基于GPRS的电力巡检系统远程通信方案

2009年6月10日TelecommunicationsforElectricPowerSystem

·45·

基于GPRS的电力巡检系统远程通信方案

李征明1，许童羽1，王国华2，张志霞1

（1.沈阳农业大学信息与电气工程学院，辽宁沈阳110161；2.辽阳电业局，辽宁辽阳111000）

摘要：电力巡检是配电网自动化系统实现的功能之一。文章针对电力巡检系统中无线通信方式存在的问题，分析了GPRS无线通信方式的特点，提出了4种基于GPRS的通信方案，比较了各方案的优缺点，介绍了公网动态IP+动态域名解析传输方式的实现过程。用户可以根据自己的需求与实际情况，选择适合的通信方案。关键词：GPRS；电力巡检系统；通信方案；动态域名中图分类号：TN919.72

文献标志码：B

文章编号：1005-7641（2009）06-0045-03

0引言

电力巡检是配电网自动化系统的一项基本功

的差错控制和流量控制，允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。GPRS的主要特点包括以下几个方面。

能，是保证电力线路安全和电力系统稳定的重要措施。传统的电力线路巡检工作效率较低，且容易漏项或出错，管理人员难以及时、准确、全面地了解线路状况，因此难以制定最佳的检修方案。

随着GPRS（GeneralPacketRadioService，通用分组无线业务）技术和嵌入式技术的不断成熟，通过GPRS构建无线通信网络，采用嵌入式技术将巡检人员采集到的数据传至后台服务器，可以实现前端与后台的实时无线通信。这种新的

1）支持中、高速率数据传输，可提供9.05～171.2kbit/s的数据传输速率。

2）采用分组交换技术，高效传输高速或低

速数据和信令，优化了对网络资源和无线资源的利用。

3）GPRS网络接入速度快，支持基于标准数

据通信协议的应用，可与Internet和X.25网络互联互通，支持特定的点到点和点到多点服务，以实现一些特殊应用（如远程信息处理），也允许短消息业务经GPRS无线信道传输。

GPRS＋GPS＋PDA的巡检方式，极大提高了电力

巡检的效率，提高了电力系统的安全性。采用这种巡检方式，其中一个关键问题是数据通信方案的设计。

4）GPRS的设计使得它既能支持间歇的爆发

式数据传输，又能支持偶尔的大量数据的传输，支持4种不同的QoS。

1GPRS技术概述

GPRS是第2.5代移动通信系统，也是GSM

5）GPRS的安全功能同现有的GSM安全功能

一样，身份认证和加密功能由SGSN（ServingGPRS

SupportNode，GPRS服务支持节点)来执行。

6）可实现基于数据流量、业务类型及服务质

量等级的计费功能，计费方式更加合理，用户使用更加方便。

向3G过渡的一个桥梁，是在GSM系统基础上引入新的部件而构成的无线数据传输系统。它的基本功能是在移动终端和Internet的路由器之间传输分组数据。

7）向用户提供Internet所能提供的一切功

能。

GPRS技术采用分组交换方式，提供了灵活

·46·

电力系统通信2009，30（200）

2数据通信方案的设计

电力巡检系统的通信方案，可以采用公网动

态IP＋动态域名解析传输、后台管理中心＋IP地址通信、GPRSAPN专线传输和GPRSModem拨号

4种方式，如图1所示。

图1数据通信方案接入方式

Fig.1Accessofdatacommunicationsolutions

2.1公网动态IP＋动态域名解析传输方式本方案的设计是后台管理中心采用动态IP＋

动态域名解析的方式，嵌入式终端通过GSM基站接入GPRS网络，由GGSN（GatewayGPRS

SupportNode，GPRS网关支持节点）网关汇集后，

经移动互联网的防火墙、路由器，连接后台管理中心。后台管理中心通过拨号或ADSL等接入方式接入Internet，由于接入所获得的IP地址不是固定的，所以要经过动态域名解析的过程。电力公司先通过DNS服务商开通域名，终端先采用域名寻址方式连接DNS服务器，再由DNS服务器找到监控中心公网动态IP，建立连接。

该方案的特点是：系统结构简单，维护方便；投资比较少，巡检系统建设速度比较快；通过

Internet连接，系统存在严重的安全性问题；稳定

性受到域名服务器影响，网络连接的设备、系统较多，速度及可靠性受到公网影响。

2.2后台管理中心＋IP地址通信方式

本方案的设计是后台管理中心采用公网固定

IP地址来构建系统，嵌入式终端连接至GPRS网

络，由GGSN网关汇集，经由移动公司的防火墙、路由器，将数据完整地传输到后台管理中心上。终

端工作时，首先预先设定其内部的IP地址、端口号，并在后台管理中心平台建立TCP/IP链路。后台管理中心维护接入每个终端的IP地址和ID号，当中心要向某个终端提出数据请求时，可以根据IP地址和ID号来找到相对应的终端，将命令下发到该终端，终端响应后，通过GPRS网络将数据发送到管理中心，收集巡检数据。

该方案的特点是：电力部门已经有稳定的永久连接到Internet的接入；系统结构简单，维护方便；投资比较少，巡检系统建设速度比较快；通过

Internet连接，系统安全性不够高；网络连接的设

备、系统较多，速度和可靠性受到公网影响。

2.3

GPRSAPN专线传输方式

终端通过GSM基站接入GPRS网络，由GGSN网关汇集后，经移动互联网的防火墙、路由器，再通过电力公司与移动公司的DDN专线，接

至电力公司后台管理中心。

该方案的特点是：适合没有接入Internet的电力公司，电力公司通过DDN专线接入路由器，用户端的接入路由器必须提供公有的IP地址；稳定性高；安全性强；数据传输存在一定的时延问题；专线接入，APN租用费用高；系统维护要求高。

2.4GPRSModem拨号方式

电力公司先向移动公司申请APN专网业务，

移动为客户分配专用的APN，普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡开通该专用

APN，限制使用其他APN。得到APN后，给所有终端及后台管理中心分配移动内部固定IP。

该方案的特点是：无需连接Internet，能提升安全性；可以使用内部IP，利用GPRS网络组建VPN；无需DDN专线，节约费用，经济性良好。

3

公网动态IP＋动态域名解析传输方式实现过程

通过对基于GPRS的电力巡检系统数据通信

方案的比较，在实验室研究阶段，可以采取第一种技术方案；在实际的应用过程中，可以采用第三种技术方案。第一种技术方案的实验过程是，嵌入式终端每次上网时把本机的IP地址告诉服务器端程序，在收到客户端通知后，服务器端程序可立即更新原域名的解析映射，将新的IP地址重新与原

·开发与应用·李征明等基于GPRS的电力巡检系统远程通信方案

·47·

有的固定域名相对应，实现动态IP到域名的同步映射。通过使用动态域名解析系统，后台管理中心即使没有静态IP地址，终端也能通过输入固定域名来拜访后台系统。

3.1后台管理中心的设置

后台管理中心通过ADSL连接到Internet，并

配置Web服务器，操作系统可以采用Windows

2003server，数据库可以选用SQLserver2000，在建立好Web服务器之后，可以采用广州网域科

技公司的“花生壳”动态域名解析系统，首先申请账号，并注册域名，这里采用的域名为www.

PMIsystem.cn；接下来下载安装配置“花生壳客户

端2008”。联网并运行客户端，这样就可以实现动态域名解析，从而连接到后台管理中心网站。

3.2终端GPRS网络的接入

终端通过GPRS模块到拨号GGSN，动态分配

到Internet的IP地址模块与网关的通信要符合点对点协议（PPP，PointtoPoint）。使用PPP协议登陆之后，就可以通过GGSN连接到Internet。终端连接到GPRS网络的过程如下。

1）ATD*99***1#。拨号登陆到GPRS网络，若登陆成功，则返回CONNECT。

2）AT＋CGDCONT=1，“IP”，“CMNET”。设置接入网关，其含义为将1号PDP报上下文参数设置为：使用IP包协议，接入点为移动梦网CMNET登

录到的接入网关，使用网络分配的包协议地址，使用默认的包压缩方式和包头压缩方式。

3）AT＋CGCLASS＝“B”。设置移动终端的类别，

其中“B”表示同时监控多种业务。

4）AT＋CGACT＝1。激活1号PDP报上下文。5）AT＋CSQ。检查信号，若返回“10～31，0”之间

的信号数字则继续，如果信号是99，则系统重复发送AT命令，不停地让模块去搜寻网络，重试次数超过预定次数，可定义其他方式发送错误报告

6）AT＋CGREG？。若返回“0，1”则可以继续，若返回“0，0”则返回第一步重来。

7）AT＋CGREG。系统循环调用GPRS网络注册状态命令和AT＋CMEERROR相关的错误命令

来检查系统状态。

3.3终端连接后台管理中心

嵌入式终端接入GPRS网络后，输入域名，就

可以实现域名解析，并连接到后台管理中心。

4结束语

通过对基于GPRS电力巡检系统的数据通信

方案的探讨，可以认为GPRS通信技术应用在电力巡检系统进行数据传输是可行的。GPRS数据通信技术是一种技术经济指标优良的电力巡检通信解决方案，这项技术的应用有助于推动巡检工作的开展。本文针对实际需求进行分析，提出了在实验室中的研究方案。各电力部门可以根据自己的实际情况选择适合自己的组网方案。另外，要将

GPRS通信技术真正地应用于电力巡检系统中，

还必须继续深入研究和解决数据传送的安全性及通信规约等相关问题。

参考文献：

[1]崔秀玉,王志勇,王成祥.GPRS技术在电力系统通信

中的应用[J].电力系统通信,2004,25(8):3-4.

[2]施慧,王军,陈安卫.基于GPRS通信技术的台区变压

器远程抄表系统[J].中国电力,2007,40(7):82-85.

[3]张新成,李庆亮,吴相林,等.基于GPRS远程数据采

集系统的设计与实现[J].计算机工程与设计,2006,27

(14):2561-2563.

[4]郜向阳,李墨雪,王库.GPRS无线数据传送在远程采

集系统中的应用[J].仪表技术,2006(1):18-19.

[5]周封,王晨光.基于GPRS的电网调度自动化系统的

通信方式[J].电力系统通信,2008,29(6):34-35.

[6]黎水平,贺建军.基于GPRS的配电变压器在线监控

系统研究[J].自动化仪表,2008,29(9):33-35.

[7]邢毅,齐书情,盛戈皞,等.基于GPRS的输电线路状

态数据采集通信系统的设计与实现[J].工业控制计算机,2008,21(5):35-38.

[8]王清葵.送电线路运行和检修[M].北京：中国电力出

版社，2003.

（L）

李征明（1977—），男，河北玉田人，讲师，主要研究方向配电网自动化。

许童羽（1967—），男，辽宁沈阳人，副教授，主要研究方向为电力系统信息化。

王国华（1979—），男，辽宁辽阳人，工程师，主要研究方向为电力系统远动。

张志霞（1976—），女，山东淄博人，副教授，主要研究方向为农业电气化及其自动化。

（收稿日期：2008-11-24；修回日期：2009-01-14）

（下转第51页）

·开发与应用·姚虹春LonWorks总线技术在变电站环境监控中的应用

·51·

数据并生成报表、维护本地及远程系统等。

通信管理模块接收各个现场系统的采集数据，过滤后存入数据缓存等待进一步处理；系统管理模块发出的控制指令通过通信管理模块具体下发；数据库管理模块建立、维护和操作系统数据库；用户界面模块显示监控软件系统的状态，各现场系统的状态和报表可以按照用户要求进行定制；远动模块实现与上级监控系统的互动，从而把环境监控系统整合到更广泛的综合监控系统中。

维效率。

参考文献：

[1]闫铭,王璐璐.LonWorks节点即插即用问题的研究[J].

自动化仪表,2003(6):18-20.

[2]刘巍,卜淮原,卿太平,等.LonWorks总线技术在环境

监测系统中的应用[J].物流科技,2007(4):114-116.

[3]胡国雄,陆玲,黄莉.基于LonWorks技术的变电站综合

自动化产品的开发[J].电力系统及其自动化学报,2005

(2):83-87.

[4]ECHELON公司.PL3150/PL3120powerlinesmart

transceiverdatabook[DB/OL].www.echelon.com.cn.[5]ECHELON公司.FT3150/FT3120transceiverdatabook

[DB/OL].www.echelon.com.cn.

[6]广州周立功单片机发展有限公司.LPC2101/02/03使用

指南[DB/OL].www.zlgmcu.com.

5结束语

基于LonWorks总线技术开发的变电站环境

监控系统，借助双绞线与电力线2种通信通道，使系统具有了组网灵活、安装方便、通信可靠、反应迅速、易于扩充等特点，便于对地理位置和测控点分散的变电站进行集中的监控。实践证明，基于LonWorks技术的变电站环境监控系统的全面开通，不仅为无人值守或少人值守变电站的安全运行提供了可靠保证，还提高了电力部门的运

[7]NXPSemiconductors.LPC2364/66/68/78usermanual

[DB/OL].www.nxp.com.

（L）

姚虹春（1982—），男，四川德阳人，助理工程师，从事电力系统通信方面的研究工作。

（收稿日期：2008-12-12；修回日期：2009-01-16）

ApplicationofLonWorksbustechniqueinsubstationenvironmentmonitoring

YAOHong-chun

(CommunicationDepartmentofStateGridElectricPowerResearchInstitute,Nanjing210003,China)

Abstract:Facingthesituationthattheenvironmentmonitoringsystemisimperfectinsomeunattendedsubstations,thispaperintroducesthecharacteristicsandadvantagesofLonWorksField-Bustechnique,andproposesthedesignandimplementationofsubstationenvironmentmonitoringsystembasedonLonWorks.Theresultdemonstratesthatthesystemisstable,reliableandexpansible,andcanbepromotedtootherfields.Keywords:LonWorks;substation;environmentmonitoring

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（上接第47页）

RemotetelecommunicationschemeforpowerpatrolsystembasedonGPRS

LIZheng-ming1,XUTong-yu1,WANGGuo-hua2,ZHANGZhi-xia1

(1.CollegeofInformationandElectricalEngineering,ShenyangAgriculturalUniversity,Shenyang110161,China；

2.LiaoyangPowerSupplyBureau,Liaoyang111000,China)Abstract:Basedontheproblemsinpowerpatrolsystembyusingwirelesscommunicationtechnology,thispaperanalysesthecharacteristicsofGPRSwirelesscommunication，putsforwardfourcommunicationsolutionsandmakesthecomparisonbothontheadvantagesanddisadvantages.ThetransmissionmodethatbasedondynamicIPofpublicnetworkanddynamicDNSarealsointroducedinthepaper.

Keywords:GPRS;powerpatrolsystem;communicationsolution;dynamicDNS