基于北斗-gprs双模通讯的智能配网系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于北斗-GPRS双模通讯的智能配网系统，用于配电网络的通信，包括配电主站、配电子站和配电终端，配电主站、配电子站和配电终端间通过北斗卫星系统或GPRS网络进行通信，配电主站、配电子站和配电终端间还同时通过北斗卫星系统和GPRS网络进行通信，配电主站、配电子站和配电终端间通过GPRS网络进行的通信不包括遥控命令。本实用新型双信道通信既可以单独运行，也可以同时运行。北斗卫星信道单独通信安全可靠，能满足电网通信专网运行安全要求。GPRS信道单独通信上送数据快，后台数据更新及时。双信道同时运行互为备用，既有效地利用了GPRS网络上送数据快的优势，又可以保障利用北斗卫星信道进行可靠通信，可靠控制的优势。
【专利说明】基于北斗-GPRS双模通讯的智能配网系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种智能配网系统，尤其是一种基于北斗-GPRS双模通讯的智能配网系统。
【背景技术】
[0002]智能电网即，建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展，以通信信息平台为支撑，具有信息化、自动化、互动化特征的坚强智能电网。
[0003]目前由于智能配网正处于摸索、起步阶段，配电网络和设备都存在许多问题需要解决，如:网络环网率低，线路互供能力差，卡脖子线路较多，大量高能耗变压器及重载、过载线路需改造等。特别是配电通信网络一直以来由于缺乏适用的组网解决方案，成为电力通信网络薄弱环节和制约智能电网在配、用电侧应用的瓶颈。
[0004]现有的配电通信网组网技术包括光纤网络技术、WiMAX宽带无线专网技术、宽带PLC技术、无线公网方式和北斗卫星通信方式。
[0005]WiMAX宽带无线专网技术虽然已发展较为成熟，但在国内没有分配专用频段。电力行业目前只有230MHz —些频点可用，该频段并不适合WiMAX组网，需要向国家通信主管部门积极争取专网专用频谱资源，未来国家政策是否松动，尚不明朗。
[0006]宽带PLC技术处在发展期，其技术进步和产业环境关系密切，需要建立国内统一规范标准，解决自主知识产权问题，实现核心芯片技术国产化，研发适用于国内低压配电网特性的产品和设备，逐步实现宽带电力线通信的产业化发展。
[0007]无线公网方式具有建设周期短、成本低的优点，但由于本质上无线公网和互联网是相通的，无线公网通信方式的安全性、可靠性不能保证。因此，无线公网只能作为且仅限于不需要遥控功能的终端通信等应用。
[0008]北斗卫星通信方式最大的瓶颈就在于其通信频度问题，民用通信频度一般在60s的间隔，现场遥测量无法做到实时更新。
实用新型内容
[0009]为解决现有配电通信网组网技术中的上述问题，本实用新型提供了一种安全可靠、满足电网通信专网运行安全、上送数据快、后台数据更新及时、可双信道同时通信的基于北斗-GPRS双模通讯的智能配网系统。
[0010]本实用新型所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的:
[0011]一种基于北斗-GPRS双模通讯的智能配网系统，包括配电主站、配电子站和配电终端，
[0012]所述配电终端包括测控终端、通讯协议转换设备、北斗终端和GPRS通讯设备，所述测控设备将采集的电网数据经由通讯协议转换设备传入北斗终端或GPRS通讯设备，或同时传入北斗终端和GPRS通讯设备，所述北斗终端和GPRS通讯设备分别通过北斗卫星系统和GPRS网络将电网数据传输给配电子站或配电主站；[0013]所述配电子站包括子站服务器、通讯协议转换设备、北斗指挥机11和GPRS通讯设备，所述北斗指挥机II和GPRS通讯设备将配电终端传输的电网数据分别经北斗卫星系统和GPRS网络传输给配电主站；所述北斗指挥机II和GPRS通讯设备接收配电终端传送的电网数据，接收的电网数据经通讯协议转换设备传入子站服务器；所述配电子站发出的控制命令经通讯协议转换设备由北斗指挥机II发送给配电终端；
[0014]所述配电主站包括主站服务器、通讯协议转换设备、北斗指挥机I和GPRS通讯设备，所述北斗指挥机I和GPRS通讯设备接收配电子站或配电终端传输的电网数据，接收的电网数据经通讯协议转换设备传入主站服务器；所述配电主站发出的控制命令经通讯协议转换设备由北斗指挥机I发送给配电子站或配电终端。
[0015]所述配电终端的测控设备每次上电时主动上报信息，或响应配电主站和配电子站的控制命令上报信息。
[0016]所述配电主站或配电子站发送控制命令至配电终端完成远程遥测、遥信和遥控。
[0017]所述配电终端采用离散传送方式传输电网数据。
[0018]所述配电子站接收配电终端测控设备的故障信息，由配电子站发送控制命令给对应的配电终端处理故障，或配电子站将配电终端测控设备的故障信息传输给配电主站，由配电主站发送控制命令给对应的配电终端处理故障。
[0019]所述配电终端采用紧急定位方式传输测控设备的故障信息。
[0020]所述配电主站、配电子站和配电终端间可通过北斗卫星系统或GPRS网络进行通信，所述配电主站、配电子站和配电终端间还可同时通过北斗卫星系统和GPRS网络进行通信，所述配电主站、配电子站和配电终端间通过GPRS网络进行的通信不包括遥控命令。
[0021]本实用新型的有益效果是:
[0022]本实用新型即北斗卫星通信与GPRS双模通信的智能配网解决方案，其双信道通信既可以单独运行，也可以同时运行。北斗卫星信道单独通信时，安全可靠，能完全满足电网通信专网运行的运行安全要求。GPRS信道单独通信时，上送数据快，后台数据更新及时。双信道同时运行时，其互为备用，既有效地利用了 GPRS网络上送数据快的优势，又可以保障利用北斗卫星信道进行可靠通信，可靠控制的优势。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是智能配网系统结构图；
[0024]图2是本实用新型的配电终端系统结构图；
[0025]图3是本实用新型的配电子站系统结构图；
[0026]图4是本实用新型的配电主站系统结构图。
【具体实施方式】
[0027]如图1所示，本基于北斗-GPRS双模通讯的智能配网系统采用分层分布式结构，分为三层:配电主站层、配电子站层和配电终端层。在系统的各个层面之间通过北斗卫星系统和GPRS网络建立通信联系，进行信息交换，实现对整个配电网的最优管理。
[0028]配电主站、配电子站和配电终端间可单独通过北斗卫星系统或GPRS网络进行通信，也可同时通过北斗卫星系统和GPRS网络双信道共同工作进行通信，然而由于GPRS信道不满足国家电网对控制的安全要求，所以不能用于遥控操作，故配电主站、配电子站和配电终端间通过GPRS网络进行的通信中不包括遥控命令。
[0029]如图2所示，配电终端层为整个智能配网系统的最底层，配电终端包括多台测控终端、多台通讯协议转换设备、多套北斗终端和GPRS通讯设备，测控设备为安装在柱上的FTU、安装在配变上的TTU和安装于开闭所、配电站、环网单元的FTU/DTU等，配电终端主要完成对柱上开关、支线开关、配电变压器、开闭所、配电室、环网开关、箱式变等各种现场信息的采集、监控并执行上级下发的控制命令的功能，并在必要时执行本身赋予的网络重构中的就地智能化功能。
[0030]测控设备FTU/DTU将采集的电网数据经以太网由通讯协议转换设备进行协议转换后，传入北斗终端或GPRS通讯设备，或同时传入北斗终端和GPRS通讯设备，由北斗终端和GPRS通讯设备分别通过北斗卫星系统和GPRS网络将电网数据传输给配电子站或配电主站。
[0031]测控设备FTU/DTU每次上电之时，主动向配电子站及配电主站上报一次设备信
肩、O
[0032]如图3所示，配电子站是智能配网系统的中间层，向上与配电主站进行通信，向下与所辖区内配电终端的测控设备FTU/DTU (馈线终端单元)进行通信，配电子站负责一个片区内开闭所/开关站的配电自动化实施，完成配电设备数据的集中和转发，具有遥测、遥信和遥控的“三遥”功能、以及当地监控、故障检测隔离等功能，并将实时数据中转到配电主站的主站服务器上。
[0033]配电子站包括子站服务器、通讯协议转换设备、北斗指挥机II和GPRS通讯设备，北斗指挥机II和GPRS通讯设备接收配电终端传送的电网数据，接收的电网数据经通讯协议转换设备传入子站服务器，之后可由北斗指挥机II和GPRS通讯设备将配电终端传输的电网数据分别再经北斗卫星系统和GPRS网络传输给配电主站，配电子站发出的控制命令经通讯协议转换设备仅由北斗指挥机II发送给配电终端。北斗指挥机II负责通过北斗卫星与其下属的配电终端FTU/DTU通信，并监测下属FTU/DTU，
[0034]配电终端每个箱变配备FTU/DTU，具有故障检测功能和实施“三遥”能力，FTU/DTU通过以太网与北斗指挥机II和GPRS通讯设备连接。配电子站建立环网控制系统与各个配电终端的FTU/DTU通过北斗卫星系统进行通信。
[0035]建立环网控制系统的目的是使配电子站对此环网的运行情况进行监视，并能进行可靠遥控。当本环网线路出现故障时，FTU/DTU测得故障电流等故障信息，然后通过北斗终端或GPRS通讯设备将故障信息传送至配电子站。配电子站收到智能配电开关上报的故障信息后根据系统当前运行情况及线路拓扑结构，迅速进行故障自动定位、故障自动隔离和非故障段的自动恢复供电，从而实现本环网的自诊断、自愈合。如果此故障涉及到与其他环网相连的节点，或者此时子站系统工作在主站控制方式，则子站系统迅速将故障电流等故障信息上报至配电主站，由配电主站做出决策，找出故障点，并给出有效隔离故障点方案。
[0036]如图4所示，配电主站从整体上对各配电子站进行监控，分析系统的运行状态，协调各子站、终端之间的关系，对整个系统进行有效的监控和管理。主站层内部采用高速以太网，实现实时数据迅速更新和共享。
[0037]配电主站包括主站服务器、通讯协议转换设备、北斗指挥机I和GPRS通讯设备，北斗指挥机I和GPRS通讯设备接收配电子站或配电终端传输的电网数据，接收的电网数据经通讯协议转换设备传入主站服务器；配电主站发出的控制命令经通讯协议转换设备后由北斗指挥机I发送给配电子站或配电终端。
[0038]配电终端的FTU/DTU采集到各种数据利用北斗卫星或GPRS网络将信息发至配电子站或配电主站，由配电主站或配电子站下达的控制命令可经北斗卫星以通播方式一次性发至所有下属配电终端的FTU/DTU，以完成远程遥测、遥信和遥控功能。同时配电主站与配电子站之间、配电子站与其所辖区域内配电终端之间、配电主站与配电终端之间还可以点对点方式相互通信。
[0039]配电主站或配电子站的控制命令采用通播方式时，配电主站或配电子站下属所有具有相同通播号码的配电终端可同时收到信息。遇故障时，可采用此方式一次性下发指令。但需要在指令中加入地址码，使对应的配电终端执行对应的命令。
[0040]“三遥”包括:遥测、遥信和遥控，实现开关位置及电流量的远方监测，实现开关的远方控制功能，具体为:
[0041]遥信:指负荷开关分、合位置、接地开关位置、隔离开关位置、当地远方闭锁信号、SF6气体压力、带信号触点灭弧器以及故障指示器信号等。一般标准方案要求开关至少提供2个负荷开关位置、2个接地开关位置触点。同时，对于已经安装了故障指示器的开关柜，需要采集故障指示器信号。
[0042]遥测:指每个开关的三相电流量。通过为进出线开关安装电流互感器，实现对进出线电流的测量。一般标准方案实现开关房和综合房电缆进出线柜及馈出线柜的电流遥测功能。对于综合房内有的变压器出线柜，根据变压器低压测是否安装有配变监测计量终端(配电自动化所需要的负荷信息可以通过配变计量终端采集)，来决定是否需要对该类开关进行电流测量。
[0043]遥控:开关的远方分合操作。对于实现遥控功能的开关房，并非房内所有的开关都需要实现遥控功能。一般典型的方案只对电房内主进线处的开关及在联络位置的开关(具有转供电功能的开关)实现遥控功能，电房内其他开关按照两遥功能进行设计。
[0044]北斗卫星主管部门对民用领域北斗终端的通信频度和带宽有所限制。一般民用卡为60秒通信一次，一次允许发送628bit的二进制代码。因此本智能配网系统使用北斗系统离散传送重要的参数，而非连续传送；同时，遇到故障时立即传送故障电流等参数。对要传输的信息利用编码技术进行压缩编码，以利用有限的有效信息长度来传输尽可能多的参数变量，解决带宽的限制并满足传送流量的需求。
[0045]尽管用户受到60秒通信一次的服务频度限制，本智能配网系统通过使用常规通信和紧急定位功能，可以确保满足一般用户对自愈能力的要求。例如，在极端情况下配电终端站刚进行完毕一次常规状态上报后，本地DTU或FTU出现故障报警，由于受北斗服务频度的限制，常规情况下必须等待I分钟后方能再次进行通信发送，此时采取紧急定位的方式(紧急定位不受服务频次的限制，但每次紧急定位后终端需保持2倍服务频度的时间间隔停止发射)向配电子站发送故障告警，同时可以使用高程信息位进行相应编码，传递有效信息；在终端发送紧急定位后的2倍服务频度时间间隔停止发射期间(2分钟)，配电子站或主站可向配电终端发送控制指令切换开关，配电终端可在执行操作后，在故障上报2分钟后采取常规通信方式将执行结果向配电子站或主站汇报；配电子站或主站在收到终端的执行结果后，可立即向配电终端发送再次确认的询问指令，配电终端在收到该指令后可采取紧急定位方式向配电子站或主站回复询问，询问结果可在紧急定位信息中进行反馈。通过这种通信编排方式，可以保证整个控制流程在3分钟内完成，满足一般用户对自愈能力的时间要求。
[0046]在通信协议转换设备的系统中，通信实时数据库在内存中开辟了一块全局共享缓冲区，它包括各种遥信、遥测、遥脉和遥控数据区，以及用于控制这些缓冲区读写的各种标志。由于实时数据库建立在内存，所以多个模块对它们的读写完全可以在一个任务中完成而不会产生内存的访问冲突问题，读写的启动也仅需通过标志位就可以实现。这样，就无须考虑对多任务进行序列化和同步的问题，而且响应和转换速度高。北斗卫星系统由于通信频度的限制造成其不能快速反应现场负荷的实时变化数据，在加入GPRS信道以后，对运行设备的各种数据参数都能进行实时的反应。另外，使用GPRS信道能减少系统对北斗卫星系统通信通道的占用，当发生故障的时候，更快速地确认故障发生点，减少停电时间，更快速高效的进行自诊自愈。通过全局缓冲区的建立GPRS通信通道和北斗卫星系统通信通道可以实现共同工作。
[0047]应当理解的是，本实用新型的上述【具体实施方式】仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
【权利要求】
1.一种基于北斗-GPRS双模通讯的智能配网系统，包括配电主站、配电子站和配电终端，其特征是: 所述配电终端包括测控终端、通讯协议转换设备、北斗终端和GPRS通讯设备，所述测控设备将采集的电网数据经由通讯协议转换设备传入北斗终端或GPRS通讯设备，或同时传入北斗终端和GPRS通讯设备，所述北斗终端和GPRS通讯设备分别通过北斗卫星系统和GPRS网络将电网数据传输给配电子站或配电主站； 所述配电子站包括子站服务器、通讯协议转换设备、北斗指挥机II和GPRS通讯设备，所述北斗指挥机II和GPRS通讯设备将配电终端传输的电网数据分别经北斗卫星系统和GPRS网络传输给配电主站；所述北斗指挥机II和GPRS通讯设备接收配电终端传送的电网数据，接收的电网数据经通讯协议转换设备传入子站服务器；所述配电子站发出的控制命令经通讯协议转换设备由北斗指挥机II发送给配电终端； 所述配电主站包括主站服务器、通讯协议转换设备、北斗指挥机I和GPRS通讯设备，所述北斗指挥机I和GPRS通讯设备接收配电子站或配电终端传输的电网数据，接收的电网数据经通讯协议转换设备传入主站服务器；所述配电主站发出的控制命令经通讯协议转换设备由北斗指挥机I发送给配电子站或配电终端。
【文档编号】H02J13/00GK203377679SQ201320299024
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年5月29日 优先权日:2013年5月29日
【发明者】赵恒 , 史继军 申请人:北京康力昆泰电力技术有限公司