CDMA配電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

摘    要：本文提出了一種基于CDMA配電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方案，簡(jiǎn)要介紹了CDMA 技術(shù)的基本知識(shí)，描述了CDMA無(wú)線傳輸應(yīng)用于電力數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方法。通過實(shí)際應(yīng)用，獲得了理想的效果。

關(guān)鍵詞：CDMA；VPDN；電力；聯(lián)網(wǎng)；配電；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；

一、背景介紹

2008年中國(guó)先后經(jīng)歷雨雪冰凍災(zāi)害和大地震侵襲……地球氣候條件的變化，使世界各國(guó)都面臨自然災(zāi)害的影響；減少乃至避免自然災(zāi)害對(duì)電力設(shè)施的破壞，也成為各級(jí)電力部門和科研機(jī)構(gòu)關(guān)心的話題。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)中低壓配電網(wǎng)的自動(dòng)化已成為電力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。中低壓配電網(wǎng)作為輸配電系統(tǒng)的后一個(gè)環(huán)節(jié)，其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的程度與供用電的質(zhì)量和可靠性密切相關(guān)。本文對(duì)中低壓配電網(wǎng)自動(dòng)化的必要性及其實(shí)現(xiàn)方案作簡(jiǎn)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(shè)備，其運(yùn)行數(shù)據(jù)是整個(gè)配電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的重要組成部分。因此，對(duì)其運(yùn)行參數(shù)與狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)。

CDMA通信是一種無(wú)線數(shù)據(jù)傳數(shù)業(yè)務(wù)，目的是給用戶提供高速無(wú)線服務(wù)。CDMA 理論帶寬可300Kbit/s，實(shí)際應(yīng)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(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用。CDMA采用分組交換技術(shù)，每個(gè)用戶可同時(shí)占用多個(gè)無(wú)線信道，同一無(wú)線信道又可以由多個(gè)用戶共享，資源被有效的利用。CDMA 允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源。CDMA保持在線，按流量計(jì)費(fèi)，從而提供了一種有效，低成本的無(wú)線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。特別適用于間斷的，突發(fā)性的和頻繁的，點(diǎn)多分散，中小流量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。

二、CDMA配電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

在配電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中采用CDMA網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)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(shí)施中調(diào)試通信系統(tǒng)的時(shí)間，降低了通信系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用。尤其對(duì)于面廣，點(diǎn)稀的配網(wǎng)系統(tǒng)(如農(nóng)網(wǎng))，這種通信方式具有很好的經(jīng)濟(jì)性。

CDMA通訊的特點(diǎn)是按流量計(jì)費(fèi)，當(dāng)然只要合理控制通訊流量，就能有效節(jié)約運(yùn)行成本，并且成功的應(yīng)用了數(shù)據(jù)流量控制技術(shù)和CDMA模塊定時(shí)報(bào)告，保證提供可靠數(shù)據(jù)的同時(shí)，有效的降低了運(yùn)行成本。

數(shù)據(jù)流量控制技術(shù)：配變監(jiān)控的應(yīng)用在于監(jiān)視配變運(yùn)行狀態(tài)，提高用電質(zhì)量。對(duì)配變的監(jiān)控基本上分考核和監(jiān)控兩個(gè)過程，需要掌握配變運(yùn)行的異常數(shù)據(jù)和狀態(tài)，對(duì)于穩(wěn)定運(yùn)行的數(shù)據(jù)，只要在允許范圍內(nèi)，可以不作通訊上傳處理也可。

根據(jù)應(yīng)用情況，在配電綜合測(cè)控儀通訊控制上設(shè)計(jì)了科學(xué)的“數(shù)據(jù)流量控制器”，可根據(jù)用戶需要通過設(shè)置“數(shù)據(jù)流量管理器”死區(qū)值和越死區(qū)時(shí)限來(lái)控制數(shù)據(jù)流量，并確定越上限及下限值，“數(shù)據(jù)流量管理器” 死區(qū)值和越死區(qū)時(shí)限隨時(shí)從主站下傳給配電綜合測(cè)控儀。

1、采用“數(shù)據(jù)流量控制器”控制技術(shù)，可靠的保證了系統(tǒng)的運(yùn)行，又有效的降低了運(yùn)行成本。定時(shí)報(bào)告應(yīng)用技術(shù)配變監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性沒有很高的要求，可以不采用設(shè)置心跳功能保持連接，只需要采用設(shè)置定時(shí)報(bào)告的方式，配電綜合測(cè)控儀需要傳送數(shù)據(jù)時(shí)直接激活CDMA模塊進(jìn)行通訊，主站需要通訊時(shí)， CDMA模塊與配電綜合測(cè)控儀通訊。省去保持連接的維護(hù)數(shù)據(jù)量，節(jié)約運(yùn)行成本。

2、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)穩(wěn)定。當(dāng)有一個(gè)新的檢測(cè)點(diǎn)時(shí)，無(wú)需改變現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，只需要增加相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。

3、設(shè)備安裝簡(jiǎn)單。建設(shè)新的分站點(diǎn)無(wú)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。

4、CDMA能較好地支持頻繁的，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、CDMA網(wǎng)絡(luò)接入速度快，提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的無(wú)縫連接。由于CDMA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(wú)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(wú)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。

三、配電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

配電變壓器綜合管理系統(tǒng)的開發(fā)目標(biāo)是建立一個(gè)安全可靠，能提供各種高級(jí)服務(wù)，并有為應(yīng)用程序的執(zhí)行和實(shí)施提供較強(qiáng)功能的開放式平臺(tái)和運(yùn)行在該平臺(tái)的多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的應(yīng)用子系統(tǒng)組成的系統(tǒng)，成為一個(gè)符合配電系統(tǒng)現(xiàn)代化管理要求的，分布式，開放式，模塊化，可擴(kuò)充的配電變壓器綜合管理系統(tǒng)?；A(chǔ)平臺(tái)除提供基本的硬件技術(shù)和操作系統(tǒng)內(nèi)核外，還提供諸如數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、信息傳遞、人機(jī)界面、實(shí)時(shí)環(huán)境應(yīng)用程序等基礎(chǔ)服務(wù)。基于基礎(chǔ)平臺(tái)之上的各應(yīng)用子系統(tǒng)包括：配電變壓器管理，線損管理，自動(dòng)抄表，VQC功能，諧波數(shù)據(jù)，購(gòu)電量管理，數(shù)據(jù)查詢，自動(dòng)報(bào)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(jié)構(gòu)（OSA）基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)有機(jī)的橫向和縱向集成，形成一個(gè)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(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如下圖所示，系統(tǒng)分為四個(gè)部分，分別是監(jiān)控中心主站，網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器，CDMA數(shù)據(jù)傳輸終端，監(jiān)控終端設(shè)備。

主站主要完成人機(jī)交互工作；網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路建立和數(shù)據(jù)收發(fā)的透明中轉(zhuǎn)；CDMA數(shù)據(jù)傳輸終端完成信息的上送與下發(fā)；監(jiān)控終端設(shè)備主要完成數(shù)字量與模擬量的采集。本系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器可采用ADSL，LAN 等INTELNET 公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP或者公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP+DNS 解析服務(wù)，出于安全性考慮，監(jiān)控中心主站在局域網(wǎng)中，不直接連在INTERNET網(wǎng)上，通過網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器來(lái)負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路建立和數(shù)據(jù)收發(fā)的透明中轉(zhuǎn)。CDMA數(shù)據(jù)傳輸終端上電后，它會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)定在其內(nèi)部的IP地址或者是域名來(lái)主動(dòng)訪問網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器，通過代理服務(wù)器和監(jiān)控中心建立TCP/IP鏈路。監(jiān)控中心主站本身維護(hù)接入的每個(gè)終端的IP 地址和ID號(hào)，當(dāng)主站要向某個(gè)監(jiān)控終端提出數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)，它會(huì)根據(jù)IP地址和ID號(hào)來(lái)找到對(duì)應(yīng)的終端，將命令下發(fā)到該終端，終端響應(yīng)后通過CDMA數(shù)據(jù)傳輸終端把數(shù)據(jù)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器端口，通過端口影射轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控中心主站，即完成了一個(gè)應(yīng)答式的通訊流程。以上方式是通過Internet 實(shí)現(xiàn)的，這樣用戶的實(shí)現(xiàn)成本比較低。如需要高可靠性數(shù)據(jù)傳輸。中國(guó)電信為這種應(yīng)用提供了直接接入CDMA 網(wǎng)絡(luò)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(gè)固定的IP地址。監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)無(wú)需路由到Internet 網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)DTU也采用固定IP 地址的SIM卡。采用這種方式組成點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)具有實(shí)時(shí)性好、安全性高的特點(diǎn)，但接入費(fèi)用相對(duì)較高。

監(jiān)控終端該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用的配電綜合監(jiān)測(cè)儀是根據(jù)電力需求側(cè)管理技術(shù)要求和配變負(fù)荷監(jiān)測(cè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、制造的一種高科技產(chǎn)品。它采用高精度數(shù)字采樣處理技術(shù)，集數(shù)據(jù)采集，顯示，存儲(chǔ)，通訊等多功能于一體，并可通過后臺(tái)軟件將儲(chǔ)存記錄的數(shù)據(jù)以圖表或報(bào)表的形式顯示，打印和分析。其科技先進(jìn)，功能強(qiáng)大，可靠性高，可廣泛應(yīng)用于配電自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)。
其主要功能有：基本測(cè)量參數(shù)：三相電壓，電流，頻率，有功功率，無(wú)功功率，功率因數(shù)，四象限電能，環(huán)境溫度等九類，三十多個(gè)參數(shù)。

技術(shù)參數(shù) 

1、額定技術(shù)參數(shù)額定電壓Un：100V 。

2、額定電流In：5A 。

3、額定頻率Fn：50Hz 。

4、測(cè)量準(zhǔn)確度電壓/電流/頻率：0.2 級(jí)功率因數(shù)/有功功率/無(wú)功功率：0.5 級(jí)有功電量/無(wú)功電量：1.0 級(jí)。

5、內(nèi)置閃存容量存儲(chǔ)容量：1024k 字節(jié)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)84 日用電數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，電力系統(tǒng)模型，數(shù)據(jù)采集和傳輸。電力系統(tǒng)模型主要指電力系統(tǒng)設(shè)備對(duì)象化及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?；?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)分運(yùn)行庫(kù)，基礎(chǔ)庫(kù)，標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)和歷史庫(kù)四部分；數(shù)據(jù)采集和傳輸就是將各種數(shù)據(jù)從不同的終端根據(jù)各種通訊協(xié)議采集過來(lái)，但并不進(jìn)行處理，再通過網(wǎng)絡(luò)分發(fā)給需要這些數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。第三層為基礎(chǔ)應(yīng)用層，將采集過來(lái)的數(shù)據(jù)經(jīng)過各種處理，通過GUI 界面顯示給用戶。第四層為高級(jí)應(yīng)用層，它所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)主要是供電力系統(tǒng)進(jìn)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(yùn)行監(jiān)控，變壓器異常情況監(jiān)控，數(shù)據(jù)的分析、處理和存盤，RTU 的參數(shù)設(shè)置及狀態(tài)顯示。既能獲得配電網(wǎng)運(yùn)行的基本信息，又為功能擴(kuò)充提供很好的基礎(chǔ)。

2、自動(dòng)抄表系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的時(shí)間自動(dòng)抄錄配電變壓器和用戶的電度數(shù)。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(gòu)電量管理對(duì)于信譽(yù)比較差的用戶，通過系統(tǒng)對(duì)它進(jìn)行先購(gòu)電后供電，并在使用電量達(dá)到某些比例時(shí)進(jìn)行警告。

4、線損管理主要是臺(tái)區(qū)線損管理和線路線損管理。

5、配電設(shè)備管理主要是配電線路和配電變壓器等設(shè)備的管理。

6、終端錯(cuò)誤智能識(shí)別終端錯(cuò)誤分為通訊恢復(fù)，通訊中斷（某一終端連續(xù)三次召測(cè)不到），終端無(wú)線錯(cuò)誤（一天連續(xù)十次召測(cè)不到），無(wú)線中斷（連續(xù)有三十個(gè)終端召測(cè)不到）。

7、負(fù)荷預(yù)測(cè)通過計(jì)算主站和分站所有臺(tái)區(qū)的總有功功率總加值來(lái)初步預(yù)測(cè)下一階段的負(fù)荷情況。

8、電容器投切根據(jù)電壓和功率因數(shù)就地進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)時(shí)考慮時(shí)間因素和投切次數(shù)。在就地調(diào)節(jié)失靈的情況下能夠遠(yuǎn)方監(jiān)視和遠(yuǎn)方控制。如果終端無(wú)調(diào)節(jié)投切功能，系統(tǒng)能夠遠(yuǎn)方計(jì)算后控制電容器投切。

9、終端操作可以遠(yuǎn)方讀取或者設(shè)置終端的參數(shù)，如變壓器的整定參數(shù)等。可設(shè)置開關(guān)合閘，開關(guān)分閘?？勺x取或設(shè)置VQC 參數(shù)。

10、與營(yíng)銷系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的接口能方便地為營(yíng)銷系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)源。

11、采集諧波數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換為電量的比較，通過設(shè)置比例系數(shù)，來(lái)進(jìn)行警告，比如當(dāng)有功率產(chǎn)生而電量不動(dòng)時(shí)，則產(chǎn)生警告。

（圖）配電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖

 五、總結(jié)

結(jié)論實(shí)現(xiàn)我國(guó)中低壓配電網(wǎng)自動(dòng)化，是提高供電質(zhì)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(yīng)用在配電自動(dòng)化中有很多優(yōu)點(diǎn),，基于CDMA通信的配電變壓器綜合管理系統(tǒng)是一個(gè)比較有應(yīng)用前景的實(shí)現(xiàn)方案。