智能電網衛星網絡傳輸系統研究

宋心龍 賀 群 朱 彬 劉 君

（1.人民電器集團上海有限公司，上海201808；2.上海航天電子有限公司，上海201821）

0 引言

隨著科技的發展和人民物質生活水平的提高，電力供應量日益增加，現代電力正向著高電壓、大容量的方向快速發展，傳統電力系統的安全性、穩定性、可靠性、電能質量、應對突發事故和災難的能力等越來越難以滿足現實的需求。智能電網技術的出現和不斷發展，將會對人民生活水平的提高和社會經濟的發展起到至關重要的作用。

1 智能電網衛星網絡傳輸系統的基本原理

智能電網衛星網絡傳輸系統是人民電器集團上海有限公司和上海航天電子有限公司共同研發的，系統擁有當前各領域先進技術支持，在國內處于領先水平。

本套系統的最大優勢就是利用了北斗二代衛星進行定位、精確授時，其主要由3個子系統組成：數據采集系統、通信傳輸系統、監控中心系統［1］。數據采集系統能夠大量地采集監控設備的工作數據、環境數據，并對數據組幀、調制，通過天線以無線信號的形式把數據發送出去。數據采集系統由嵌入式系統組成，監控中心可以遠程更新運行于嵌入式系統中的程序。

2 智能電網衛星網絡傳輸系統的影響因素及改善措施

2.1 影響因素

受環境、地理等外界因素影響，無法單純通過線路來實現遠程通信，即使能夠通過線路實現，但遠距離的線路鋪設維護費用將是巨大的。

2.2 改善措施

在通信傳輸系統中，我們運用北斗二代衛星作為中繼站，實現數據遠程傳輸。監控中心系統能準確地接收衛星傳輸的數據，并進行存儲、分析、監控；此外，公司自主開發的可視化傳感傳輸與控制系統軟件，能夠對接收的數據進行存儲、分析、監控、定位，也能向外發送數據、文檔、文件，實現雙向監控［2］。

3 智能電網衛星網絡傳輸系統具備的優勢

智能電網衛星網絡傳輸系統很好地利用了衛星的中繼功能，可以安全有效地實現信息的遠程傳輸，而不受環境、地理等外界因素的影響。而且，系統之所以選擇衛星通信，除了覆蓋范圍廣外，還有穩定可靠的特性，相對于其他無線通信方式而言，在戰爭等意外狀況發生時，也能確保系統的正常運行，這也是我們選擇衛星通信的根本原因。此外，本套系統結合了當前先進的廣域測量系統，可以高效準確地采集大量的數據，為整套系統的實現提供了核心技術保障。當然，本套系統離不開公司自主開發的可視化傳感傳輸與控制系統軟件，該款軟件能夠對接收到的數據進行存儲、分析、處理、定位、監控，也能夠發送數據、文檔、文件夾等，是實現雙向監控的基礎。

智能電網衛星網絡傳輸系統的出現，對于傳統的制造業而言無非是巨大的福音。作為本套系統的擁有者之一，本公司能夠為廣大廠商提供智能電網衛星網絡傳輸系統服務，合作過程中，我們將會提供全面的技術支持、令人滿意的售后服務；系統運用方面，客戶能夠根據自己的需求，為設備安裝上這套系統，不管設備所處環境、地理條件如何，只要在衛星覆蓋范圍內，客戶都能有效地對設備進行實時監控，一旦設備出現什么故障，客戶能通過分析數據、定位快速找出故障，并通過遠程控制排除故障。如此一來，就可以在很短的時間內排除故障，而不需要通過大量的人工測試來查找，從而節省大量的人力、物力，大大提高了效率。

4 智能電網衛星網絡傳輸系統的結構

4.1 數據采集系統

數據采集系統是本套系統的核心之一，它主要由廣域測量系統和網絡節點控制器組成，工作流程如圖1所示。

廣域測量系統（Wide Area Measurement System，WAMS）是以同步向量測量技術為基礎，以電力系統動態過程檢測、分析和控制為目標的實時監控系統。WAMS具有異地高精度同步向量測量、高速通信和快速反應等技術特點，非常適合對大跨度電網尤其是我國互聯電網的動態過程進行實時監控。

網絡節點控制器能將采集到的數據信息發送到北斗二代衛星。此外，網絡節點控制器上具有ZigBee模塊，附加的Zig－Bee模塊是一個本地物聯網接口，通過ZigBee模塊可以接收其他設備的工作狀態信息，同樣這些數據信息也能發送到北斗二代衛星。網絡節點控制器采用電池供電，也可以另行加裝太陽能供電模塊，以實現太陽能供電。

4.2 通信傳輸系統

通信傳輸系統主要由北斗二代衛星、網絡節點控制器、網絡中心（由計算機與通信機組組成）等組成，工作流程如圖2所示。

圖2 通信傳輸系統工作流程圖

工作原理是：網絡節點控制器自帶有定位模塊，該模塊能夠采集設備所在位置的經度緯度信息，這些信息會與廣域測量系統采集的數據按一定協議進行組幀，并通過衛星短信模塊發送出去，北斗二代衛星接收網絡節點控制器發送的信息，并遠程傳輸到網絡中心［3］。

4.3 監控中心系統

監控中心系統由網絡控制器、路由器、中心計算機、公司內部服務器組成，工作流程如圖3所示。

圖3 監控中心系統工作流程圖

系統能夠接收遠端發來的數據，并對數據進行存儲、分析、處理、定位、監控等，還能通過相反的路徑實現對遠程設備的監控。

5 智能電網衛星網絡傳輸系統完整流程及應用軟件

上文對系統進行了解剖分析，接下來我們將對整個系統進行全面的分析。整個系統工作流程如圖4所示。

圖4 整個系統完整流程圖

整個系統中還涉及了兩款軟件，一款為可視化的傳感傳輸與控制系統軟件，另一款為安裝在網絡節點控制器上的監控軟件，兩款軟件間存在著緊密的聯系。

5.1 傳感傳輸與控制系統軟件

軟件的運行環境為 WindowsXP以上操作系統，軟件的開發環境為VisualStudio2010，開發語言為C#。本軟件能夠對接收的數據進行存儲、分析、監控、定位，也能向外發送數據、文檔、文件夾，實現雙向監控。軟件控制流程如圖5所示。

圖5 軟件控制流程圖

數據流程（運用了TCP／IP傳輸層協議UDP）如圖6所示。

圖6 數據流程圖

5.2 監控軟件

智能電網衛星網絡傳輸系統包括軟件更新步驟、傳輸驗證步驟。在各個遠程網絡節點控制器上運行有監控軟件，該監控軟件中設有運行控制部件、寫入控制部件、節點網絡部件。監控軟件更新步驟中，新生成的新版本串口通信程序通過衛星遠程星型網絡傳送到指定網絡節點控制器，網絡節點控制器將接收到的新版本串口通信程序通過寫入控制部件寫入運行控制部件中，運行控制部件控制當前運行的串口通信程序為最新版本。傳輸驗證步驟中，監控中心通過衛星遠程星型網絡發出更新軟件數據包至監控軟件，節點網絡部件驗證更新軟件數據包的運行情況，若運行正常，提示軟件更新成功；若運行有誤，相應的遠程節點進入報警提示狀態并重新回到軟件更新步驟或返回原運行串口通信程序狀態。上述傳輸驗證步驟采用觸發式啟動，當寫入控制部件將新版本串口通信程序寫入運行控制部件后，寫入控制部件向監控中心發送第一確認消息，監控中心收到第一確認消息后開始發送更新軟件數據包。進而，節點網絡部件驗證更新軟件數據包的運行情況，若運行正常，向監控中心發送第二確認消息，提示軟件更新成功［4］。二者之間的關系流程如圖7所示。

圖7 軟件之間的關系流程圖

6 結語

總而言之，由于智能電網衛星網絡傳輸系統涉及的領域十分廣泛，未來應用前景不可估量，所以，對智能電網衛星網絡傳輸系統的研究必不可少。雖然現在還處于起步階段，有些技術還需要不斷地完善，但我們會竭盡所能，力求打造出完美而又實用的智能電網衛星網絡傳輸系統。當然，我們還會不斷努力創新，力求滿足廣大顧客的需求。

［1］陳開達，成竹，劉宇翔，等.淺談智能變電站的智能監測系統［J］.科技視界，2014（35）

［2］郭琳.智能變電站通信網絡的傳輸研究［D］.成都：成都理工大學，2012

［3］王鶴.衛星網絡傳輸協議性能優化技術研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業大學，2009

［4］霍司天.智能輸電網信息安全技術研究［D］.北京：華北電力大學，2011