CDMA配電監(jiān)測系統(tǒng)

摘    要：本文提出了一種基于CDMA配電監(jiān)測系統(tǒng)設計原理和實現方案，簡要介紹了CDMA 技術的基本知識，描述了CDMA無線傳輸應用于電力數據傳輸的實現方法。通過實際應用，獲得了理想的效果。

關鍵詞：CDMA；VPDN；電力；聯網；配電；監(jiān)測系統(tǒng)；

一、背景介紹

2008年中國先后經歷雨雪冰凍災害和大地震侵襲……地球氣候條件的變化，使世界各國都面臨自然災害的影響；減少乃至避免自然災害對電力設施的破壞，也成為各級電力部門和科研機構關心的話題。

隨著科學技術的發(fā)展，實現中低壓配電網的自動化已成為電力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。中低壓配電網作為輸配電系統(tǒng)的后一個環(huán)節(jié)，其實現自動化的程度與供用電的質量和可靠性密切相關。本文對中低壓配電網自動化的必要性及其實現方案作簡單的討論。配電變壓器是將電能直接分配給低壓用戶的電力設備，其運行數據是整個配電網基礎數據的重要組成部分。因此，對其運行參數與狀態(tài)進行監(jiān)測是必要的。本文介紹利用CDMA 作為通信手段，建立配電變壓器監(jiān)測系統(tǒng)。

CDMA通信是一種無線數據傳數業(yè)務，目的是給用戶提供高速無線服務。CDMA 理論帶寬可300Kbit/s，實際應用帶寬大約在100Kbit/s，在此信道上提供TCP/IP 連接，可以用于INTERNET連接，數據傳輸等應用。CDMA采用分組交換技術，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，資源被有效的利用。CDMA 允許用戶在端到端分組轉移模式下發(fā)送和接收數據，而不需要利用電路交換模式的網絡資源。CDMA保持在線，按流量計費，從而提供了一種有效，低成本的無線分組數據業(yè)務。特別適用于間斷的，突發(fā)性的和頻繁的，點多分散，中小流量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸。

二、CDMA配電監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)勢

在配電監(jiān)測系統(tǒng)中采用CDMA網進行數據傳輸，可以大大的降低通信系統(tǒng)的一次性投資，而且減少了工程實施中調試通信系統(tǒng)的時間，降低了通信系統(tǒng)的維護費用。尤其對于面廣，點稀的配網系統(tǒng)(如農網)，這種通信方式具有很好的經濟性。

CDMA通訊的特點是按流量計費，當然只要合理控制通訊流量，就能有效節(jié)約運行成本，并且成功的應用了數據流量控制技術和CDMA模塊定時報告，保證提供可靠數據的同時，有效的降低了運行成本。

數據流量控制技術：配變監(jiān)控的應用在于監(jiān)視配變運行狀態(tài)，提高用電質量。對配變的監(jiān)控基本上分考核和監(jiān)控兩個過程，需要掌握配變運行的異常數據和狀態(tài)，對于穩(wěn)定運行的數據，只要在允許范圍內，可以不作通訊上傳處理也可。

根據應用情況，在配電綜合測控儀通訊控制上設計了科學的“數據流量控制器”，可根據用戶需要通過設置“數據流量管理器”死區(qū)值和越死區(qū)時限來控制數據流量，并確定越上限及下限值，“數據流量管理器” 死區(qū)值和越死區(qū)時限隨時從主站下傳給配電綜合測控儀。

1、采用“數據流量控制器”控制技術，可靠的保證了系統(tǒng)的運行，又有效的降低了運行成本。定時報告應用技術配變監(jiān)控系統(tǒng)對實時性沒有很高的要求，可以不采用設置心跳功能保持連接，只需要采用設置定時報告的方式，配電綜合測控儀需要傳送數據時直接激活CDMA模塊進行通訊，主站需要通訊時， CDMA模塊與配電綜合測控儀通訊。省去保持連接的維護數據量，節(jié)約運行成本。

2、網絡架構穩(wěn)定。當有一個新的檢測點時，無需改變現有的網絡架構，只需要增加相應的數據傳輸設備。

3、設備安裝簡單。建設新的分站點無需進行拉線、埋線等工作。較光纖或專線系統(tǒng)投資較少，設備安裝方便。

4、CDMA能較好地支持頻繁的，少量突發(fā)型數據業(yè)務。通信質量穩(wěn)定可靠，永不掉線。

5、CDMA網絡接入速度快，提供了與現有數據網的無縫連接。由于CDMA網本身就是一個分組型數據網, 支持TCP/IP、X.25協(xié)議，因此無需經過PSTN等網絡的轉接，直接與分組數據網（IP網或X.25網）互通，接入速度僅幾秒鐘，快于電路型數據業(yè)務。采用TCP/IP協(xié)議，較以前的無線數據網絡（集群，雙向傳呼，GSM短信息）而言，網絡接入更加直接方便。

三、配電監(jiān)測系統(tǒng)組成

配電變壓器綜合管理系統(tǒng)的開發(fā)目標是建立一個安全可靠，能提供各種高級服務，并有為應用程序的執(zhí)行和實施提供較強功能的開放式平臺和運行在該平臺的多個相對獨立的應用子系統(tǒng)組成的系統(tǒng)，成為一個符合配電系統(tǒng)現代化管理要求的，分布式，開放式，模塊化，可擴充的配電變壓器綜合管理系統(tǒng)?；A平臺除提供基本的硬件技術和操作系統(tǒng)內核外，還提供諸如數據庫系統(tǒng)、信息傳遞、人機界面、實時環(huán)境應用程序等基礎服務。基于基礎平臺之上的各應用子系統(tǒng)包括：配電變壓器管理，線損管理，自動抄表，VQC功能，諧波數據，購電量管理，數據查詢，自動報表，圖表和與其他系統(tǒng)的接口等。這些子系統(tǒng)之間在開放系統(tǒng)結構（OSA）基礎上實現有機的橫向和縱向集成，形成一個完整的配電變壓器綜合管理信息系統(tǒng)。CDMA配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)的網絡架構如下圖所示，系統(tǒng)分為四個部分，分別是監(jiān)控中心主站，網絡代理服務器，CDMA數據傳輸終端，監(jiān)控終端設備。

主站主要完成人機交互工作；網絡代理服務器主要負責網絡數據鏈路建立和數據收發(fā)的透明中轉；CDMA數據傳輸終端完成信息的上送與下發(fā)；監(jiān)控終端設備主要完成數字量與模擬量的采集。本系統(tǒng)中網絡代理服務器可采用ADSL，LAN 等INTELNET 公網連接，采用公網固定IP或者公網動態(tài)IP+DNS 解析服務，出于安全性考慮，監(jiān)控中心主站在局域網中，不直接連在INTERNET網上，通過網絡代理服務器來負責網絡數據鏈路建立和數據收發(fā)的透明中轉。CDMA數據傳輸終端上電后，它會根據預先設定在其內部的IP地址或者是域名來主動訪問網絡代理服務器，通過代理服務器和監(jiān)控中心建立TCP/IP鏈路。監(jiān)控中心主站本身維護接入的每個終端的IP 地址和ID號，當主站要向某個監(jiān)控終端提出數據請求時，它會根據IP地址和ID號來找到對應的終端，將命令下發(fā)到該終端，終端響應后通過CDMA數據傳輸終端把數據發(fā)到網絡代理服務器端口，通過端口影射轉發(fā)到監(jiān)控中心主站，即完成了一個應答式的通訊流程。以上方式是通過Internet 實現的，這樣用戶的實現成本比較低。如需要高可靠性數據傳輸。中國電信為這種應用提供了直接接入CDMA 網絡的方式。監(jiān)控中心主站通過專線方式直接接入CDMA電信基站，并獲得一個固定的IP地址。監(jiān)測點數據無需路由到Internet 網絡，監(jiān)測點DTU也采用固定IP 地址的SIM卡。采用這種方式組成點對多點網絡具有實時性好、安全性高的特點，但接入費用相對較高。

監(jiān)控終端該監(jiān)測系統(tǒng)采用的配電綜合監(jiān)測儀是根據電力需求側管理技術要求和配變負荷監(jiān)測相關標準設計、制造的一種高科技產品。它采用高精度數字采樣處理技術，集數據采集，顯示，存儲，通訊等多功能于一體，并可通過后臺軟件將儲存記錄的數據以圖表或報表的形式顯示，打印和分析。其科技先進，功能強大，可靠性高，可廣泛應用于配電自動化系統(tǒng)的監(jiān)測。
其主要功能有：基本測量參數：三相電壓，電流，頻率，有功功率，無功功率，功率因數，四象限電能，環(huán)境溫度等九類，三十多個參數。

技術參數 

1、額定技術參數額定電壓Un：100V 。

2、額定電流In：5A 。

3、額定頻率Fn：50Hz 。

4、測量準確度電壓/電流/頻率：0.2 級功率因數/有功功率/無功功率：0.5 級有功電量/無功電量：1.0 級。

5、內置閃存容量存儲容量：1024k 字節(jié)，可實現連續(xù)84 日用電數據記錄（每15 分鐘記錄一次）。

四、系統(tǒng)功能介紹

監(jiān)控中心主站主站系統(tǒng)里面層為操作系統(tǒng)及系統(tǒng)軟件。第二層為系統(tǒng)支持軟件層，包括數據庫系統(tǒng)，電力系統(tǒng)模型，數據采集和傳輸。電力系統(tǒng)模型主要指電力系統(tǒng)設備對象化及網絡拓撲；數據庫系統(tǒng)分運行庫，基礎庫，標準庫和歷史庫四部分；數據采集和傳輸就是將各種數據從不同的終端根據各種通訊協(xié)議采集過來，但并不進行處理，再通過網絡分發(fā)給需要這些數據的系統(tǒng)。第三層為基礎應用層，將采集過來的數據經過各種處理，通過GUI 界面顯示給用戶。第四層為高級應用層，它所產生的數據主要是供電力系統(tǒng)進一步管理和決策用。上位軟件主要完成以下功能：

1、配電變壓器SCADA 系統(tǒng)變壓器運行監(jiān)控，變壓器異常情況監(jiān)控，數據的分析、處理和存盤，RTU 的參數設置及狀態(tài)顯示。既能獲得配電網運行的基本信息，又為功能擴充提供很好的基礎。

2、自動抄表系統(tǒng)根據設定的時間自動抄錄配電變壓器和用戶的電度數。并具有電表異常告警，跟蹤抄表記錄和操作記錄等輔助功能。

3、用戶購電量管理對于信譽比較差的用戶，通過系統(tǒng)對它進行先購電后供電，并在使用電量達到某些比例時進行警告。

4、線損管理主要是臺區(qū)線損管理和線路線損管理。

5、配電設備管理主要是配電線路和配電變壓器等設備的管理。

6、終端錯誤智能識別終端錯誤分為通訊恢復，通訊中斷（某一終端連續(xù)三次召測不到），終端無線錯誤（一天連續(xù)十次召測不到），無線中斷（連續(xù)有三十個終端召測不到）。

7、負荷預測通過計算主站和分站所有臺區(qū)的總有功功率總加值來初步預測下一階段的負荷情況。

8、電容器投切根據電壓和功率因數就地進行調節(jié)，調節(jié)時考慮時間因素和投切次數。在就地調節(jié)失靈的情況下能夠遠方監(jiān)視和遠方控制。如果終端無調節(jié)投切功能，系統(tǒng)能夠遠方計算后控制電容器投切。

9、終端操作可以遠方讀取或者設置終端的參數，如變壓器的整定參數等。可設置開關合閘，開關分閘?？勺x取或設置VQC 參數。

10、與營銷系統(tǒng)數據庫的接口能方便地為營銷系統(tǒng)提供數據源。

11、采集諧波數據通過系統(tǒng)能夠采集用戶的各次諧波含量。

12、用戶竊電管理增加用戶電量與功率轉換為電量的比較，通過設置比例系數，來進行警告，比如當有功率產生而電量不動時，則產生警告。

（圖）配電監(jiān)測系統(tǒng)示意圖

 五、總結

結論實現我國中低壓配電網自動化，是提高供電質量，用電可靠性和提高電力企業(yè)自身水平的需要，CDMA作為一種新的通訊手段，應用在配電自動化中有很多優(yōu)點,，基于CDMA通信的配電變壓器綜合管理系統(tǒng)是一個比較有應用前景的實現方案。