资规模等几个方面对比分析，选择c d m a1 x 网络作为 通信传输媒介在目前是较合适的。 2 3c d m a1x 的v p n v p d n 技术 c d m a1 x 移动通信技术是一种新烈的数据传输技术，它利用c d m al x 终端，通 过运价商的p d s i ( p a c k a g ed a t as e r v i c el o d e ) 接入i n t e r n e t ，并可以进一步利用 电信级v p i v p d i( v i r t u a lp r i v a t en e t w o r k v i r t u a lp r i v a t ed i a ln e t w o r k ) 架设的专有数据传输通道，以动态分配l p 地址的形式，登录到用户的i n t r a n e t 。 v p i v p d i 技术是指在公共的网络平台i n t e r n e t 上，利用l 2 t p 协议搭建隧道以 传输用户数据，从而实现私有数据的安全传输。我们也可以把它理解为将传统的专 线联网通过i n t e r n e t 这一平台加以可靠实现。 2 3 1 技术主要优点 ( 1 ) 传输速率高 c d m al x 的理论传输速率为1 5 3 6k b i t s ，优于d d n ( 6 4k b i t s ) 和固话拨号 等传输模式。 ( 2 ) 数据传输安全 c d m a 移动通信系统是一个保密通信系统，我们在此基础上利用v p d n 技术，可 以大大提高通信保密性能，这是f d m a ，t d m a 系统所无法比拟的。 c d m a 系统采用扩频系统，要想截获别人的通信内容儿乎是不可能。 c d m a 系统采用了一套完善的鉴权机制对用户进行身份识别、权限控制，进一步 提高了系统的安全性和保密性。 用户的每次呼叫以及其他操作，系统均要求进行鉴权操作，使通信更加可靠。 ( 3 ) 资费较低 c d m al x 的资费标准相对于有线传输较为低廉，约相差一个数量级。 ( 4 ) 节约成本 移动通信网络的广域覆盖，使c d m a1 x 网能够提供全网的1 x 数据服务，非常 适合对分布广泛的电力终端进行数据采集与控制，大大节省了单独建设电力控制网 i o 华北电力大学工程硕士学位论文 络的成本。 基于上述原囚，c d m ai x 动态v p d n 技术在行业专网中具有广阔的应用前景。 2 3 2 电力系统数据传送的特点 ( 1 ) 数据采集与控制点分布广泛 电力系统广布城市与乡村，要求在各地布置数据采集点与控制点，实现远程抄 表、配变、负控、功控和调度等需求，并可与控制中心建立数据传输通道。 ( 2 ) 实时在线和应急控制的需求 特殊设备和控制点，或在出现紧急情况时，要求相关设备与中心保持可靠的实 时连接，并保证通信畅通。 ( 3 ) 对数据传输的安全性、可靠性要求高 高安全性、高可靠性是电力生产的基本保障。 ( 4 ) 终端总量巨大 要进行数据通信的各种电力终端数量巨大，为了实现电力系统的智能化监测与 控制，要求承载数据传输的网络必须提供足够的容量。 ( 5 ) 工作环境的电磁干扰大 大部分电力终端都工作在强电磁干扰的环境下，故要求移动通信网络可有效抵 御强电的干扰。 2 3 3c d m ai x 与g p r s 网络数据传输特性比较 根据表1 - 3 所列出的比较，可以看出c d m ai x 在网络资源、速度以及稳定性上 都更加适合在电力监控系统中的应用，为电力系统更大规模应用提供了较为有力的 保障。 表i - 3c d m ai x 与g p r s 网络数据传输特性比较 比较项目c d m ai x g p r s 采用分组数据方式，支持终端采用分组数据方式，支持终端 传输方式用户”永远在线”和按流量用户”永远在线”和按流量 计费计费 峰值速率为1 5 3 6 k b i t s ，实峰值速率为1 7 1 2 k b i t s ，实 传输速度际使用平均在7 0 9 0 k b i t s际使用受网络资源等因素的 以上 影响，平均在2 0 3 0 k b i t s 传输时延c d m ai x 数据专用网的传愉时通过g p r s 组建的冬网传愉时 华北电力大学工程硕士学位论文 延一般在2 0 0 、3 0 0m s 之内， 延一般在2 3 s ，比c d m ai x 差 可广泛用手工业自动化的监一个数量级，只能用检测类的 测、采集等领域，并能满足时应用，难以达到自动化控制中 延要求极高的实时控制要求 的实时快速响附时延要求 由于采用了超软切换技术，使g p r s 在防止掉线的技术机制 c d m a 网络在通信过程中掉线方面不如c d m a 完善，加上本 率大为降低，同时c d m a 网络身已承载着庞大的语音用户 掉线率 在信道资源分配上对数据用 群，导致在实际应用中掉线率 户的保障，有效防止数据传愉远高于c d m ai x ，而且掉线现象 过程中掉线 在城市热点地区更为突出。 c d m a 网络支持语音与数据业 务分离的信道资源分配方式， g p r s 与g s m 网络采用语音和 语音用户急剧增长时，也可保 数据共享信道的模式，而且语 信道资源分配音优先，当语音话务急剧增加 障数据用户的通信，直按体现 在保证传愉速度和降低掉线 时，有限的网络资源只能优先 满足语音用户的需求。 率等方面 g s m 手机或终端模块在通信过 程中必须发射脉冲式信号，易 c d m a 网络采用i 连续的调制技 术，在通信过程中不会产生脉 与其他电器产生耦合，在特定 冲式射频，当工作在周围各种 电场和大气环境中会引发跳 射频安全隐患 闸，电火花等危及电力设备与 强电设备密布的环境下，不会 给其他电器设备造成射频安 人身安全的事故。我国已出 现过多起在强电场环境中因 个隐患 使用g s m 手机而引发的类似 事故。 g p r s 是g s m 体制在分组域的增 c d m a 网络采用了先进的扩频 强g s m 采用的9 0 0 m h z