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电压检测系统GPRS无线传输解决方案
点击次数：596 发布时间：2012/4/1 14:24:06
一、系统概述
利用现代通信技术和计算机技术以及电能量测量技术结合在一起，便能够及时、准确、全面地反映电量使用（即销售情况）。本方案是基于GPRS 网络通信的无线通讯技术，将电量数据和其它（所需）信息实时可靠的采集回来，通过应用具有智能化分析功能的系统软件，实现居民小区用户用电量的统计、用电情况的分析及用户的使用状态。通过GPRS 无线网络进行数据传输，为用电管理提供实时性好、稳定性高的数据和事件记录，可实现多块表同时冻结抄表功能。该系统具有设备参数远程回读功能，如回读参数和后台系统保存的设置参数对比，异常报警，可以发现非法修改电能表参数行窃的非法行为。具有失压、断流、错误接线报警、显示、记录并主动上传功能，方便管理人员在公司本部就可以发现用户异常，为反窃电提供了一种的、有效的高技术检测手段。
二、系统特点
1、建设周期短，成本低：
GPRS无线网络可为电力系统提供了简单高效的通信传输手段。中国移动GPRS系统可提供广域的无线IP连接。在移动通信公司的GPRS业务平台上构建电力远程抄表系统，实现电表数据的无线数据传输具有可充分利用现有网络，缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单。
2、实时性强：
由于GPRS具有实时在线特性，系统无时延，无需轮巡就可以同步接收、处理多个/所有数据采集点的数据。可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。
3、可对电表设备进行远程控制：
通过GPRS双向系统还可实现对电表设备进行远程控制，进行参数调整、开关等控制
作。
4、集抄范围广：
GPRS覆盖范围广，在无线GSM/GPRS网络的覆盖范围之内，都可以完成对集抄的控制和管理。而且，扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。
5、系统的传输容量大：
配电数据中心要和每一个电表数据采集点保持实时连接。由于电表数据采集点数量众多，系统
要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要。
6、数据传送速率高：
6、数据传送速率高：
每个电表数据采集点每次数据传输量在10Kbps之内。GPRS网络传送速率理论上可达
171.2kbit/s，目前GPRS实际数据传输速率在40Kbps左右，完全能满足本系统数据传输速率（≥10Kbps）的需求。
7、通信费用低：采用包月计费方式，运营成本低。
三、系统组成
GPRS无线电压检测系统采用电压检测仪实时采集用户的电压监测数据，通过GPRS无线网络把采集的数据传输到连入Internet的服务器上，然后监控中心服务器快速进行数据分析生成电压检测统计数据、示意图等。整个系统包括电压检测仪、GPRS DTU、监控中心三部分组成。这三部分是主从关系示意图如下：
示意图1
1、主站：监控中心
监控中心主要组成部分有装有系统软件的计算机（服务器或PC机），配置一个固定或动态IP能连入Internet和数据采集端进行数据通信。为了是数据通信更加安全的话可以监控中心可以采用移动公司提供的DDN专线与GPRS网络相连，由于DDN专线可提供较高的带宽，当电表数据采集点数量增加，中心不用扩容即可满足需求。配电中心RADIUS服务器接受到GPRS网络传来的数据后行AAA认证，后传送到配电中心计算机主机，通过系统软件对数据进行还原显示，并进行数据处理。 配电中心计算机主机可进行业务管理和计费管理，对电力数据进行校验、计算、存储、分析、管理等，可对异常情况进行告警，同时对用户使用情况实时监控，保证电力局的合法收益。
2、从站：数据采集终端
数据采集端包括电压检测仪、集中器和GPRS DTU，现场的电压检测仪通过RS232/RS485串口和GPRS DTU进行连接，电压检测仪采集到的数据通过串口线把数据传给GPRS DTU，然后再借助GPRS无线网络传输到接入Internet的监控中心服务器。
四、系统功能
1、在线监测和采集电力系统供电电压质量、谐波电压分量和失电时间，及时准确地向电压质量管理专责人员提供有关运行数据。
2、 适用场合
1）3kV及以上供电系统电压互感器二次回路，额定值100V。
2）380V三相供电系统。
3）220V单相供电系统。
3、 功能特点
1）实时监测供电系统电压质量。
2）实时监测电网谐波电压分量。
3）对供电电压、谐波分量进行整点和分时段统计
4、 保护措施
1）过压、过流保护和雷击防护
2）失电保护，72小时内数据不丢失。
5、 监测数据
1）电压质量数据包括：
运行总时间、合格时间、合格率
超上限时间、超上限率、超下限时间、超下限率
电压值、*小电压值及其出现的时间
2）谐波监测数据包括：
总谐波电压含量及畸变率、基波电压分量、2-31次谐波电压分量及含有率
总谐波电压畸变合格时及合格率，畸变值及其出现的时间。
3）分时段统计
对电压质量和谐波分量可以分时段统计与考核。
可根据需要将24小时分为1-8个时段。
6、 测量精度
1）电压测量：0.5级
2）时钟误差：每天≤±1s,每年≤±5min.
3）功耗：<3VA
4）电网谐波测量精度：B级.
7、 数据采集与管理
1）具有RS232、RS485通讯端口，可用PC机、掌上电脑现场采集，或通过载波、负控等进行数据传输。
2）仪表内置MODEM。可通过电话实现定时召唤和实时召唤，具有主叫和被叫功能，响应预置参数的修改。
3）仪表内置GPRS通讯模块，上位机可以通过ADSL+动态IP地址+短消息简便采集或修改仪表数据，也可以通过ADSL+动态域名解析方式采集或修改仪表数据。
4）仪表配置IC卡通讯插口，可用IC卡现场采集。
5）上位机基于WINOWS操作平台，各种采集的数据都能自动生成各种报表、曲线、棒图。
6）报表可根据需要转换为Word或Excel 格式打印。
7）各种报表、曲线和棒图均可通过Email对外发送
五、安全可靠性
在系统安全方面，本公司除了采用大型、多用户的SQL数据库、系统对用户实现分级授权管理和提供防火墙功能及完善的数据备份功能外，对GPRS网络无线数据监控中心还提供了安全技术解决方案，以确保数据安全可靠。
3.1 IP 过滤技术
由于监控中心服务于GPRS子网用户，所有访问客户的IP必为GPRS子网内的IP ，即所有的用户必须通过CMNET才可能访问该服务器。因此，我们在系统中采用了IP过滤技术，对所有接受的数据包进行过滤，抛弃掉所有的非法IP数据报。这一过程就好像将系统置身于CMNET的防火墙保护之下，所有的非法用户只有先穿过了CMNET的安全防护才有可能访问到本系统，但对于安全措施非常强大的CMNET网络来说，这将是非常的困难。
3.2 身分授权和密码认证体系
采用IP过滤技术尽管可以防止一些非CMNET网段用户的侵袭，但由于系统处于GPRS子网以外，IP过滤只能起到简单的安全防护，对于那些利用IP伪装技术的非法用户则无法识别。
由于该系统是专业化的服务系统，访问客户是预先确定的，利用这一特点，我们在系统中采用了用户ID和密码验证技术，系统中存储了有所客户端的MAC地址以及密码，对通过了IP过滤的数据包，再验证其ID号和密码。对于该系统以外的非法用户，获取合法的MAC地址和密码将十分困难，所以这一步极大可能地增加了系统的安全性。
图5 数据安全技术解决方案示意图
3.3 数据安全加密通道
系统采用标准的SSL数据安全通讯协议在客户端和服务器端建立加密数据通道，保证私有数据传输的安全性；系统在应用层植入高可靠性的加密算法，使得数据在任何网络出错时都可以得到保证的高可靠性；采用MD5算法产生“报文摘要”已实现对所有发送报文的数字签名，保证了数据传输过程中的完整性，防止数据被篡改。
3.4 访问过程跟踪
系统对所有的访问过程进行日志记录，包括用户身份、IP、时间、数字签名、操作事项等信息，向系统管理人员提供了详细、完整、有效的操作证明。
3.1 IP 过滤技术
由于监控中心服务于GPRS子网用户，所有访问客户的IP必为GPRS子网内的IP ，即所有的用户必须通过CMNET才可能访问该服务器。因此，我们在系统中采用了IP过滤技术，对所有接受的数据包进行过滤，抛弃掉所有的非法IP数据报。这一过程就好像将系统置身于CMNET的防火墙保护之下，所有的非法用户只有先穿过了CMNET的安全防护才有可能访问到本系统，但对于安全措施非常强大的CMNET网络来说，这将是非常的困难。
3.2 身分授权和密码认证体系
采用IP过滤技术尽管可以防止一些非CMNET网段用户的侵袭，但由于系统处于GPRS子网以外，IP过滤只能起到简单的安全防护，对于那些利用IP伪装技术的非法用户则无法识别。
由于该系统是专业化的服务系统，访问客户是预先确定的，利用这一特点，我们在系统中采用了用户ID和密码验证技术，系统中存储了有所客户端的MAC地址以及密码，对通过了IP过滤的数据包，再验证其ID号和密码。对于该系统以外的非法用户，获取合法的MAC地址和密码将十分困难，所以这一步极大可能地增加了系统的安全性。
图5 数据安全技术解决方案示意图
3.3 数据安全加密通道
系统采用标准的SSL数据安全通讯协议在客户端和服务器端建立加密数据通道，保证私有数据传输的安全性；系统在应用层植入高可靠性的加密算法，使得数据在任何网络出错时都可以得到保证的高可靠性；采用MD5算法产生“报文摘要”已实现对所有发送报文的数字签名，保证了数据传输过程中的完整性，防止数据被篡改。
3.4 访问过程跟踪
系统对所有的访问过程进行日志记录，包括用户身份、IP、时间、数字签名、操作事项等信息，向系统管理人员提供了详细、完整、有效的操作证明。
六、总结
采用GPRS无线传输数据通讯方法解决了数据远距离通讯问题，比起其它有线通讯方式有着不可比拟的优越性。节省了人力、物力、建设周期，大大提高了供电行业自动化数据监控的工作效率。
原创作者：北京东方讯科技发展有限公司
