基于北斗衛(wèi)星傳輸?shù)男畔⒉杉c監(jiān)控系統(tǒng)研究與應(yīng)用

湯偉　劉路登　程小雅

(1.安徽電力調(diào)度控制中心,安徽合肥　230022;2.安徽繼遠(yuǎn)電網(wǎng)技術(shù)有限責(zé)任公司,安徽合肥　230088)

基于北斗衛(wèi)星傳輸?shù)男畔⒉杉c監(jiān)控系統(tǒng)研究與應(yīng)用

湯偉1劉路登1程小雅2

(1.安徽電力調(diào)度控制中心,安徽合肥230022;2.安徽繼遠(yuǎn)電網(wǎng)技術(shù)有限責(zé)任公司,安徽合肥230088)

由于當(dāng)前經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展用電負(fù)荷急劇增加,迫切要求提高電力傳輸能力,而輸電走廊的分布環(huán)境及地理位置是影響輸電線路數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)年P(guān)鍵因素,針對(duì)北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸特性,能夠在保證數(shù)據(jù)安全前提下快速、有效地處理并傳輸數(shù)據(jù),提出基于北斗衛(wèi)星傳輸?shù)男畔⒉杉c監(jiān)控系統(tǒng),開發(fā)了北斗通信系統(tǒng)軟硬件及數(shù)據(jù)接口,同時(shí)建立了信息采集監(jiān)控與傳輸系統(tǒng),并在安徽電網(wǎng)220千伏谷南2C19線利用北斗系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)傳輸,全面提高了電網(wǎng)運(yùn)行的靈活性和安全可靠性。

輸電線路北斗通信衛(wèi)星數(shù)據(jù)接口

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，用電負(fù)荷也急劇增加，迫切需要提高電網(wǎng)輸送容量。由于投資建設(shè)新的輸電線路綜合考慮因素較多，實(shí)施難度較大，同時(shí)受到輸電走廊和環(huán)保的限制，新建輸電線路不是提高輸送容量的最優(yōu)選擇。如何在保證電網(wǎng)安全和可靠性的前提下提高現(xiàn)有線路的輸送容量是近年來(lái)電力公司關(guān)注的重點(diǎn)之一。

由于輸電走廊的位置分布較廣，部分線路分布在偏遠(yuǎn)地區(qū)，加大了監(jiān)測(cè)管理難度。同時(shí)從信息安全性角度，普通的信息采集傳輸通道安全性能較差，對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行造成不利影響。北斗是我國(guó)獨(dú)立自主建立的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)[1]，其特有的雙向短信通信功能是GPS不具備的，且適用于大范圍監(jiān)控管理和通信不發(fā)達(dá)地區(qū)數(shù)據(jù)采集傳輸應(yīng)用[2]，同時(shí)能夠滿足信息及時(shí)性和安全性要求高的調(diào)度監(jiān)控要求[3]。本文在之前研究基礎(chǔ)上建立了一種多要素微氣象測(cè)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并通過(guò)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳輸，最終在省調(diào)D5000系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和調(diào)控，該系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)自組織、自配置、自維護(hù)等特點(diǎn)，有效提高了對(duì)輸電線路監(jiān)測(cè)以及數(shù)據(jù)處理的快速性、有效性和靈活性。

1　輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

圖1　輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

圖2　基于北斗衛(wèi)星傳輸?shù)姆植际叫畔⒉杉c監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)首先通過(guò)安裝在輸電線路上的在線監(jiān)測(cè)裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微氣象因素及導(dǎo)線溫度[4]，然后通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至控制中心平臺(tái)。為滿足供電需求，控制中心根據(jù)在線增容策略，有效、安全地調(diào)整線路輸電容量。輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，主要包括負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集的在線監(jiān)測(cè)裝置和監(jiān)控管理平臺(tái)省調(diào)D5000中的SDACA系統(tǒng)構(gòu)成，其中，數(shù)據(jù)采集終端和省調(diào)D5000平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)傳輸采用北斗衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)。輸電線路的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)高壓輸電線路走廊局部環(huán)境的風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、濕度、氣壓、雨量、光輻射等7個(gè)微氣象要素及雙路導(dǎo)線溫度。

2　基于北斗衛(wèi)星傳輸?shù)年P(guān)鍵信息采集與監(jiān)控系統(tǒng)

基于北斗衛(wèi)星傳輸?shù)年P(guān)鍵信息采集與監(jiān)控系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵通道，確保數(shù)據(jù)的安全可靠及有效地傳輸。

2.1系統(tǒng)組成

基于北斗衛(wèi)星傳輸?shù)男畔⒉杉c監(jiān)控系統(tǒng)圖2所示，由主站側(cè)通信管理服務(wù)器，北斗衛(wèi)星指揮機(jī)，北斗衛(wèi)星用戶機(jī)，廠站側(cè)智能采集監(jiān)控終端(AVC-5000ETU)四部分組成。

(1)廠站側(cè)智能監(jiān)控終端(AVC-5000ETU):智能監(jiān)控終端分布安裝在廠站端現(xiàn)場(chǎng)(室內(nèi))，可采集開關(guān)量信號(hào)(遙信)、交流電流信號(hào)(遙測(cè))、交流電壓信號(hào)(遙測(cè))、直流電流信號(hào)(遙測(cè))，可輸出開關(guān)量信號(hào)(遙控)、直流電流信號(hào)(遙調(diào))。AVC-5000ETU針對(duì)通信傳輸距離和質(zhì)量，從原先的RS-232/485升級(jí)到RS-422，在保證抗干擾能力的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離(＞200米)全雙工通信。

圖3　軟件結(jié)構(gòu)三層架構(gòu)圖

圖4　輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能展示圖

圖5　2014年7月1日0點(diǎn)0分至23點(diǎn)59分線路風(fēng)速

圖6　2014年7月1日0點(diǎn)0分至23點(diǎn)59分線路電流數(shù)據(jù)

(2)北斗衛(wèi)星用戶機(jī):用戶機(jī)安裝在廠站端監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)(室外)，通過(guò)串口(RS-422)與監(jiān)控終端實(shí)現(xiàn)雙向通信，通過(guò)無(wú)線與北斗衛(wèi)星進(jìn)行雙向通信，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控信息的轉(zhuǎn)發(fā)。用戶機(jī)內(nèi)置信息加密/解密模塊、發(fā)送/接收模塊、IC卡，采用工業(yè)級(jí)元器件，全密封防水處理，可適應(yīng)各種惡劣氣候。

(3)北斗衛(wèi)星指揮機(jī):指揮機(jī)安裝在電力調(diào)度中心主站端(室外)，通過(guò)串口(RS-422)與通信服務(wù)器實(shí)現(xiàn)雙向通信，通過(guò)無(wú)線與北斗衛(wèi)星進(jìn)行雙向通信，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控信息的轉(zhuǎn)發(fā)。

(4)數(shù)據(jù)通信服務(wù)器:通信服務(wù)器安裝在電力調(diào)度中心主站端(室內(nèi))，通過(guò)串口(RS-422)與指揮機(jī)實(shí)現(xiàn)雙向通信，通過(guò)網(wǎng)口與EMS系統(tǒng)通信。主要用于監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的接收、前置處理和下發(fā)。通信服務(wù)器接收到指揮機(jī)發(fā)送的監(jiān)控信息后，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)規(guī)整處理，存放入本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。ESM系統(tǒng)可以隨時(shí)通過(guò)召喚命令讀取數(shù)據(jù)，也可以下發(fā)設(shè)定值。

2.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

基于北斗衛(wèi)星傳輸?shù)年P(guān)鍵信息采集與監(jiān)控系統(tǒng)由主站系統(tǒng)和子站系統(tǒng)組成，主站系統(tǒng)主要由服務(wù)器和北斗衛(wèi)星指揮機(jī)構(gòu)成，服務(wù)器與指揮機(jī)通過(guò)串口RS-422實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集，與電能管理系統(tǒng)通過(guò)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)的方式完成數(shù)據(jù)交互，與能量管理系統(tǒng)(EMS)通過(guò)IEC60870-5-104規(guī)約通信[5]。主站服務(wù)器系統(tǒng)采用Linux redhat 9. 0操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)采用商用Linux Oracel 9i版本。子站主要由北斗用戶機(jī)和智能信息采集終端組成，智能信息采集終端完成對(duì)廠站的各個(gè)機(jī)組的有功、無(wú)功及電度量等信息采集，通過(guò)北斗通信將數(shù)據(jù)發(fā)送到主站。

2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件采用經(jīng)典的三層架構(gòu)系統(tǒng)如圖3所示，整個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用劃分為:表現(xiàn)層(U I)、業(yè)務(wù)邏輯層(BLL)、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層(DAL)。①表現(xiàn)層(U I):展現(xiàn)給用戶的人機(jī)界面，顯示采集數(shù)據(jù)上傳的實(shí)時(shí)信息，包括生成報(bào)表、曲線等的GUI界面;②業(yè)務(wù)邏輯層(BLL):根據(jù)顯示界面的操作，完成對(duì)采集信息的管理，包括對(duì)信息分類、統(tǒng)計(jì)查詢、生成報(bào)表、曲線等功能;③數(shù)據(jù)訪問(wèn)層(DAL):該層所做事務(wù)直接操作數(shù)據(jù)庫(kù)，針對(duì)數(shù)據(jù)的增添、刪除、修改、更新、查找等，包括與能量管理系統(tǒng)(EMS)的通信接口、與電能質(zhì)量服務(wù)器的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)接口、與北斗指揮機(jī)的通信接口和本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)管理。

2.4主站服務(wù)器接口設(shè)計(jì)

主站服務(wù)器設(shè)計(jì)了四個(gè)接口，分別為主站服務(wù)器與EMS接口、主站服務(wù)器與電量管理系統(tǒng)接口、主站服務(wù)器與北斗指揮機(jī)接口及主站服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)接口。

主站服務(wù)器與能量管理系統(tǒng)(EMS)接口采用IEC60870-5-104規(guī)約通信[6]，可以向主站服務(wù)器下發(fā)遙控和遙調(diào)命令，主站服務(wù)器通過(guò)北斗衛(wèi)星指揮機(jī)向分布式水電站的對(duì)應(yīng)的各子站轉(zhuǎn)發(fā)相應(yīng)的命令，EMS實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式水電站的遙控及遙調(diào)功能。

主站服務(wù)器與電量管理系統(tǒng)服務(wù)器接口，采用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)的方式，主站服務(wù)器通過(guò)配置對(duì)應(yīng)的參數(shù)，遠(yuǎn)程連接電量管理系統(tǒng)服務(wù)器，直接將線路的電量數(shù)據(jù)寫入電量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)[7]。

主站服務(wù)器通過(guò)對(duì)北斗衛(wèi)星指揮機(jī)接口協(xié)議的解析，獲取所監(jiān)測(cè)線路有功、無(wú)功和電度量等信息。

主站服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)采用商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)oracle 9i，數(shù)據(jù)庫(kù)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)下屬各個(gè)子站的有功、無(wú)功和電能量信息的管理，以及歷史數(shù)據(jù)管理和生成報(bào)表等功能。

3　應(yīng)用實(shí)例

選取安徽電網(wǎng)220千伏谷南2C19線及蔡八2741線作為應(yīng)用對(duì)象，輸電線路導(dǎo)線溫度與微氣象在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝在線路上，與北斗終端通過(guò)有線485線通訊，通訊正常;北斗終端安裝在谷嶺變控制室GPRS對(duì)時(shí)屏內(nèi)，天線安裝在控制室屋頂，與主站正常通訊。采集的導(dǎo)線溫度和微氣象數(shù)據(jù)上傳至省調(diào)信息采集與監(jiān)控主站，位于信息Ⅰ區(qū)，該系統(tǒng)與EMS和電量采集系統(tǒng)具有通信接口，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

圖4為輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在D5000上的功能展示圖，圖中可看到谷南2C19線某一時(shí)刻的導(dǎo)線溫度，實(shí)際電流值，環(huán)境溫度、濕度，降雨量等信息。圖5圖6分別為2014年7月1日0點(diǎn)0分至23點(diǎn)59分的線路風(fēng)速及電流采集數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通過(guò)北斗通訊傳輸滿足了對(duì)信息的及時(shí)性和安全性高標(biāo)準(zhǔn)要求，有效提高了對(duì)輸電線路監(jiān)測(cè)以及數(shù)據(jù)處理的快速性、有效性和靈活性。

4　結(jié)語(yǔ)

本文在以前研究基礎(chǔ)上將在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與北斗通信結(jié)合，開發(fā)系統(tǒng)軟硬件及數(shù)據(jù)接口，利用北斗通信傳輸監(jiān)測(cè)的導(dǎo)線電流及線路環(huán)境因素，保證輸電線路安全前提下，提高了輸電效率，有效支撐電力二次系統(tǒng)的各項(xiàng)應(yīng)用。

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[2]歐健,北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)及應(yīng)急監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J],環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù),2011(4):22-25.

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湯偉(1978—),男,漢族,安徽含山人,碩士,高級(jí)工程師,研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)運(yùn)行分析和控制。