CDMA1X/GPRS 無線電力調(diào)度自動(dòng)化通信系統(tǒng)

電網(wǎng)監(jiān)控的中心議題：
* 需求分析
* 系統(tǒng)原理介紹
* 系統(tǒng)組成介紹
* CDMA1X方案的安全性分析
電網(wǎng)監(jiān)控的解決方案：
* 基于 CDMA1X/GPRS 的解決方案

一、需求分析

電力調(diào)度是電力行業(yè)最核心的業(yè)務(wù)之一。電力調(diào)度系統(tǒng)由調(diào)度中心和調(diào)度終端(RTU)兩大部分組成。電力調(diào)度監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng),可以通過分散分布的各個(gè)遠(yuǎn)端采集單元RTU采集覆蓋密集的電網(wǎng)上的信息, 可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視與顯示、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與調(diào)節(jié)、事故報(bào)警、越限/變位報(bào)警、數(shù)據(jù)計(jì)算統(tǒng)計(jì)、工作信息登錄、自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、事故追憶等功能。

電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)幫助調(diào)度員及時(shí)了解、掌握電力情況，監(jiān)控電網(wǎng)信息，通過對電力信息的實(shí)時(shí)掌控可以優(yōu)化資源調(diào)配，更有效地利用和調(diào)配有限的電力資源。電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)是幫助電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度人員及時(shí)掌握電網(wǎng)運(yùn)行狀況，并及時(shí)合理地調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)行的有力工具，它能大大的提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益并極大的減輕調(diào)度人員和各分站運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

目前，全國已形成五級(jí)調(diào)度管理系統(tǒng)。電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)主要由國家電力調(diào)度數(shù)據(jù)一級(jí)網(wǎng)，區(qū)域二級(jí)網(wǎng)， 省級(jí)三級(jí)網(wǎng)，地市四級(jí)網(wǎng)和縣級(jí)五級(jí)網(wǎng)，覆蓋各級(jí)調(diào)度中心和直調(diào)發(fā)電廠、變電站。目前一級(jí)網(wǎng)基本建成，二、三級(jí)網(wǎng)工程正在實(shí)施，少數(shù)省市已經(jīng)開始建設(shè)四級(jí)網(wǎng)。

隨著電力調(diào)度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)建設(shè)的完成和逐步成熟，電力數(shù)據(jù)的傳輸和聯(lián)網(wǎng)工作成為下一步工作重點(diǎn)。采用CDMA1X無線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)能有效地利用電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸，解決有線通道所無法解決的問題，電力數(shù)據(jù)通過CDMA1X移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)后,進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和存儲(chǔ),得到精確的量化的實(shí)時(shí),調(diào)度員掌握了這樣的信息,做出相應(yīng)的反映。滿足電力調(diào)度自動(dòng)化發(fā)展的需要。

CDMA1X是一種新型的移動(dòng)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)。CDMA1X是中國聯(lián)通在完善優(yōu)化CDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中推出的第2.75代通信技術(shù)，它在目前的IS-95 CDMA網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步升級(jí)了無線接口，使其支持高速補(bǔ)充業(yè)務(wù)信道，從而可實(shí)現(xiàn)高速互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。CDMA1X在傳遞速率、功能方面較GPRS具有突出的技術(shù)優(yōu)勢， CDMA1X 理論速率153.6Kbps，目前實(shí)際測試速率為80kbps，超過目前普通有線電話撥號(hào)上網(wǎng)的56kbps，是平均30-40kbps的GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)?-3倍。特別適合像金融交易、遠(yuǎn)程監(jiān)測等行業(yè)的通信需求，完全取代過去傳統(tǒng)的有線MODEM、X.25、數(shù)傳電臺(tái)、短信等通信方式。

CDMA1X通信方式更適合于電力數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)，以往的電力調(diào)度基本上是靠人工方式來進(jìn)行，采用電話線傳送數(shù)據(jù)或手工抄錄，實(shí)時(shí)性差，費(fèi)用也不便宜。CDMA1X無線傳輸數(shù)據(jù)有以下優(yōu)勢：

1）CDMA1X用戶可隨意分布和移動(dòng)自己的網(wǎng)點(diǎn)，無需擔(dān)心線路的維護(hù)或有線在移機(jī)時(shí)導(dǎo)致的通訊中斷。建設(shè)新的監(jiān)測點(diǎn)無需進(jìn)行拉線、埋線等工作。較光纖或?qū)＞€系統(tǒng)投資較少，設(shè)備安裝方便。
2）終端價(jià)格比較低。與DDN相比，較DTU或DDN專線Modem其終端價(jià)格便宜很多。
3）CDMA1X資費(fèi)便宜，計(jì)費(fèi)合理。CDMA1X 資費(fèi)包月比有線電話網(wǎng)絡(luò)資費(fèi)還便宜。電力數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)沒有大數(shù)據(jù)量的信息傳輸，不必要采用資費(fèi)很高的專線（DDN、幀中繼）。CDMA1X還可根據(jù)通信的數(shù)據(jù)量和提供的服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行計(jì)費(fèi)。在CDMA1X網(wǎng)中，用戶只需與網(wǎng)絡(luò)建立一次連接，就可長時(shí)間的保持這種連接，并只在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)才占用信道并被計(jì)費(fèi)，保持時(shí)不占用信道不計(jì)費(fèi)。這樣，監(jiān)測點(diǎn)既不用頻繁建立連接，也不必支付傳輸間隙時(shí)的費(fèi)用。
4）CDMA1X能最好地支持頻繁的、少量突發(fā)型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。通信質(zhì)量穩(wěn)定可靠，永不掉線。
5）CDMA1X網(wǎng)絡(luò)接入速度快，提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的無縫連接。由于CDMA1X網(wǎng)本身就是一個(gè)分組型數(shù)據(jù)網(wǎng), 支持TCP/IP、X.25協(xié)議，因此無需經(jīng)過PSTN等網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)接，直接與分組數(shù)據(jù)網(wǎng)（IP網(wǎng)或X.25網(wǎng)）互通，接入速度僅幾秒鐘，快于電路型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。采用TCP/IP協(xié)議，較以前的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（集群，雙向傳呼，GSM短信息）而言，網(wǎng)絡(luò)接入更加直接方便。
6）覆蓋較好。比較很多無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（集群，雙向傳呼，CDPD，CDMA）而言，其網(wǎng)絡(luò)覆蓋是最好的。

二、系統(tǒng)原理

在電力系統(tǒng)中，常常需要對眾多的變電站設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，大部分監(jiān)測數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)發(fā)送到管理中心的后端服務(wù)器進(jìn)行處理。由于監(jiān)測點(diǎn)分散，分布范圍廣，而且大多設(shè)置在偏遠(yuǎn)的地區(qū)，通過電話線傳送數(shù)據(jù)往往事倍功半。利用CDMA1X網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸，成為電力部門選擇的通信手段亮點(diǎn)之一。變電站監(jiān)測設(shè)備將采集到的電力數(shù)據(jù)和告警信息，通過CDMA1X網(wǎng)絡(luò)，及時(shí)發(fā)送到電力管理部門，可以實(shí)現(xiàn)對變電站設(shè)備的及時(shí)管理，大大提高了工作效率，為電力調(diào)度自動(dòng)化提供了嶄新方式。

上傳信息： 來自RTU的信息首先由CDMA IP路由器進(jìn)行TCP/IP協(xié)議封包和無線調(diào)制解調(diào)，再通過CDMA1X移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)向前置機(jī)/數(shù)據(jù)服務(wù)器傳送，經(jīng)主前置機(jī)/數(shù)據(jù)服務(wù)器處理、存儲(chǔ)后，向網(wǎng)上廣播，各工作站收到信息后進(jìn)行相應(yīng)處理。

下傳信息： 來自工作站的信息首先傳送到主前置機(jī)/數(shù)據(jù)服務(wù)器，由其處理后發(fā)送到CDMA IP路由器進(jìn)行TCP/IP協(xié)議封包和無線調(diào)制解調(diào)，再通過CDMA1X移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到RTU。

三、系統(tǒng)框圖

基于GPRS移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的電力調(diào)度自動(dòng)化通信系統(tǒng)如下圖所示：

四、方案說明

1、變電所子站的CDMA1X通信設(shè)備選帶網(wǎng)絡(luò)接口的CDMA IP路由器，直接掛接在變電所子站的局域網(wǎng)絡(luò)上，和光纖接口的路由器處于同一局域網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置光纖網(wǎng)為第一網(wǎng)關(guān)、CDMA IP路由器為第二網(wǎng)關(guān)，在光纖出現(xiàn)問題的時(shí)候，網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)切換到CDMA IP路由器。以網(wǎng)絡(luò)備份的成熟思想來解決比較可靠。
2、也可將CDMA IP路由器完全設(shè)置和光纖路由器一樣，在光纖出現(xiàn)問題的時(shí)候，由人工完全切換，讓CDMA IP路由器完全取代光纖路由器即可。
3、不建議變電站綜自設(shè)備通過非標(biāo)的串口方式連接CDMA IP路由器，面臨二次開發(fā)工作，風(fēng)險(xiǎn)不確定。
4、為安全和信道保證，從聯(lián)通的CDMA網(wǎng)關(guān)到調(diào)度中心建議用DDN或光纖等專線。并開通專有的APN網(wǎng)絡(luò)。

五、系統(tǒng)組成

5.1 電力監(jiān)控中心

監(jiān)控中心服務(wù)器申請配置Internet上固定的IP地址，或申請配置專線，通過光纖、DDN 等數(shù)據(jù)專線直接和移動(dòng)中心機(jī)房的CDMA1X網(wǎng)絡(luò)連接。監(jiān)控中心服務(wù)器上安裝相關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)軟件。監(jiān)控系統(tǒng)軟件包括通信服務(wù)器、監(jiān)控中心服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、WEB服務(wù)器四個(gè)部分。

通信服務(wù)器負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)行業(yè)數(shù)據(jù)通信協(xié)議、數(shù)據(jù)代理轉(zhuǎn)發(fā)、通信設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控等功能；
監(jiān)控中心服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、存儲(chǔ)、反控等功能；
數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、備份；
WEB服務(wù)器實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)管理、業(yè)務(wù)管理等功能。

具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，通信服務(wù)器、監(jiān)控中心服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、WEB 服務(wù)器可以安裝在一臺(tái)服務(wù)器中，也可以安裝在不同服務(wù)器中。如果行業(yè)客戶要求對終端進(jìn)行終端IP綁定，需要安裝RADIUS服務(wù)器，為系統(tǒng)提供AAA 認(rèn)證和IP綁定功能。

5.2 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)

利用中國聯(lián)通現(xiàn)有的CDMA1X網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控點(diǎn)和監(jiān)控中心系統(tǒng)的所有交換信息通過中國移動(dòng)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

5.3 監(jiān)控終端

變電站設(shè)備通過RS232 串口直接與CDMA IP 路由器連接，并由其建立無線數(shù)據(jù)連接。原則上，所有提供RS232/485接口的電力監(jiān)測設(shè)備均能夠用于該系統(tǒng)方案。

5.4 CDMA IP 路由器介紹

CDMA IP 路由器是一款集成了CDMA1X MODEM傳輸功能和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)、路由功能于一體的新型無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。廣域網(wǎng)絡(luò)采用CDMA1X，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)100BaseT 和串口（包括RS232、RS485 等）連接兩種方式。

CDMA1X 網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品是在已成熟的寬帶路由器和SNMP 網(wǎng)管設(shè)備等產(chǎn)品的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的全新系列產(chǎn)品，硬件采用全新的32位嵌入式RISC CPU，處理能力及系統(tǒng)資源提高10 倍以上。

軟件上采用完整的嵌入式OS 及TCP/IP 協(xié)議包，整體方案和其他競爭對手的產(chǎn)品相比有如下技術(shù)優(yōu)勢：

具有100BaseT 網(wǎng)絡(luò)接口及完整的IP ROUTER 功能，其他產(chǎn)品均無網(wǎng)絡(luò)接口。
具有TCP可靠連接方案，專為金融交易應(yīng)用而設(shè)計(jì)。
內(nèi)嵌WEB Server 配置方式，方便直觀。
強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)管理功能，適合行業(yè)應(yīng)用。
　為整體解決方案提供所需要的系列網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
支持遠(yuǎn)程維護(hù)，具有遠(yuǎn)程配置、遠(yuǎn)程升級(jí)和重啟動(dòng)的功能。

六、CDMA1X方案的安全性分析

電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)傳送電網(wǎng)自動(dòng)化信息、調(diào)度指揮指令、繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置控制信息等重要數(shù)據(jù)，是電力安全穩(wěn)定運(yùn)行的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，安全性是調(diào)度網(wǎng)絡(luò)的首要要求。

CDMA1X的物理鏈路數(shù)據(jù)本身已經(jīng)采用了加密傳送。

該方案中如果監(jiān)控中心直接連接到CDMA1X 網(wǎng)絡(luò)，實(shí)質(zhì)為內(nèi)網(wǎng)方案，所有數(shù)據(jù)均與INTERNET 隔離。大大增強(qiáng)了信息的安全性。

可以向移動(dòng)中心申請單獨(dú)的APN（網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)名稱），類似于VPN 方案，可以限制非法SIM用戶的登錄。

七、結(jié)論

基于 CDMA1X 的電力調(diào)度在線監(jiān)控方式具有較高的綜合性能價(jià)格比。

易于網(wǎng)絡(luò)采集點(diǎn)的擴(kuò)展，幾乎不受到網(wǎng)點(diǎn)規(guī)模的限制，可以在中國移動(dòng)的全網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)使用。跨省份、跨地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)也非常容易組建。

可實(shí)現(xiàn)集中網(wǎng)絡(luò)管理，可用SNMP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)所有網(wǎng)點(diǎn)設(shè)備的集中管理。