基于北斗卫星传输的信息采集与监控系统研究与应用
【摘 要】 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。
【关键词】 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。
1 输电线路在线监测系统组成
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。
（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（UI）、业务逻辑层（BLL）、数据访问层（DAL）。①表现层（UI）：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
4 结语
本文在以前研究基础上将在线监测系统与北斗通信结合，开发系统软硬件及数据接口，利用北斗通信传输监测的导线电流及线路环境因素，保证输电线路安全前提下，提高了输电效率，有效支撑电力二次系统的各项应用。
参考文献：
[3]孙超齐，宋秉龙.基于北斗二代的车辆监控系统研究与应用[J]. 计算技术与信息发展，2012，10（7）：77-78.
[6]鲍克勤.通信规约测试系统的设计与应用[J].上海电力学院学报，2007（03）： 244-246.
[7]王伟峰.对《电力负荷管理系统数据传输规约》内容的讨论[J].电力系统自动化，2006（06）.