智能電網(wǎng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)研究

宋心龍 賀 群 朱 彬 劉 君

（1.人民電器集團(tuán)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(fā)展和人民物質(zhì)生活水平的提高，電力供應(yīng)量日益增加，現(xiàn)代電力正向著高電壓、大容量的方向快速發(fā)展，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、可靠性、電能質(zhì)量、應(yīng)對(duì)突發(fā)事故和災(zāi)難的能力等越來(lái)越難以滿(mǎn)足現(xiàn)實(shí)的需求。智能電網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)和不斷發(fā)展，將會(huì)對(duì)人民生活水平的提高和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。

1 智能電網(wǎng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)的基本原理

智能電網(wǎng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)是人民電器集團(tuán)上海有限公司和上海航天電子有限公司共同研發(fā)的，系統(tǒng)擁有當(dāng)前各領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)支持，在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先水平。

本套系統(tǒng)的最大優(yōu)勢(shì)就是利用了北斗二代衛(wèi)星進(jìn)行定位、精確授時(shí)，其主要由3個(gè)子系統(tǒng)組成：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信傳輸系統(tǒng)、監(jiān)控中心系統(tǒng)［1］。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠大量地采集監(jiān)控設(shè)備的工作數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)組幀、調(diào)制，通過(guò)天線(xiàn)以無(wú)線(xiàn)信號(hào)的形式把數(shù)據(jù)發(fā)送出去。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由嵌入式系統(tǒng)組成，監(jiān)控中心可以遠(yuǎn)程更新運(yùn)行于嵌入式系統(tǒng)中的程序。

2 智能電網(wǎng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)的影響因素及改善措施

2.1 影響因素

受環(huán)境、地理等外界因素影響，無(wú)法單純通過(guò)線(xiàn)路來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，即使能夠通過(guò)線(xiàn)路實(shí)現(xiàn)，但遠(yuǎn)距離的線(xiàn)路鋪設(shè)維護(hù)費(fèi)用將是巨大的。

2.2 改善措施

在通信傳輸系統(tǒng)中，我們運(yùn)用北斗二代衛(wèi)星作為中繼站，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸。監(jiān)控中心系統(tǒng)能準(zhǔn)確地接收衛(wèi)星傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、監(jiān)控；此外，公司自主開(kāi)發(fā)的可視化傳感傳輸與控制系統(tǒng)軟件，能夠?qū)邮盏臄?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、監(jiān)控、定位，也能向外發(fā)送數(shù)據(jù)、文檔、文件，實(shí)現(xiàn)雙向監(jiān)控［2］。

3 智能電網(wǎng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)具備的優(yōu)勢(shì)

智能電網(wǎng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)很好地利用了衛(wèi)星的中繼功能，可以安全有效地實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)程傳輸，而不受環(huán)境、地理等外界因素的影響。而且，系統(tǒng)之所以選擇衛(wèi)星通信，除了覆蓋范圍廣外，還有穩(wěn)定可靠的特性，相對(duì)于其他無(wú)線(xiàn)通信方式而言，在戰(zhàn)爭(zhēng)等意外狀況發(fā)生時(shí)，也能確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行，這也是我們選擇衛(wèi)星通信的根本原因。此外，本套系統(tǒng)結(jié)合了當(dāng)前先進(jìn)的廣域測(cè)量系統(tǒng)，可以高效準(zhǔn)確地采集大量的數(shù)據(jù)，為整套系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了核心技術(shù)保障。當(dāng)然，本套系統(tǒng)離不開(kāi)公司自主開(kāi)發(fā)的可視化傳感傳輸與控制系統(tǒng)軟件，該款軟件能夠?qū)邮盏降臄?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、處理、定位、監(jiān)控，也能夠發(fā)送數(shù)據(jù)、文檔、文件夾等，是實(shí)現(xiàn)雙向監(jiān)控的基礎(chǔ)。

智能電網(wǎng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)的出現(xiàn)，對(duì)于傳統(tǒng)的制造業(yè)而言無(wú)非是巨大的福音。作為本套系統(tǒng)的擁有者之一，本公司能夠?yàn)閺V大廠(chǎng)商提供智能電網(wǎng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)服務(wù)，合作過(guò)程中，我們將會(huì)提供全面的技術(shù)支持、令人滿(mǎn)意的售后服務(wù)；系統(tǒng)運(yùn)用方面，客戶(hù)能夠根據(jù)自己的需求，為設(shè)備安裝上這套系統(tǒng)，不管設(shè)備所處環(huán)境、地理?xiàng)l件如何，只要在衛(wèi)星覆蓋范圍內(nèi)，客戶(hù)都能有效地對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦設(shè)備出現(xiàn)什么故障，客戶(hù)能通過(guò)分析數(shù)據(jù)、定位快速找出故障，并通過(guò)遠(yuǎn)程控制排除故障。如此一來(lái)，就可以在很短的時(shí)間內(nèi)排除故障，而不需要通過(guò)大量的人工測(cè)試來(lái)查找，從而節(jié)省大量的人力、物力，大大提高了效率。

4 智能電網(wǎng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

4.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是本套系統(tǒng)的核心之一，它主要由廣域測(cè)量系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器組成，工作流程如圖1所示。

廣域測(cè)量系統(tǒng)（Wide Area Measurement System，WAMS）是以同步向量測(cè)量技術(shù)為基礎(chǔ)，以電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程檢測(cè)、分析和控制為目標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。WAMS具有異地高精度同步向量測(cè)量、高速通信和快速反應(yīng)等技術(shù)特點(diǎn)，非常適合對(duì)大跨度電網(wǎng)尤其是我國(guó)互聯(lián)電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器能將采集到的數(shù)據(jù)信息發(fā)送到北斗二代衛(wèi)星。此外，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器上具有ZigBee模塊，附加的Zig－Bee模塊是一個(gè)本地物聯(lián)網(wǎng)接口，通過(guò)ZigBee模塊可以接收其他設(shè)備的工作狀態(tài)信息，同樣這些數(shù)據(jù)信息也能發(fā)送到北斗二代衛(wèi)星。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器采用電池供電，也可以另行加裝太陽(yáng)能供電模塊，以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能供電。

4.2 通信傳輸系統(tǒng)

通信傳輸系統(tǒng)主要由北斗二代衛(wèi)星、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器、網(wǎng)絡(luò)中心（由計(jì)算機(jī)與通信機(jī)組組成）等組成，工作流程如圖2所示。

圖2 通信傳輸系統(tǒng)工作流程圖

工作原理是：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器自帶有定位模塊，該模塊能夠采集設(shè)備所在位置的經(jīng)度緯度信息，這些信息會(huì)與廣域測(cè)量系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)按一定協(xié)議進(jìn)行組幀，并通過(guò)衛(wèi)星短信模塊發(fā)送出去，北斗二代衛(wèi)星接收網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器發(fā)送的信息，并遠(yuǎn)程傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)中心［3］。

4.3 監(jiān)控中心系統(tǒng)

監(jiān)控中心系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)控制器、路由器、中心計(jì)算機(jī)、公司內(nèi)部服務(wù)器組成，工作流程如圖3所示。

圖3 監(jiān)控中心系統(tǒng)工作流程圖

系統(tǒng)能夠接收遠(yuǎn)端發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、處理、定位、監(jiān)控等，還能通過(guò)相反的路徑實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備的監(jiān)控。

5 智能電網(wǎng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)完整流程及應(yīng)用軟件

上文對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了解剖分析，接下來(lái)我們將對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面的分析。整個(gè)系統(tǒng)工作流程如圖4所示。

圖4 整個(gè)系統(tǒng)完整流程圖

整個(gè)系統(tǒng)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(tǒng)軟件，另一款為安裝在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器上的監(jiān)控軟件，兩款軟件間存在著緊密的聯(lián)系。

5.1 傳感傳輸與控制系統(tǒng)軟件

軟件的運(yùn)行環(huán)境為 WindowsXP以上操作系統(tǒng)，軟件的開(kāi)發(fā)環(huán)境為VisualStudio2010，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言為C#。本軟件能夠?qū)邮盏臄?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、監(jiān)控、定位，也能向外發(fā)送數(shù)據(jù)、文檔、文件夾，實(shí)現(xiàn)雙向監(jiān)控。軟件控制流程如圖5所示。

圖5 軟件控制流程圖

數(shù)據(jù)流程（運(yùn)用了TCP／IP傳輸層協(xié)議UDP）如圖6所示。

圖6 數(shù)據(jù)流程圖

5.2 監(jiān)控軟件

智能電網(wǎng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)包括軟件更新步驟、傳輸驗(yàn)證步驟。在各個(gè)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器上運(yùn)行有監(jiān)控軟件，該監(jiān)控軟件中設(shè)有運(yùn)行控制部件、寫(xiě)入控制部件、節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)部件。監(jiān)控軟件更新步驟中，新生成的新版本串口通信程序通過(guò)衛(wèi)星遠(yuǎn)程星型網(wǎng)絡(luò)傳送到指定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制器將接收到的新版本串口通信程序通過(guò)寫(xiě)入控制部件寫(xiě)入運(yùn)行控制部件中，運(yùn)行控制部件控制當(dāng)前運(yùn)行的串口通信程序?yàn)樽钚掳姹尽鬏旘?yàn)證步驟中，監(jiān)控中心通過(guò)衛(wèi)星遠(yuǎn)程星型網(wǎng)絡(luò)發(fā)出更新軟件數(shù)據(jù)包至監(jiān)控軟件，節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)部件驗(yàn)證更新軟件數(shù)據(jù)包的運(yùn)行情況，若運(yùn)行正常，提示軟件更新成功；若運(yùn)行有誤，相應(yīng)的遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)進(jìn)入報(bào)警提示狀態(tài)并重新回到軟件更新步驟或返回原運(yùn)行串口通信程序狀態(tài)。上述傳輸驗(yàn)證步驟采用觸發(fā)式啟動(dòng)，當(dāng)寫(xiě)入控制部件將新版本串口通信程序?qū)懭脒\(yùn)行控制部件后，寫(xiě)入控制部件向監(jiān)控中心發(fā)送第一確認(rèn)消息，監(jiān)控中心收到第一確認(rèn)消息后開(kāi)始發(fā)送更新軟件數(shù)據(jù)包。進(jìn)而，節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)部件驗(yàn)證更新軟件數(shù)據(jù)包的運(yùn)行情況，若運(yùn)行正常，向監(jiān)控中心發(fā)送第二確認(rèn)消息，提示軟件更新成功［4］。二者之間的關(guān)系流程如圖7所示。

圖7 軟件之間的關(guān)系流程圖

6 結(jié)語(yǔ)

總而言之，由于智能電網(wǎng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)涉及的領(lǐng)域十分廣泛，未來(lái)應(yīng)用前景不可估量，所以，對(duì)智能電網(wǎng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)的研究必不可少。雖然現(xiàn)在還處于起步階段，有些技術(shù)還需要不斷地完善，但我們會(huì)竭盡所能，力求打造出完美而又實(shí)用的智能電網(wǎng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)。當(dāng)然，我們還會(huì)不斷努力創(chuàng)新，力求滿(mǎn)足廣大顧客的需求。

［1］陳開(kāi)達(dá)，成竹，劉宇翔，等.淺談智能變電站的智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［J］.科技視界，2014（35）

［2］郭琳.智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸研究［D］.成都：成都理工大學(xué)，2012

［3］王鶴.衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議性能優(yōu)化技術(shù)研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2009

［4］霍司天.智能輸電網(wǎng)信息安全技術(shù)研究［D］.北京：華北電力大學(xué)，2011