基于GPRS DTU的电能质量在线监测系统

概述

近年来，随着电力工业的飞速发展及电力系统容量不断扩大，电能的使用面临着一种新的问题:一方面是电能需求量在不断增加;另一方面是社会对电能质量的要求也越来越高,要求在电能使用中实现质和量的统一。随着中国电力市场的逐步建立，电能逐步实现按质论价，电力用户也要求高质量的电能来保证其设备、仪器和系统的正常运行。

系统架构 

系统由监测终端、通信系统、监测主站和客户端构成，采集和展示所有监测点的数据，能够监测的全部电能质量指标，提供了对全网电能质量数据的浏览，统计、分析和整合，为电力系统运行、监督、管理部门及其他相关单位提供用户访问功能。 

监测主站由通信前置机，数据库服务器，应用服务器、（本地、异地）管理工作站、Web服务器等构成。  

监测中心设置一个数据库服务器，与每类监测终端的通信各设置一个通信前置机，设置应用服务器和管理工作站各一个，设置一个网络发布服务器，设置磁盘阵列和网络交换机，安装专用电能质量分析软件，完成主站的运行管理功能。

系统设计

总体设计

以电网运行方式而言，目前的电能质量问题可分为暂态电能质量问题和稳态电能质量问题2大类。暂态电能质量问题通常以频谱和持续时间为特征，分为脉冲暂态和振荡暂态2 大类，其主要性能指标是电压波动和闪变、电压跌落及瞬间电压中断，其中，电压跌落的影响最为普遍。稳态电能质量以波形畸变为主要特征，持续时间较长，其主要性能指标是谐波电压、谐波电流、三相电压不平衡、电压偏差等。稳态电能质量参数是进行电能质量监测的主要对象。

电能质量监测系统由监控主站、GPRS 通信网络和监测终端3 部分构成。

系统工作原理

监测终端通过自身装配的GPRS 无线模块(GPRS DTU)接入GPRS 网络，再通过GPRS 无线网络连接到Internet 公用数据网，继而连接到监控主站，将数据送监测主站作进一步分析和处理。

根据电网电能质量监督管理的实际需要，确定监测单元数量和安装地点。

监测终端的GPRS 模块( GPRS DTU) 内嵌TCP /IP 协议，每个模块有可随时设置和修改的唯一的ID 号，并保存主站的IP 地址。GPRS DTU上电后进行初始化，设置相应的通信参数，终端按设置的参数主动向主站发出连接请求，GPRS 网络的SGSN 处理该请求，为其分配一个动态IP 地址;终端与主站建立连接后，主站报告自身的终端地址，主站收到后将其加到动态地址数据库中，然后根据管理员的设定，完成任务及警告的主动上传。如果终端不能建立与主站的有效TCP 连接，会将实时数据压缩存储，待建立连接后再发送到主站。

监测主站是一个计算机系统，可实现对监测终端的监控和信息管理，并通过后台软件，实现对采集的各种电能质量信息的统计、分析和处理，实现长期数据的存储与管理。其有固定的IP 地址，并对终端开放相应的侦听端口;接收GPRS DTU的连接请求，向终端下发参数和命令。由于系统数据流经公网，为保证系统的安全性，数据传输至GPRS DTU 前可通过数据加密，而远程监测主站的数据库服务器收到数据后，由专用处理软件对数据进行解密和校验。

系统实现

监测终端的硬件结构

监测终端主要测量系统电压波动、短时闪变和长时闪变;测量50 次以内谐波电压和谐波电流的含有率、电压和电流总谐波畸变率;测量三相电压、电流基波的幅值和相位，以及正序、负序、零序分量的幅值、相位和不平衡度;测量系统电压偏差和频率偏差。它具有友好的人机交互功能，用户可方便地得到相关的信息;具有远程传输功能，服务于更高层的信息管理和分析系统。

结语

电能质量监测系统，对电能质量进行长期、连续的监测，全面掌握电能质量状况，从而为改善电能质量提供依据是十分必要的。GPRS数据传输具 有便捷性、稳定性、传输速率快等特点，将GPRS传输应用于电能质量监测系统对于实现远程监测有较高的性价比和适用性。