曾自怡，李靖沙

（國(guó)家電力投資集團(tuán)五凌電力有限公司，湖南 長(zhǎng)沙410004）

0 引言

五凌電力水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)初期采用自建超短波VHF通信方式，隨著移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商基站的普及，測(cè)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(shí)且無(wú)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(wú)線服務(wù)技術(shù)的簡(jiǎn)稱，屬于第二代移動(dòng)通信中的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，以封包方式來(lái)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸速度是GSM的10倍，永遠(yuǎn)在線，按數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi)。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(diǎn)。GPRS通信技術(shù)在國(guó)內(nèi)水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。

1 五凌電力水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)概況

五凌電力在沅水流域建有五強(qiáng)溪、凌津?yàn)?、洪江、碗米坡、三板溪、掛治、白市、托?個(gè)水電廠，在資江建有東坪、株溪口、馬跡塘3個(gè)水電廠，在湘江有近尾洲水電廠。12個(gè)水電廠總裝機(jī)容量為4660 MW。通過(guò)在長(zhǎng)沙的發(fā)電集控中心，對(duì)12個(gè)水電廠進(jìn)行水庫(kù)集中調(diào)度和發(fā)電遠(yuǎn)程集控。五凌電力水情測(cè)報(bào)由長(zhǎng)沙集控中心站、12個(gè)電廠分中心站、21個(gè)VHF中繼站、273個(gè)遙測(cè)站組成。組網(wǎng)方式見圖1。

圖1 水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)改造前網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

各測(cè)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(guò)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(jìn)入分中心站的水調(diào)系統(tǒng)II區(qū)交換機(jī)。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(shí)由分中心站內(nèi)的集控通信機(jī)、調(diào)度通信機(jī)分別送至長(zhǎng)沙集控中心站及電網(wǎng)調(diào)度。

2 水情測(cè)報(bào)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(cè)站信號(hào)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(huì)導(dǎo)致多個(gè)VHF測(cè)站信號(hào)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(guò)運(yùn)營(yíng)商的服務(wù)器處理，在主汛期數(shù)據(jù)量大時(shí)，易發(fā)生數(shù)據(jù)延時(shí)，影響數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。

運(yùn)營(yíng)商按照數(shù)據(jù)條數(shù)計(jì)費(fèi)，通信費(fèi)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(cè)站通信方式單一，只有VHF或GSM單通信方式，通信可靠性低。

長(zhǎng)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(huì)影響長(zhǎng)沙集控中心站數(shù)據(jù)接收。

3 GPRS通信優(yōu)點(diǎn)和建設(shè)目標(biāo)

GPRS和衛(wèi)星通信在國(guó)內(nèi)水情測(cè)報(bào)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(fèi)貴，一般用于無(wú)移動(dòng)信號(hào)覆蓋的偏遠(yuǎn)區(qū)域。五凌電力水情測(cè)報(bào)站網(wǎng)均有移動(dòng)信號(hào)覆蓋，因此選擇性價(jià)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(cè)站具有GPRS+VHF或GPRS+GSM 2種通信方式，實(shí)現(xiàn)通信方式雙冗余。

（2）測(cè)站新增的GPRS通信，以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式將數(shù)據(jù)直接送到長(zhǎng)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(zhǎng)沙集控中心站，實(shí)現(xiàn)測(cè)站到長(zhǎng)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(shí)，長(zhǎng)沙集控中心站的GPRS數(shù)據(jù)不受影響，從而保證水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)正常傳輸。

4 GPRS通信方式實(shí)施

五凌電力水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)所有273個(gè)測(cè)站新增GPRS通信，在五凌電力長(zhǎng)沙總部信息外網(wǎng)新增兩臺(tái)前置GPRS采集服務(wù)器，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與水情測(cè)報(bào)站點(diǎn)進(jìn)行GPRS通信。

4.1 長(zhǎng)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(kù)，傳輸圖如圖2所示。

圖2 方案1數(shù)據(jù)傳輸圖

測(cè)站GPRS數(shù)據(jù)經(jīng)運(yùn)營(yíng)商的GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送到長(zhǎng)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(kù)，再經(jīng)隔離裝置傳至水調(diào)II區(qū)核心數(shù)據(jù)庫(kù)。

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(kù)

GPRS數(shù)據(jù)在長(zhǎng)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(kù)。減少網(wǎng)閘設(shè)備、信息內(nèi)網(wǎng)交換機(jī)、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(kù)，同時(shí)滿足電力監(jiān)控安全防護(hù)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(zhǎng)沙集控中心站的處理環(huán)節(jié)過(guò)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(huì)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(shí)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(zhǎng)沙集控中心站的處理方式

長(zhǎng)沙集控中心站以GPRS測(cè)站數(shù)據(jù)優(yōu)先主用，VHF、GSM測(cè)站數(shù)據(jù)備用。在水調(diào)數(shù)據(jù)庫(kù)中新增實(shí)時(shí)水情表RTSQ2和RTSQ3，RTSQ2存儲(chǔ)VHF、GSM數(shù)據(jù)，RTSQ3存貯GPRS數(shù)據(jù)。RTSQ表存儲(chǔ)實(shí)時(shí)水情數(shù)據(jù)用于水務(wù)計(jì)算。當(dāng)測(cè)站GPRS數(shù)據(jù)正常時(shí)，RTSQ3表中GPRS的數(shù)據(jù)優(yōu)先觸發(fā)寫入RTSQ。當(dāng)測(cè)站GPRS數(shù)據(jù)異常時(shí)，則以RTSQ2表中的VHF、GSM數(shù)據(jù)觸發(fā)寫入RTSQ，測(cè)站GPRS數(shù)據(jù)正常后再補(bǔ)傳覆蓋RTSQ表中GSM/VHF采集數(shù)據(jù)。

為實(shí)現(xiàn)信道統(tǒng)計(jì)功能，在采集平臺(tái)程序數(shù)據(jù)寫庫(kù)時(shí)，在表rtsq2和表rtsq3中state列里寫入信道標(biāo)識(shí)。

4.3 集控中心站GPRS數(shù)據(jù)暢通率統(tǒng)計(jì)

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(jì)報(bào)表，用于分析GPRS測(cè)站的可靠性，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理GPRS測(cè)站故障。

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

公司互聯(lián)網(wǎng)接入?yún)^(qū)有電信和聯(lián)通寬帶鏈路，通過(guò)負(fù)載均衡自動(dòng)監(jiān)測(cè)兩條寬帶鏈路忙閑并動(dòng)態(tài)分配資源?；ヂ?lián)網(wǎng)接入?yún)^(qū)配置了防火墻和防護(hù)安全網(wǎng)關(guān)，防護(hù)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(hù)安全網(wǎng)關(guān)下聯(lián)外網(wǎng)核心交換機(jī)。為提高GPRS數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)能力，2臺(tái)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(jī)，通過(guò)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(shí)2臺(tái)GPRS采集服務(wù)器通過(guò)反向隔離裝置上聯(lián)到水調(diào)二區(qū)數(shù)據(jù)庫(kù)。

5 應(yīng)用效果及建議

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

（1）五凌電力測(cè)站數(shù)據(jù)質(zhì)量穩(wěn)步提升：測(cè)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(cè)站數(shù)據(jù)質(zhì)量的提升使公司洪水預(yù)報(bào)準(zhǔn)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(shí)了基礎(chǔ)。

（3）GPRS通信較GSM更經(jīng)濟(jì)，每年可減少通信費(fèi)用30萬(wàn)元。

（4）長(zhǎng)沙集控中心站與測(cè)站時(shí)鐘同步率100%，測(cè)站數(shù)據(jù)時(shí)標(biāo)精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)零偏差，解決了原測(cè)報(bào)系統(tǒng)無(wú)法招測(cè)測(cè)站歷史數(shù)據(jù)及遙測(cè)站點(diǎn)時(shí)鐘。

結(jié)合五凌電力GPRS通信的應(yīng)用實(shí)踐，提出以下建議：

（1）將測(cè)報(bào)數(shù)據(jù)的可靠性提升作為核心任務(wù)，做好測(cè)站和測(cè)站到中心站通信方式的冗余設(shè)計(jì)，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(jiǎn)潔、穩(wěn)定、高效。

（2）升級(jí)為雙通信方式的測(cè)站要結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂?、環(huán)境考慮測(cè)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(hào)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(jí)運(yùn)營(yíng)商提供優(yōu)質(zhì)的GPRS服務(wù)。

（4）對(duì)采用GPRS+GSM的測(cè)站，如條件具備，宜選擇兩家不同的運(yùn)營(yíng)商，以獲得測(cè)站GPRS和GSM通信的高可靠性。