顧遠等

摘要：本文基于GPRS技術的電能質量監(jiān)測系統(tǒng)，綜合了嵌入式軟硬件技術、大型數(shù)據(jù)庫技術和專家系統(tǒng)，提出的一種具有GPRS通訊技術的三層電能質量監(jiān)測系統(tǒng)設計。

關鍵詞：電能質量監(jiān)測 GPRS 三層網(wǎng)絡

1 概述

近年來，電力系統(tǒng)中諧波污染逐年升高，諧波的監(jiān)測和治理也不斷加強。但是，受制于通訊設施或地理環(huán)境，監(jiān)測和治理的難度不斷加大。為解決這方面問題，本系統(tǒng)提出了一種新型電能質量監(jiān)測分析管理系統(tǒng)，即基于GPRS（General Packet Radio Service，通用分組無線業(yè)務）的電網(wǎng)電能質量監(jiān)測系統(tǒng)。本系統(tǒng)以GPRS作為數(shù)據(jù)傳輸通道。服務軟件以B/S方式實現(xiàn)了監(jiān)測系統(tǒng)能夠及時有效的對監(jiān)測信息進行瀏覽、分析及諧波源定位、分析、治理，把電能質量管理工作緊密協(xié)調(diào)起來。

2 基本原理

2.1 GPRS基本工作原理 GPRS，通常被稱為2.5G，是在2G和3G之間的技術。GPRS和GSM使用相同的頻帶寬度、突發(fā)結構、無線調(diào)制標準、規(guī)則，用戶幾乎可以做到“永遠在線”。此外，GPRS的計費標準，是以有效數(shù)據(jù)量計量，因此，運營成本低，用戶負擔輕。GPRS終端通過接口從客戶端系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，GSM基站傳輸和處理GPRS分組數(shù)據(jù)。通過GPRS骨干網(wǎng)中SGSN分組數(shù)據(jù)包后，以GGSN網(wǎng)關支持的互聯(lián)和溝通。GGSN相應的分組對于數(shù)據(jù)進行處理，然后發(fā)送到目的網(wǎng)絡，如因特網(wǎng)或X.25網(wǎng)絡。

2.2 監(jiān)控中心的設計 功能是通過Delphi7.0編程語言開發(fā)，實現(xiàn)GPRS監(jiān)控中心接收信息并保存。

因為通過GPRS通訊方式，中央控制服務器可以直接訪問Internet，數(shù)據(jù)對于GPRS模塊來說，是“透明傳輸”的。基于TCP/IP協(xié)議的通訊軟件，將接收到信息中心的數(shù)據(jù)，存儲到歷史參考數(shù)據(jù)庫中，用于數(shù)據(jù)的追溯和分析。采用SQL2005數(shù)據(jù)庫，通過SQL訪問ADO數(shù)據(jù)軟件編程接口。應該指出的是，主站服務器通過Socket多線程編程模式，讀取來自GPRS的終端數(shù)據(jù)信息。

3 系統(tǒng)的結構功能

3.1 軟件體系結構 ①三層體系結構。近年來，網(wǎng)絡技術正以前所未有的速度向前發(fā)展，一個重要的方向是基于Web的應用系統(tǒng)的開發(fā)。隨著Web應用的擴大，需要更復雜，更靈活的應用程序開發(fā)支持。一個新的更可行的架構在這種情況下應運而生，即“三級/多層”構架。該電能質量監(jiān)測系統(tǒng)，就是在此基礎上，我們提出一個典型的三層體系結構和開發(fā)：a客戶層。即數(shù)據(jù)請求方，典型應用是IE瀏覽器。b服務層。典型應用是WEB服務器。c數(shù)據(jù)層。典型應用是關系型數(shù)據(jù)庫和其他后端數(shù)據(jù)資源，如SQLserver ORACAL等。三層體系結構中，客戶端、程序、和數(shù)據(jù)被物理的隔離、三層的結構，更靈活，也更具有系統(tǒng)擴展性和移植性。三層結構中，因為應用程序已經(jīng)同客戶分離，安全性也更易于實現(xiàn)。②數(shù)據(jù)存儲方式。數(shù)據(jù)存儲，采用集中存儲和分布存儲共存的模式。在電能質量監(jiān)測儀內(nèi)部，可以存儲一年的原始數(shù)據(jù)，同時將數(shù)據(jù)上傳至服務器集中存儲。原始數(shù)據(jù)保存三個月。集中存儲使數(shù)據(jù)易于管理和維護，安全性更高。

3.2 系統(tǒng)功能 主要有以下功能：①數(shù)據(jù)采集功能。對于不同的監(jiān)測點，建立統(tǒng)一的電能質量的存儲格式，使電能質量監(jiān)測系統(tǒng)是基于一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺。②可以實現(xiàn)將設立監(jiān)測參數(shù)，和限制定時傳輸或數(shù)據(jù)讀取功能。③集成查詢功能。在全系統(tǒng)內(nèi)，建立電能質量數(shù)據(jù)中心和一個綜合管理信息系統(tǒng)，在此基礎上建立一個全系統(tǒng)的電能質量自動報告系統(tǒng)，從而提高工作效率。④數(shù)據(jù)分析。這部分功能的目標：統(tǒng)一的監(jiān)測網(wǎng)絡，建立全局的數(shù)據(jù)庫，以國標為規(guī)則為基礎，根據(jù)電能質量指標相應的統(tǒng)計分析，每個分析結果形成報表或圖形可以打印，也可以在每個監(jiān)測點能量指標的不同時間段進行統(tǒng)計分析，趨勢分析。

遠期目標：逐步建立電能質量知識庫，形成專家系統(tǒng)。在一定的積累后，可以建立面向對象的專家系統(tǒng)，進行全局仿真分析。基于電能質量問題，可能影響的范圍和影響程度上造成的危害，提出了相應的對策，從而實現(xiàn)電能質量采取緊急措施。從事后處理的被動模式，轉變?yōu)椤邦A測在先”的積極措施的主動模式。

3.3 系統(tǒng)組成及特點 本系統(tǒng)由數(shù)據(jù)服務器，Web服務器和前端監(jiān)測儀器組成，具有強大的數(shù)據(jù)分析軟件。系統(tǒng)最大限度地整合和通過該系統(tǒng)實現(xiàn)信息和資源的共享，可以自動收集的歷史數(shù)據(jù)和實時電能質量數(shù)據(jù)。對各監(jiān)測點，通過Web服務器，系統(tǒng)內(nèi)的工作站，可以查看各監(jiān)測點的歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)，進行歷史數(shù)據(jù)。各地區(qū)的分析點的網(wǎng)絡監(jiān)測月度報表，通過網(wǎng)絡自動匯總到區(qū)域公司和無功功率管理信息系統(tǒng)，最后融入到省的電壓和功率管理信息系統(tǒng)中。從而實現(xiàn)監(jiān)控點，統(tǒng)一調(diào)度，統(tǒng)一管理，數(shù)據(jù)共享。

使用Windows 2008 Server操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務器，用SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)服務器是系統(tǒng)的核心部分，它負責定期收集的歷史數(shù)據(jù)，進行實時數(shù)據(jù)監(jiān)測，并將采集到的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫的分析。數(shù)據(jù)服務器采用雙硬盤RAID的配置，保證數(shù)據(jù)安全。

Web服務器，Web服務器為每個用戶的Web服務器，通過局域網(wǎng)接入，每個站點的數(shù)據(jù)、波形、頻譜的實時視圖。服務器中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析提供了歷史數(shù)據(jù)，并可以對每個站點的進行遠程管理和配置管理。

4 系統(tǒng)詳細設計

①系統(tǒng)結構如圖1所示。②系統(tǒng)結構原理圖（圖2）。③諧波干擾源的識別和區(qū)域定位。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，實現(xiàn)對諧波干擾源的識別和區(qū)域定位，并進一步為電能質量治理提供相關信息。通常，工作人員在拿到電能質量數(shù)據(jù)報表以后，還需要對數(shù)據(jù)進行分析評估，制定相應的治理措施。建立數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)以后，就可以利用已有的經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，對電能質量問題進行分析評估，可以實現(xiàn)以下一些功能：a識別諧波源的特性，例如識別整流負載、電弧爐、電氣化鐵道等，并對諧波源進行定位。b根據(jù)不同的負荷特性，給出解決電能質量問題的建議方案。這樣，通過分析系統(tǒng)取代部分工作人員的工作，在更高水平上實現(xiàn)了辦公自動化。④Web瀏覽方式的監(jiān)測網(wǎng)絡圖形界面。增加基于Web瀏覽方式的監(jiān)測網(wǎng)絡圖形界面，用戶只需要通過IE瀏覽器，即可更直觀的顯示電網(wǎng)中各監(jiān)測點的電能質量信息，并可簡潔地通過瀏覽器對數(shù)據(jù)進行分析，得到圖形化的查詢結果和報表，從而對電能質量問題獲得第一手的數(shù)據(jù)資料，對電能質量問題的治理提供翔實的資料。

5 結論與展望

隨著計算機技術和信息技術的發(fā)展，GPRS已經(jīng)得到了廣泛的應用；同時，現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，迫切需要供電企業(yè)提供更好的供電質量，以保證其用電可靠性。

本文提出的基于GPRS技術的三層電能質量監(jiān)測系統(tǒng)，綜合了嵌入式硬件技術、軟件技術及大型數(shù)據(jù)庫技術以及網(wǎng)絡技術，對電能質量數(shù)據(jù)進行測量、計算、傳輸、存儲和分析。本系統(tǒng)的核心在于GPRS無線數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸，可不斷擴充的專家系統(tǒng)。因此，基于GPRS技術的三層電能質量監(jiān)測系統(tǒng)，在日趨多樣復雜的市場需求前提下，具有良好而廣闊的應用前景。

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