GPRS通信技术在五凌电力水情测报系统中的应用

曾自怡，李靖沙

（国家电力投资集团五凌电力有限公司，湖南 长沙410004）

0 引言

五凌电力水情测报系统初期采用自建超短波VHF通信方式，随着移动运营商基站的普及，测站增加了GSM通信方式，发展成为VHF和GSM通信方式共存。VHF、GSM通信方式的技术原理决定了其易产生数据掉数、数据延时且无法根除，影响了水情数据的可靠性。

GPRS（General Packet Radio Service）通信技术是通用分组无线服务技术的简称，属于第二代移动通信中的数据传输技术，以封包方式来传输，数据传输速度是GSM的10倍，永远在线，按数据流量计费。具有数据传输速度快、数据完整性和可靠性高的特点。GPRS通信技术在国内水情测报系统得到广泛应用。

1 五凌电力水情测报系统概况

五凌电力在沅水流域建有五强溪、凌津滩、洪江、碗米坡、三板溪、挂治、白市、托口8个水电厂，在资江建有东坪、株溪口、马迹塘3个水电厂，在湘江有近尾洲水电厂。12个水电厂总装机容量为4660 MW。通过在长沙的发电集控中心，对12个水电厂进行水库集中调度和发电远程集控。五凌电力水情测报由长沙集控中心站、12个电厂分中心站、21个VHF中继站、273个遥测站组成。组网方式见图1。

图1 水情自动测报系统改造前网络拓扑图

各测站以VHF或GSM方式将水情数据传至相应的电厂分中心站，先由分中心站的VHF、GSM模块分别接收、串口服务器将VHF、GSM数据汇流后，再经过外网采集服务器、反向隔离装置构成的水情安防接入区后，进入分中心站的水调系统II区交换机。水情数据在分中心站供站内水调系统处理和应用，同时由分中心站内的集控通信机、调度通信机分别送至长沙集控中心站及电网调度。

2 水情测报系统存在的问题

2.1 VHF通信方式存在的问题

超短波信道VHF受恶劣天气、通信距离、地形、信道干扰等因素影响，易导致信道衰减增大、信道不通，出现漏数现象。

VHF测站信号经中继站汇集、放大后再传至电厂，如中继站出现故障，则会导致多个VHF测站信号中断。

暴雨情况下雨量、水位数据量陡增，产生数据碰撞常出现掉数现象。

2.2 GSM通信方式存在的问题

GSM短信通信因数据要经过运营商的服务器处理，在主汛期数据量大时，易发生数据延时，影响数据的实时性。

运营商按照数据条数计费，通信费用较高。垃圾短信多易导致GSM卡吊死中断数据。

2.3 其他问题

部分水情测站通信方式单一，只有VHF或GSM单通信方式，通信可靠性低。

长沙集控中心站的VHF、GSM数据经电厂分中心站转接，如电厂分中心站故障会影响长沙集控中心站数据接收。

3 GPRS通信优点和建设目标

GPRS和卫星通信在国内水情测报系统中均有成熟的应用。卫星通信比GPRS通信传输环节多、资费贵，一般用于无移动信号覆盖的偏远区域。五凌电力水情测报站网均有移动信号覆盖，因此选择性价比更优的GPRS通信。从以下2方面提升水情数据的可靠性：

（1）新增GPRS通信方式，所有测站具有GPRS+VHF或GPRS+GSM 2种通信方式，实现通信方式双冗余。

（2）测站新增的GPRS通信，以点对点的方式将数据直接送到长沙集控中心站，VHF、GSM数据仍从电厂分中心站转送至长沙集控中心站，实现测站到长沙集控中心站传输通道双冗余。当电厂分中心站故障VHF、GSM水情数据中断时，长沙集控中心站的GPRS数据不受影响，从而保证水情测报系统数据正常传输。

4 GPRS通信方式实施

五凌电力水情测报系统所有273个测站新增GPRS通信，在五凌电力长沙总部信息外网新增两台前置GPRS采集服务器，通过互联网与水情测报站点进行GPRS通信。

4.1 长沙集控中心站GPRS数据接收方案比较

方案1：GPRS数据由外至内，由信息外网逐层传递至水调II区数据库，传输图如图2所示。

图2 方案1数据传输图

测站GPRS数据经运营商的GPRS网络传送到长沙集控中心站，由信息外网GPRS采集服务器接收后，再经信息内外网间的隔离网闸传至公司信息内网，由防火墙传至水调三区外网数据库，再经隔离装置传至水调II区核心数据库。

方案2：GPRS数据经工控防火墙、反向隔离装置传送到水调II区数据库

GPRS数据在长沙集控中心站经工控防火墙、GPRS采集服务器，由水调系统的反向隔离装置传送到水调内网数据库。减少网闸设备、信息内网交换机、路由器等传输设备和环节，GPRS数据以最短路径入库，同时满足电力监控安全防护要求。传输图如图3所示。

综合比较，方案1中GPRS数据在长沙集控中心站的处理环节过多，如信息网闸设备故障、信息内网网络故障均会引起GPRS数据中断。而方案2因GPRS数据处理环节少、更有效率、稳定性更优而选定为实施方案。

图3 方案2数据传输图

4.2 GPRS、VHF、GSM数据在长沙集控中心站的处理方式

长沙集控中心站以GPRS测站数据优先主用，VHF、GSM测站数据备用。在水调数据库中新增实时水情表RTSQ2和RTSQ3，RTSQ2存储VHF、GSM数据，RTSQ3存贮GPRS数据。RTSQ表存储实时水情数据用于水务计算。当测站GPRS数据正常时，RTSQ3表中GPRS的数据优先触发写入RTSQ。当测站GPRS数据异常时，则以RTSQ2表中的VHF、GSM数据触发写入RTSQ，测站GPRS数据正常后再补传覆盖RTSQ表中GSM/VHF采集数据。

为实现信道统计功能，在采集平台程序数据写库时，在表rtsq2和表rtsq3中state列里写入信道标识。

4.3 集控中心站GPRS数据畅通率统计

在集控中心站水调系统中新增GPRS水位站、GPRS雨量站日畅通率、月畅通率统计报表，用于分析GPRS测站的可靠性，以便及时发现和处理GPRS测站故障。

4.4 中心站GPRS数据网络安全防护

公司互联网接入区有电信和联通宽带链路，通过负载均衡自动监测两条宽带链路忙闲并动态分配资源。互联网接入区配置了防火墙和防护安全网关，防护安全网关完成信息外网服务器和互联网接入区的IP地址转换，防护安全网关下联外网核心交换机。为提高GPRS数据网络安全防护能力，2台GPRS采集服务器经信息网防火墙下联接入信息外网交换机，通过配置防火墙的白名单策略只允许水情数据传入指定的服务器IP和端口，同时2台GPRS采集服务器通过反向隔离装置上联到水调二区数据库。

5 应用效果及建议

2017年12月，五凌电力GPRS测报通信系统投运，经过2018年的运行数据分析，其应用效果表现如下：

（1）五凌电力测站数据质量稳步提升：测站数据月平均畅通率由93%提高至98%，数据完整性由95%提高至99%。

（2）测站数据质量的提升使公司洪水预报准确率由85%提高至89%，为2018年五凌电力优化调度增发电量2.46亿kW·h夯实了基础。

（3）GPRS通信较GSM更经济，每年可减少通信费用30万元。

（4）长沙集控中心站与测站时钟同步率100%，测站数据时标精准实现零偏差，解决了原测报系统无法招测测站历史数据及遥测站点时钟。

结合五凌电力GPRS通信的应用实践，提出以下建议：

（1）将测报数据的可靠性提升作为核心任务，做好测站和测站到中心站通信方式的冗余设计，做好中心站数据流的规划和流程图编制，数据处理要简洁、稳定、高效。

（2）升级为双通信方式的测站要结合当地的气候、环境考虑测站供电系统的带载能力，以满足新增通信方式的功耗需求。

（3）GPRS通信方式的可靠性取决于GPRS服务商基站信号的质量和服务品质，宜以GPRS大客户的方式择优选取一家地市级运营商提供优质的GPRS服务。

（4）对采用GPRS+GSM的测站，如条件具备，宜选择两家不同的运营商，以获得测站GPRS和GSM通信的高可靠性。