基于北斗卫星传输的信息采集与监控系统研究与应用

2015-12-03汤伟刘路登程小雅

中国科技纵横 2015年3期

关键词：北斗服务器卫星

汤伟　刘路登　程小雅

(1.安徽电力调度控制中心,安徽合肥　230022;2.安徽继远电网技术有限责任公司,安徽合肥　230088)

基于北斗卫星传输的信息采集与监控系统研究与应用

汤伟1刘路登1程小雅2

(1.安徽电力调度控制中心,安徽合肥230022;2.安徽继远电网技术有限责任公司,安徽合肥230088)

由于当前经济快速发展用电负荷急剧增加,迫切要求提高电力传输能力,而输电走廊的分布环境及地理位置是影响输电线路数据信息传输的关键因素,针对北斗卫星数据传输特性,能够在保证数据安全前提下快速、有效地处理并传输数据,提出基于北斗卫星传输的信息采集与监控系统,开发了北斗通信系统软硬件及数据接口,同时建立了信息采集监控与传输系统,并在安徽电网220千伏谷南2C19线利用北斗系统进行数据信息实时传输,全面提高了电网运行的灵活性和安全可靠性。

输电线路北斗通信卫星数据接口

随着我国经济的快速增长，用电负荷也急剧增加，迫切需要提高电网输送容量。由于投资建设新的输电线路综合考虑因素较多，实施难度较大，同时受到输电走廊和环保的限制，新建输电线路不是提高输送容量的最优选择。如何在保证电网安全和可靠性的前提下提高现有线路的输送容量是近年来电力公司关注的重点之一。

由于输电走廊的位置分布较广，部分线路分布在偏远地区，加大了监测管理难度。同时从信息安全性角度，普通的信息采集传输通道安全性能较差，对电网安全稳定运行造成不利影响。北斗是我国独立自主建立的卫星导航系统[1]，其特有的双向短信通信功能是GPS不具备的，且适用于大范围监控管理和通信不发达地区数据采集传输应用[2]，同时能够满足信息及时性和安全性要求高的调度监控要求[3]。本文在之前研究基础上建立了一种多要素微气象测量监测系统，并通过北斗卫星导航系统进行数据信息传输，最终在省调D5000系统进行数据存储和调控，该系统具有动态自组织、自配置、自维护等特点，有效提高了对输电线路监测以及数据处理的快速性、有效性和灵活性。

1　输电线路在线监测系统组成

图1　输电线路在线监测系统总体结构图

图2　基于北斗卫星传输的分布式信息采集与监控系统拓扑图

在线监测系统首先通过安装在输电线路上的在线监测装置实时监测微气象因素及导线温度[4]，然后通过无线网络将监测数据传输至控制中心平台。为满足供电需求，控制中心根据在线增容策略，有效、安全地调整线路输电容量。输电线路在线监测系统总体结构图如图1所示，主要包括负责数据采集的在线监测装置和监控管理平台省调D5000中的SDACA系统构成，其中，数据采集终端和省调D5000平台之间的数据传输采用北斗卫星传输系统。输电线路的在线监测系统主要监测高压输电线路走廊局部环境的风速、风向、气温、湿度、气压、雨量、光辐射等7个微气象要素及双路导线温度。

2　基于北斗卫星传输的关键信息采集与监控系统

基于北斗卫星传输的关键信息采集与监控系统作为数据传输的关键通道，确保数据的安全可靠及有效地传输。

2.1系统组成

基于北斗卫星传输的信息采集与监控系统图2所示，由主站侧通信管理服务器，北斗卫星指挥机，北斗卫星用户机，厂站侧智能采集监控终端(AVC-5000ETU)四部分组成。

(1)厂站侧智能监控终端(AVC-5000ETU):智能监控终端分布安装在厂站端现场(室内)，可采集开关量信号(遥信)、交流电流信号(遥测)、交流电压信号(遥测)、直流电流信号(遥测)，可输出开关量信号(遥控)、直流电流信号(遥调)。AVC-5000ETU针对通信传输距离和质量，从原先的RS-232/485升级到RS-422，在保证抗干扰能力的基础上，实现长距离(＞200米)全双工通信。

图3　软件结构三层架构图

图4　输电线路在线监测系统功能展示图

图5　2014年7月1日0点0分至23点59分线路风速

图6　2014年7月1日0点0分至23点59分线路电流数据

(2)北斗卫星用户机:用户机安装在厂站端监控现场(室外)，通过串口(RS-422)与监控终端实现双向通信，通过无线与北斗卫星进行双向通信，实现监控信息的转发。用户机内置信息加密/解密模块、发送/接收模块、IC卡，采用工业级元器件，全密封防水处理，可适应各种恶劣气候。

(3)北斗卫星指挥机:指挥机安装在电力调度中心主站端(室外)，通过串口(RS-422)与通信服务器实现双向通信，通过无线与北斗卫星进行双向通信，实现监控信息的转发。

(4)数据通信服务器:通信服务器安装在电力调度中心主站端(室内)，通过串口(RS-422)与指挥机实现双向通信，通过网口与EMS系统通信。主要用于监控数据的接收、前置处理和下发。通信服务器接收到指挥机发送的监控信息后，经过数据规整处理，存放入本地数据库。ESM系统可以随时通过召唤命令读取数据，也可以下发设定值。

2.2系统硬件设计

基于北斗卫星传输的关键信息采集与监控系统由主站系统和子站系统组成，主站系统主要由服务器和北斗卫星指挥机构成，服务器与指挥机通过串口RS-422实现数据收集，与电能管理系统通过远程数据库的方式完成数据交互，与能量管理系统(EMS)通过IEC60870-5-104规约通信[5]。主站服务器系统采用Linux redhat 9. 0操作系统，数据库采用商用Linux Oracel 9i版本。子站主要由北斗用户机和智能信息采集终端组成，智能信息采集终端完成对厂站的各个机组的有功、无功及电度量等信息采集，通过北斗通信将数据发送到主站。

2.3系统软件设计

软件采用经典的三层架构系统如图3所示，整个业务应用划分为:表现层(U I)、业务逻辑层(BLL)、数据访问层(DAL)。①表现层(U I):展现给用户的人机界面，显示采集数据上传的实时信息，包括生成报表、曲线等的GUI界面;②业务逻辑层(BLL):根据显示界面的操作，完成对采集信息的管理，包括对信息分类、统计查询、生成报表、曲线等功能;③数据访问层(DAL):该层所做事务直接操作数据库，针对数据的增添、删除、修改、更新、查找等，包括与能量管理系统(EMS)的通信接口、与电能质量服务器的远程数据库访问接口、与北斗指挥机的通信接口和本地数据库管理。

2.4主站服务器接口设计

主站服务器设计了四个接口，分别为主站服务器与EMS接口、主站服务器与电量管理系统接口、主站服务器与北斗指挥机接口及主站服务器数据库接口。

主站服务器与能量管理系统(EMS)接口采用IEC60870-5-104规约通信[6]，可以向主站服务器下发遥控和遥调命令，主站服务器通过北斗卫星指挥机向分布式水电站的对应的各子站转发相应的命令，EMS实现对分布式水电站的遥控及遥调功能。

主站服务器与电量管理系统服务器接口，采用远程数据库访问的方式，主站服务器通过配置对应的参数，远程连接电量管理系统服务器，直接将线路的电量数据写入电量管理系统数据库[7]。

主站服务器通过对北斗卫星指挥机接口协议的解析，获取所监测线路有功、无功和电度量等信息。

主站服务器数据库采用商业数据库oracle 9i，数据库主要实现对下属各个子站的有功、无功和电能量信息的管理，以及历史数据管理和生成报表等功能。

3　应用实例

选取安徽电网220千伏谷南2C19线及蔡八2741线作为应用对象，输电线路导线温度与微气象在线监测系统安装在线路上，与北斗终端通过有线485线通讯，通讯正常;北斗终端安装在谷岭变控制室GPRS对时屏内，天线安装在控制室屋顶，与主站正常通讯。采集的导线温度和微气象数据上传至省调信息采集与监控主站，位于信息Ⅰ区，该系统与EMS和电量采集系统具有通信接口，能够进行数据交换。

图4为输电线路在线监测系统在D5000上的功能展示图，图中可看到谷南2C19线某一时刻的导线温度，实际电流值，环境温度、湿度，降雨量等信息。图5图6分别为2014年7月1日0点0分至23点59分的线路风速及电流采集数据。数据通过北斗通讯传输满足了对信息的及时性和安全性高标准要求，有效提高了对输电线路监测以及数据处理的快速性、有效性和灵活性。