智能电网卫星网络传输系统研究

2015-03-14宋心龙

机电信息 2015年12期

宋心龙贺群朱彬刘君

（1.人民电器集团上海有限公司，上海201808；2.上海航天电子有限公司，上海201821）

0 引言

随着科技的发展和人民物质生活水平的提高，电力供应量日益增加，现代电力正向着高电压、大容量的方向快速发展，传统电力系统的安全性、稳定性、可靠性、电能质量、应对突发事故和灾难的能力等越来越难以满足现实的需求。智能电网技术的出现和不断发展，将会对人民生活水平的提高和社会经济的发展起到至关重要的作用。

1 智能电网卫星网络传输系统的基本原理

智能电网卫星网络传输系统是人民电器集团上海有限公司和上海航天电子有限公司共同研发的，系统拥有当前各领域先进技术支持，在国内处于领先水平。

本套系统的最大优势就是利用了北斗二代卫星进行定位、精确授时，其主要由3个子系统组成：数据采集系统、通信传输系统、监控中心系统［1］。数据采集系统能够大量地采集监控设备的工作数据、环境数据，并对数据组帧、调制，通过天线以无线信号的形式把数据发送出去。数据采集系统由嵌入式系统组成，监控中心可以远程更新运行于嵌入式系统中的程序。

2 智能电网卫星网络传输系统的影响因素及改善措施

2.1 影响因素

受环境、地理等外界因素影响，无法单纯通过线路来实现远程通信，即使能够通过线路实现，但远距离的线路铺设维护费用将是巨大的。

2.2 改善措施

在通信传输系统中，我们运用北斗二代卫星作为中继站，实现数据远程传输。监控中心系统能准确地接收卫星传输的数据，并进行存储、分析、监控；此外，公司自主开发的可视化传感传输与控制系统软件，能够对接收的数据进行存储、分析、监控、定位，也能向外发送数据、文档、文件，实现双向监控［2］。

3 智能电网卫星网络传输系统具备的优势

智能电网卫星网络传输系统很好地利用了卫星的中继功能，可以安全有效地实现信息的远程传输，而不受环境、地理等外界因素的影响。而且，系统之所以选择卫星通信，除了覆盖范围广外，还有稳定可靠的特性，相对于其他无线通信方式而言，在战争等意外状况发生时，也能确保系统的正常运行，这也是我们选择卫星通信的根本原因。此外，本套系统结合了当前先进的广域测量系统，可以高效准确地采集大量的数据，为整套系统的实现提供了核心技术保障。当然，本套系统离不开公司自主开发的可视化传感传输与控制系统软件，该款软件能够对接收到的数据进行存储、分析、处理、定位、监控，也能够发送数据、文档、文件夹等，是实现双向监控的基础。

智能电网卫星网络传输系统的出现，对于传统的制造业而言无非是巨大的福音。作为本套系统的拥有者之一，本公司能够为广大厂商提供智能电网卫星网络传输系统服务，合作过程中，我们将会提供全面的技术支持、令人满意的售后服务；系统运用方面，客户能够根据自己的需求，为设备安装上这套系统，不管设备所处环境、地理条件如何，只要在卫星覆盖范围内，客户都能有效地对设备进行实时监控，一旦设备出现什么故障，客户能通过分析数据、定位快速找出故障，并通过远程控制排除故障。如此一来，就可以在很短的时间内排除故障，而不需要通过大量的人工测试来查找，从而节省大量的人力、物力，大大提高了效率。

4 智能电网卫星网络传输系统的结构

4.1 数据采集系统

数据采集系统是本套系统的核心之一，它主要由广域测量系统和网络节点控制器组成，工作流程如图1所示。

广域测量系统（Wide Area Measurement System，WAMS）是以同步向量测量技术为基础，以电力系统动态过程检测、分析和控制为目标的实时监控系统。WAMS具有异地高精度同步向量测量、高速通信和快速反应等技术特点，非常适合对大跨度电网尤其是我国互联电网的动态过程进行实时监控。

网络节点控制器能将采集到的数据信息发送到北斗二代卫星。此外，网络节点控制器上具有ZigBee模块，附加的Zig－Bee模块是一个本地物联网接口，通过ZigBee模块可以接收其他设备的工作状态信息，同样这些数据信息也能发送到北斗二代卫星。网络节点控制器采用电池供电，也可以另行加装太阳能供电模块，以实现太阳能供电。

4.2 通信传输系统

通信传输系统主要由北斗二代卫星、网络节点控制器、网络中心（由计算机与通信机组组成）等组成，工作流程如图2所示。

图2 通信传输系统工作流程图

工作原理是：网络节点控制器自带有定位模块，该模块能够采集设备所在位置的经度纬度信息，这些信息会与广域测量系统采集的数据按一定协议进行组帧，并通过卫星短信模块发送出去，北斗二代卫星接收网络节点控制器发送的信息，并远程传输到网络中心［3］。

4.3 监控中心系统

监控中心系统由网络控制器、路由器、中心计算机、公司内部服务器组成，工作流程如图3所示。

图3 监控中心系统工作流程图

系统能够接收远端发来的数据，并对数据进行存储、分析、处理、定位、监控等，还能通过相反的路径实现对远程设备的监控。

5 智能电网卫星网络传输系统完整流程及应用软件

上文对系统进行了解剖分析，接下来我们将对整个系统进行全面的分析。整个系统工作流程如图4所示。

图4 整个系统完整流程图

整个系统中还涉及了两款软件，一款为可视化的传感传输与控制系统软件，另一款为安装在网络节点控制器上的监控软件，两款软件间存在着紧密的联系。

5.1 传感传输与控制系统软件

软件的运行环境为 WindowsXP以上操作系统，软件的开发环境为VisualStudio2010，开发语言为C#。本软件能够对接收的数据进行存储、分析、监控、定位，也能向外发送数据、文档、文件夹，实现双向监控。软件控制流程如图5所示。

图5 软件控制流程图

数据流程（运用了TCP／IP传输层协议UDP）如图6所示。

图6 数据流程图

5.2 监控软件

智能电网卫星网络传输系统包括软件更新步骤、传输验证步骤。在各个远程网络节点控制器上运行有监控软件，该监控软件中设有运行控制部件、写入控制部件、节点网络部件。监控软件更新步骤中，新生成的新版本串口通信程序通过卫星远程星型网络传送到指定网络节点控制器，网络节点控制器将接收到的新版本串口通信程序通过写入控制部件写入运行控制部件中，运行控制部件控制当前运行的串口通信程序为最新版本。传输验证步骤中，监控中心通过卫星远程星型网络发出更新软件数据包至监控软件，节点网络部件验证更新软件数据包的运行情况，若运行正常，提示软件更新成功；若运行有误，相应的远程节点进入报警提示状态并重新回到软件更新步骤或返回原运行串口通信程序状态。上述传输验证步骤采用触发式启动，当写入控制部件将新版本串口通信程序写入运行控制部件后，写入控制部件向监控中心发送第一确认消息，监控中心收到第一确认消息后开始发送更新软件数据包。进而，节点网络部件验证更新软件数据包的运行情况，若运行正常，向监控中心发送第二确认消息，提示软件更新成功［4］。二者之间的关系流程如图7所示。