摘要:CDPD是新一代的移动无线数据通信技术,本文阐述了CDPD的基本原理及其特点,论述了其在电力系统中应用的可行性,给出了在电力系统自动化系统中的实现方法,探讨了CDPD技术在智能电网建设中的应用前景。
关键词:CDPD;智能电网;配网自动化;通信网络
作者简介:付敏(1972-),男,山西襄垣人,山西省电力公司长治供电分公司城郊支公司副经理,工程师、统计师、经济师,主要研究方向:CDPD通信技术在智能电网建设中的应用。(山西 长治 046000)
CDPD(Cellular Digital Packet Data,即:蜂窝式数字分组数据),是一种无线数据通信技术规范,推出于1993年7月。该标准的制订,标志着无线数据传输成为现实。它是以数字分组数据技术为基础,以蜂窝移动通信为组网方式的移动无线数据通信技术。它将开放式接口、高传输速度、确定用户单元、空中数据加密、标准IP寻址模式有力地结合在一起,成为公认的最佳无线数据通信规范。
国际上第一个商用CDPD网在1994年于美国正式投入运行,到1997年第二季度,CDPD已覆盖美国121个大中城市和地区、超过50%的人口,并且向加拿大、墨西哥、印尼、新西兰等国家扩展。据不完全统计,目前全球的移动数据网络运营商已经超过50家。在美国,CDPD已成为全美最大的无线数据网,并已进入快速发展阶段。很多应用商看好CDPD的发展前景,纷纷加入到CDPD的应用开发工作中来,研发了很多成熟的产品,如:定位GPS、调度、遥测等。在我国,有关部门积极跟踪国际无线数据通信技术发展动态,经过测试,论证,已确定采用CDPD来建设我国公用无线数据网,以满足不同用户多层次的迫切需要。
一、CDPD的组成原理及特点
CDPD系统主要由移动数据中介系统(MDIS),移动数据基站(MDBS)及移动终端系统(MES)组成。
CDPD按照一定的规则,把一整份数据报文分割成若干定长的数据段,并给每一数据段加上收、发终端地址及其他控制信息构成分组,以分组为单位在无线蜂窝网上进行交换传输。由于采用分组交换方式,所以CDPD不必在两点之间建立固定连接线路交换的终端连接过程,而是利用起始部分的目的信息在整个网络里寻找数据分组的传送路径。CDPD结构从OSI模型的第一层(物理层)和第二层(数据链路层)扩展到第三层(网络层),由于采用OSI模型的较低层,用户可以直接使用现有的网络应用而不需要网关。
CDPD之所以适用广泛,与它本身的优点是分不开的。首先,CDPD是以TCP/IP为基础的开放性系统平台,既能吸引应用开发者在它们熟悉的TCP/IP环境下编程开发新的应用,又使任何已有的基于TCP/IP的计算机工业软件产品毫无困难地应用于CDPD网上。其次,CDPD的优异性能也是其成功的关键之一。它采用先进的GMSK调制技术,完善的FEC前向纠错和自动反馈重发相结合的检错纠错技术,保证了数据的传输质量。无线全程加密,动态密匙管理,有效地防止非法用户的登录。
CDPD具有速度快(19.2kbps),数据安全性高等特点,它支持用户越区切换和全网漫游、广播和群呼,支持移动速度达100km/h的数据用户,可与公用有线数据网络互联互通。
CDPD具有以下特点:无线广域网;采用800MHz至900MHz的射频频率,收发间隔45MHz,频道间隔30kHz;全双工通信,空中信道速率19.2kbps,适用于中小数据量的传输;无差错的数据传送,误码率为10-9;基于TCP/IP的开放系统,终端号为IP地址;多种数据加密措施,数据传输安全可靠;支持点对点、广播和群呼;终端发射功率在0.6W—4W之间,基站发射功率≤45W(连续可调)。
二、CDPD在电力系统中的应用探讨
在CDPD出现以前,配网自动化系统的通信方式有光纤、音频电缆、载波、230MHz无线数传、扩频、市话、ISDN等。在上述的通信方式中,除了230MHz无线数传方式外,其他的通信方式都需要有较大的初期投资,因而造成通信费用所占比重太大而使配网自动化系统的推广应用受到较大的阻碍。230MHz无线通讯一方面受到频率资源的限制,另一方面受到地形的限制,实践也证明采用230MHz无线数传作为配网自动化系统的通信方式将遇到很多难以解决的困难。
CDPD采用蜂窝状的通信网络,在其覆盖范围内很少有盲点,同时用CDPD的Module代替一般的Modem所增加的费用仅4000元左右,年服务费用1200元。而CDPD具有通信信道构成容易、方便、价格低廉和通信可靠性高,误码率低,不受地形环境限制等优点。对实时性要求不高的配电终端监控以及在无法架设光纤或有线通信网络并且已开通CDPD移动数据通信网的情况下,可考虑将其作为配电自动化的主流通信设备和调度自动化系统的备份通道的主要组成部分。
目前,在配网自动化系统当中,基于CDPD,可以有两种实现的通信系统。一种为点对点方式;另一种为多点对服务器方式。
1.点对点方式
无线终端之间的点对点通信可以看作是一对专用的调制解调器,在通信建立后,两个无线终端之间形成一个透明通信通道,所以涉及到的仅是简单的物理层协议,在这条透明通道上可支持用户端的任何高层协议。使用这种方式,不需要修改用户端网络通信协议、现有软件和现有设备。但是,这种方式在每一对线路上需要使用两个终端,成本高,相应的费用也高。
2.多点对服务器方式
在配电无线移动通信网络中,我们选用多点对服务器方式,即:一台服务器与多台终端通信,服务器端使用WINSOCK软件,发送和接受端使用CDPD MODEM内置的TCP/IP堆栈。
多点对服务器方式的无线通信网络见图1。在配调中心,通信前置机通过HUB与路由器相连,路由器通过DDN线路直接连接到CDPD中心,CDPD中心与CDPD网络连接,CDPD终端Module可直接登陆到CDPD网络上,FTU通过RS232与CDPD终端交换数据。
数据的交互过程如下:CDPD MODEM登陆CDPD网络→FTU发送数据→数据进入CDPD网络→数据进入CDPD中心→数据经DDN线路转发给配调中心路由器→路由器把数据送到指定服务器→服务器启动服务进程,对数据进行处理,随后把数据按原路发送回去。
因此,在配电网中进行无线数据通信,只需在配电终端配置CDPD MODULE,与FTU通过RS232连接,然后CDPD中心铺设一条DDN专线到供电所/局,并通过路由器与配电主站连接,即可利用CDPD网络实现配电终端与配电主站之间无线双向数据通信。
多点对服务器方式在每一条线路上仅使用一个终端,DDN线路由所有的终端共享,尽管其一次成本较高,但运行的稳定性和易维护性将大大提高,且以后的通信费用较为低廉。
三、CDPD在变电站综合自动化中的应用可行性
现今变电站综合自动化中现场终端和调度主站之间的通信方式主要有下面几种方式。
1.光纤通道
通过光纤收发机将信文传递到主站。它的抗干扰性能好,但成本高,带宽利用率低,架设和维护通道困难。缺乏真正意义上的网络接口。
2.无线扩频
对发射功率和天线方向角度等有严格要求,当遇到同频段噪声时抗干扰性能较差。点对点传输方式,传输带宽有限。适于不方便架设有线通道,通讯速率要求不高的场合。
3.电力线载波
干扰大,速率低,点对点传输,带宽利用率低,但可以利用现成电力电话线资源。
4.CDPD
无论是点对点还是多点对服务器方式,都可以以极优的性能价格比解决现场设备到调度的通道问题,扩充和延展性能更是其他方式所不能比拟的。在老设备面临淘汰和更新的同时,适时引入科技含量高的技术来推广应用,不失为一种很好的方案选择。
CDPD应用在变电站综合自动化中的基本组成原理与上图类似,只需将图中的FTU变换为RTU,配调中心改为调度中心即可。
四、应用实例
1.供电所的杆式变压器监控
供电所对杆变数据采集是通过定时人工上杆采集,工作效率低、工作量大、危险性大、无法及时捕捉电力热点。运用CDPD网络(POLLING)进行数据定时采集,原来要二十个员工用两个月时间的工作量才能完成的任务,采用CDPD技术后,只需一位员工在计算机旁花半天时间即可完成,并且无需上杆操作,降低了危险程度。此外,CDPD通信设备安装拆卸方便,便于供电所随时捕捉居民用电热点及时作出调整,从而保证在用电高峰时期居民家中不会出现短电现象。
2.开闭所的远程监控
城市电力开闭所采用无线局域网点对点的通信方式进行数据双向传输。由于有高楼阻挡,无线局域网设备绕射能力较差,故无法继续使用。采用CDPD网络,不仅不需要考虑高楼阻挡,而且实现了点对多点的通信方式(无线对有线的通信方式),极大地提高了工作效率,并且大大降低了硬件成本。与此同时,数据传输更加安全可靠。
五、结论
现在通信专网的趋势就是最终将语音、数据和视频统一到一个综合的数据网上,更确切地说是在应用层统一到IP包交换数据网上。CDPD具有运行成本低、免维护、初期投资低、见效快等特点。
目前,国网公司将潞城供电支公司确定为全国智能电网建设8个首批试点县之一。潞城市智能电网建设改造方案是以城市配电网建设与改造技术原则为依据,严格遵照国网公司关于“以坚强为基础,以智能为特征”的总体要求,通过对潞城市区电网结构、负荷密度的分析与研究,展望10年内经济发展规模,预期将实现配电网线路故障自动诊断、隔离和恢复非故障段供电功能,实现城网分区供电、分段供电、两座开闭所完全具备N-1互供互备,因此CDPD移动无线数据通信技术必将为其智能化电网改造,如分线箱、环网柜、分段开关等电力连接设备和配变信息的高效传输层面提供广阔的应用平台,为最终实现电力流、信息流与业务流的高度融合统一提供关键技术保障。
(责任编辑:郝魁府)
