曾自怡，李靖沙

（國家電力投資集團五凌電力有限公司，湖南 長沙410004）

0 引言

五凌電力水情測報系統(tǒng)初期采用自建超短波VHF通信方式，隨著移動運營商基站的普及，測站增加了GSM通信方式，發(fā)展成為VHF和GSM通信方式共存。VHF、GSM通信方式的技術(shù)原理決定了其易產(chǎn)生數(shù)據(jù)掉數(shù)、數(shù)據(jù)延時且無法根除，影響了水情數(shù)據(jù)的可靠性。

GPRS（General Packet Radio Service）通信技術(shù)是通用分組無線服務(wù)技術(shù)的簡稱，屬于第二代移動通信中的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，以封包方式來傳輸，數(shù)據(jù)傳輸速度是GSM的10倍，永遠在線，按數(shù)據(jù)流量計費。具有數(shù)據(jù)傳輸速度快、數(shù)據(jù)完整性和可靠性高的特點。GPRS通信技術(shù)在國內(nèi)水情測報系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。

1 五凌電力水情測報系統(tǒng)概況

五凌電力在沅水流域建有五強溪、凌津灘、洪江、碗米坡、三板溪、掛治、白市、托口8個水電廠，在資江建有東坪、株溪口、馬跡塘3個水電廠，在湘江有近尾洲水電廠。12個水電廠總裝機容量為4660 MW。通過在長沙的發(fā)電集控中心，對12個水電廠進行水庫集中調(diào)度和發(fā)電遠程集控。五凌電力水情測報由長沙集控中心站、12個電廠分中心站、21個VHF中繼站、273個遙測站組成。組網(wǎng)方式見圖1。

圖1 水情自動測報系統(tǒng)改造前網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

各測站以VHF或GSM方式將水情數(shù)據(jù)傳至相應(yīng)的電廠分中心站，先由分中心站的VHF、GSM模塊分別接收、串口服務(wù)器將VHF、GSM數(shù)據(jù)匯流后，再經(jīng)過外網(wǎng)采集服務(wù)器、反向隔離裝置構(gòu)成的水情安防接入?yún)^(qū)后，進入分中心站的水調(diào)系統(tǒng)II區(qū)交換機。水情數(shù)據(jù)在分中心站供站內(nèi)水調(diào)系統(tǒng)處理和應(yīng)用，同時由分中心站內(nèi)的集控通信機、調(diào)度通信機分別送至長沙集控中心站及電網(wǎng)調(diào)度。

2 水情測報系統(tǒng)存在的問題

2.1 VHF通信方式存在的問題

超短波信道VHF受惡劣天氣、通信距離、地形、信道干擾等因素影響，易導(dǎo)致信道衰減增大、信道不通，出現(xiàn)漏數(shù)現(xiàn)象。

VHF測站信號經(jīng)中繼站匯集、放大后再傳至電廠，如中繼站出現(xiàn)故障，則會導(dǎo)致多個VHF測站信號中斷。

暴雨情況下雨量、水位數(shù)據(jù)量陡增，產(chǎn)生數(shù)據(jù)碰撞常出現(xiàn)掉數(shù)現(xiàn)象。

2.2 GSM通信方式存在的問題

GSM短信通信因數(shù)據(jù)要經(jīng)過運營商的服務(wù)器處理，在主汛期數(shù)據(jù)量大時，易發(fā)生數(shù)據(jù)延時，影響數(shù)據(jù)的實時性。

運營商按照數(shù)據(jù)條數(shù)計費，通信費用較高。垃圾短信多易導(dǎo)致GSM卡吊死中斷數(shù)據(jù)。

2.3 其他問題

部分水情測站通信方式單一，只有VHF或GSM單通信方式，通信可靠性低。

長沙集控中心站的VHF、GSM數(shù)據(jù)經(jīng)電廠分中心站轉(zhuǎn)接，如電廠分中心站故障會影響長沙集控中心站數(shù)據(jù)接收。

3 GPRS通信優(yōu)點和建設(shè)目標

GPRS和衛(wèi)星通信在國內(nèi)水情測報系統(tǒng)中均有成熟的應(yīng)用。衛(wèi)星通信比GPRS通信傳輸環(huán)節(jié)多、資費貴，一般用于無移動信號覆蓋的偏遠區(qū)域。五凌電力水情測報站網(wǎng)均有移動信號覆蓋，因此選擇性價比更優(yōu)的GPRS通信。從以下2方面提升水情數(shù)據(jù)的可靠性：

（1）新增GPRS通信方式，所有測站具有GPRS+VHF或GPRS+GSM 2種通信方式，實現(xiàn)通信方式雙冗余。

（2）測站新增的GPRS通信，以點對點的方式將數(shù)據(jù)直接送到長沙集控中心站，VHF、GSM數(shù)據(jù)仍從電廠分中心站轉(zhuǎn)送至長沙集控中心站，實現(xiàn)測站到長沙集控中心站傳輸通道雙冗余。當(dāng)電廠分中心站故障VHF、GSM水情數(shù)據(jù)中斷時，長沙集控中心站的GPRS數(shù)據(jù)不受影響，從而保證水情測報系統(tǒng)數(shù)據(jù)正常傳輸。

4 GPRS通信方式實施

五凌電力水情測報系統(tǒng)所有273個測站新增GPRS通信，在五凌電力長沙總部信息外網(wǎng)新增兩臺前置GPRS采集服務(wù)器，通過互聯(lián)網(wǎng)與水情測報站點進行GPRS通信。

4.1 長沙集控中心站GPRS數(shù)據(jù)接收方案比較

方案1：GPRS數(shù)據(jù)由外至內(nèi)，由信息外網(wǎng)逐層傳遞至水調(diào)II區(qū)數(shù)據(jù)庫，傳輸圖如圖2所示。

圖2 方案1數(shù)據(jù)傳輸圖

測站GPRS數(shù)據(jù)經(jīng)運營商的GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送到長沙集控中心站，由信息外網(wǎng)GPRS采集服務(wù)器接收后，再經(jīng)信息內(nèi)外網(wǎng)間的隔離網(wǎng)閘傳至公司信息內(nèi)網(wǎng)，由防火墻傳至水調(diào)三區(qū)外網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，再經(jīng)隔離裝置傳至水調(diào)II區(qū)核心數(shù)據(jù)庫。

方案2：GPRS數(shù)據(jù)經(jīng)工控防火墻、反向隔離裝置傳送到水調(diào)II區(qū)數(shù)據(jù)庫

GPRS數(shù)據(jù)在長沙集控中心站經(jīng)工控防火墻、GPRS采集服務(wù)器，由水調(diào)系統(tǒng)的反向隔離裝置傳送到水調(diào)內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫。減少網(wǎng)閘設(shè)備、信息內(nèi)網(wǎng)交換機、路由器等傳輸設(shè)備和環(huán)節(jié)，GPRS數(shù)據(jù)以最短路徑入庫，同時滿足電力監(jiān)控安全防護要求。傳輸圖如圖3所示。

綜合比較，方案1中GPRS數(shù)據(jù)在長沙集控中心站的處理環(huán)節(jié)過多，如信息網(wǎng)閘設(shè)備故障、信息內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)故障均會引起GPRS數(shù)據(jù)中斷。而方案2因GPRS數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)少、更有效率、穩(wěn)定性更優(yōu)而選定為實施方案。

圖3 方案2數(shù)據(jù)傳輸圖

4.2 GPRS、VHF、GSM數(shù)據(jù)在長沙集控中心站的處理方式

長沙集控中心站以GPRS測站數(shù)據(jù)優(yōu)先主用，VHF、GSM測站數(shù)據(jù)備用。在水調(diào)數(shù)據(jù)庫中新增實時水情表RTSQ2和RTSQ3，RTSQ2存儲VHF、GSM數(shù)據(jù)，RTSQ3存貯GPRS數(shù)據(jù)。RTSQ表存儲實時水情數(shù)據(jù)用于水務(wù)計算。當(dāng)測站GPRS數(shù)據(jù)正常時，RTSQ3表中GPRS的數(shù)據(jù)優(yōu)先觸發(fā)寫入RTSQ。當(dāng)測站GPRS數(shù)據(jù)異常時，則以RTSQ2表中的VHF、GSM數(shù)據(jù)觸發(fā)寫入RTSQ，測站GPRS數(shù)據(jù)正常后再補傳覆蓋RTSQ表中GSM/VHF采集數(shù)據(jù)。

為實現(xiàn)信道統(tǒng)計功能，在采集平臺程序數(shù)據(jù)寫庫時，在表rtsq2和表rtsq3中state列里寫入信道標識。

4.3 集控中心站GPRS數(shù)據(jù)暢通率統(tǒng)計

在集控中心站水調(diào)系統(tǒng)中新增GPRS水位站、GPRS雨量站日暢通率、月暢通率統(tǒng)計報表，用于分析GPRS測站的可靠性，以便及時發(fā)現(xiàn)和處理GPRS測站故障。

4.4 中心站GPRS數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全防護

公司互聯(lián)網(wǎng)接入?yún)^(qū)有電信和聯(lián)通寬帶鏈路，通過負載均衡自動監(jiān)測兩條寬帶鏈路忙閑并動態(tài)分配資源?；ヂ?lián)網(wǎng)接入?yún)^(qū)配置了防火墻和防護安全網(wǎng)關(guān)，防護安全網(wǎng)關(guān)完成信息外網(wǎng)服務(wù)器和互聯(lián)網(wǎng)接入?yún)^(qū)的IP地址轉(zhuǎn)換，防護安全網(wǎng)關(guān)下聯(lián)外網(wǎng)核心交換機。為提高GPRS數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全防護能力，2臺GPRS采集服務(wù)器經(jīng)信息網(wǎng)防火墻下聯(lián)接入信息外網(wǎng)交換機，通過配置防火墻的白名單策略只允許水情數(shù)據(jù)傳入指定的服務(wù)器IP和端口，同時2臺GPRS采集服務(wù)器通過反向隔離裝置上聯(lián)到水調(diào)二區(qū)數(shù)據(jù)庫。

5 應(yīng)用效果及建議

2017年12月，五凌電力GPRS測報通信系統(tǒng)投運，經(jīng)過2018年的運行數(shù)據(jù)分析，其應(yīng)用效果表現(xiàn)如下：

（1）五凌電力測站數(shù)據(jù)質(zhì)量穩(wěn)步提升：測站數(shù)據(jù)月平均暢通率由93%提高至98%，數(shù)據(jù)完整性由95%提高至99%。

（2）測站數(shù)據(jù)質(zhì)量的提升使公司洪水預(yù)報準確率由85%提高至89%，為2018年五凌電力優(yōu)化調(diào)度增發(fā)電量2.46億kW·h夯實了基礎(chǔ)。

（3）GPRS通信較GSM更經(jīng)濟，每年可減少通信費用30萬元。

（4）長沙集控中心站與測站時鐘同步率100%，測站數(shù)據(jù)時標精準實現(xiàn)零偏差，解決了原測報系統(tǒng)無法招測測站歷史數(shù)據(jù)及遙測站點時鐘。

結(jié)合五凌電力GPRS通信的應(yīng)用實踐，提出以下建議：

（1）將測報數(shù)據(jù)的可靠性提升作為核心任務(wù)，做好測站和測站到中心站通信方式的冗余設(shè)計，做好中心站數(shù)據(jù)流的規(guī)劃和流程圖編制，數(shù)據(jù)處理要簡潔、穩(wěn)定、高效。

（2）升級為雙通信方式的測站要結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂?、環(huán)境考慮測站供電系統(tǒng)的帶載能力，以滿足新增通信方式的功耗需求。

（3）GPRS通信方式的可靠性取決于GPRS服務(wù)商基站信號的質(zhì)量和服務(wù)品質(zhì)，宜以GPRS大客戶的方式擇優(yōu)選取一家地市級運營商提供優(yōu)質(zhì)的GPRS服務(wù)。

（4）對采用GPRS+GSM的測站，如條件具備，宜選擇兩家不同的運營商，以獲得測站GPRS和GSM通信的高可靠性。