基于北斗卫星短报文通信技术的新能源发电场站区域集中监控平台建设方案研究
朱晓东
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朱晓东,. 基于北斗卫星短报文通信技术的新能源发电场站区域集中监控平台建设方案研究[J]. 中国能源进展,202312. DOI:10.12721/ccn.2023.157102.
摘要: 近年来,我国新能源发电场站装机规模不断提升,但受设备占地面积、噪声及环境等问题的影响,发电场站建设地点由城市转向沙漠戈壁等地理位置偏远的地区,由陆上转向海上,由集中式转向分布式,增加了对发电场站的设备及运行情况监视与控制的难度,传统的集中监控技术已无法满足当前新能源发电场站的集中运维管理需求。为此,本文针对区域所辖范围内新能源场站,提出一种基于北斗卫星短报文通信技术的新能源发电场站集中监控平台建设的设计方案,实现更具安全性、稳定性、经济性的区域新能源发电场站的集中监控。
关键词: 北斗通信;新能源场站;集中监控系统
DOI:10.12721/ccn.2023.157102
基金资助:

1区域集中监控面临的问题

我国西藏、新疆、内蒙古、青海等地理位置偏远地区新能源资源丰富,有太阳能、风能、水能、生物质能、地热能等,这些资源的合理开发和利用对于推动当地的能源转型和实现可持续发展具有重要意义。但由于地理位置偏远,呈现地域广阔、地形复杂、人口分布稀疏、气候多变、施工环境恶劣等特点,区域集中监控所需的通信基础设施建设需要投入大量的人力和物力,包括基站、光缆、电力电缆等建设,存在运营成本高,施工难度大,网络的覆盖和信号的传输稳定性与可靠性差等问题。

2北斗卫星通信技术的优势

北斗卫星通信系统是中国自主研发的卫星导航和定位系统,已广泛应用于交通运输、海洋渔业、农田作业、灾害应急响应以及环境监测等多种领域中,提供多样化的通信服务。在电力监控应用领域,北斗通信技术多应用在电力应急响应场景中,为紧急情况下的电力监测与调度、电力故障快速定位、电力设备远程控制等业务操作提供通信服务。北斗卫星通信技术具备以下优势:

1.广域覆盖特性:北斗卫星通信系统已具备全球覆盖能力,可在偏远的山区、海洋、沙漠等无信号或信号极弱的地方为用户提供稳定的通信服务。

2.高精度定位特性:北斗卫星通信技术可通过多颗卫星的地面测控系统和接收机叠加定位,全球范围水平定位精度可达毫秒级测量。

3.安全传输特性:传输数据采用了对称加密算法,确保数据传输的安全性。同时,北斗卫星通信系统采用多星冗余、多频冗余,卫星发生故障时可快速切换。

4.抗干扰特性:卫星通信不易受到地面设施故障、天气条件等因素影响,可保持持续稳定的通信连接。

5.短报文通信特性:北斗卫星通信系统具有短报文通信服务,北斗短报文通信终端设备成本随着短报文同能力提升而降低,逐步迈入消费级市场水平。

3区域集中监控平台主要建设内容

区域集中监控平台主要由系统平台硬件、系统应用功能软件、数据采集及交互接口等部分组成。北斗卫星通信短报文通信技术作为通信传输的手段,实现区域集控中心与各站点的数据通信,并确保数据的安全可靠及有效地传输。

3.1系统平台硬件

区域集控中心侧配置数据处理及通信管理主机、北斗卫星指挥机;各站点侧配置北斗卫星用户机、智能采集监控终端。

其中,北斗卫星指挥机安装在区域集控中心侧,通过RS-422串口与数据处理及通信管理主机连接,实现双向通信;通过无线网络与北斗卫星进行双向通信,实时接收监控数据与信息、发送控制指令等。北斗卫星用户机安装在各站点监控现场,通过RS-422串口与监控终端连接,实现双向通信;通过无线网络与北斗卫星进行双向通信,实时发送监控数据与信息。用户机应具备信息加密/解密功能,并采用工业级元器件,具有良好的密闭性及防水性,能够适应各种恶劣天气及环境。

3.2系统应用功能软件

系统应用功能软件架构采用三层架构,包括人机界面、业务管理、数据访问三个层,主要应用功能包括:

遥测功能:接收各个站点的遥测信号,包括电流、电压、有功功率、无功功率等电气量的实时监测。

遥信功能:接收各个站点的遥信信号,包括开关状态、保护动作信号、故障指示信号等重要信息。

遥控功能:实现对各个站点的断路器、隔离开关等设备进行远程操作与控制。

遥调功能:实现对各个站点的设备参数进行远程调整。

遥视功能:接收各个站点的图像和视频信号,实时监控设备运行情况。

保护管理:实现对各个站点的保护装置进行集中管理和监控,及时发现并快速处理故障。

故障定位:通过故障定位算法,快速准确地确定故障位置,提高故障处理效率。

报警处理:对接收到的异常信号进行分类处理和显示,及时发现和处理问题。

数据存储与分析:实时存储和分析各类监测数据,为运行人员提供数据支持,帮助其更好地了解设备运行情况。

报表管理:自动生成各类报表,方便运行人员及时了解设备运行情况,并对数据进行统计和分析。

3.3数据采集及交互接口

数据处理及通信管理主机与区域集控系统接口:区域集控系统采用IEC60870-5-104通信规约,向数据处理及通信管理主机下发操作与控制指令。

数据处理及通信管理主机与北斗指挥机接口:数据处理及通信管理主机通过北斗指挥机,向各站点转发相应的指令;并支持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。

数据处理及通信管理主机采用商业数据库,实现对所辖站点的有功、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。

4方案实施

硬件设备选型与配置:选择符合北斗卫星短报文通信技术标准的硬件设备,如北斗卫星接收器、数据传输模块等。同时,根据场站分布情况,合理配置设备数量和布局。

软件系统开发:基于北斗卫星短报文通信技术,开发适用于新能源发电场站区域集中监控平台的软件系统。软件系统应具备数据采集、传输、处理、存储和分析等功能,同时具备良好的人机交互界面。

系统集成与调试:将硬件设备和软件系统进行集成,并进行调试和优化,确保监控平台的稳定性和可靠性。

现场安装与调试:在新能源发电场站区域进行现场安装和调试,确保监控平台对各场站的全面覆盖和实时监控。

培训与维护:对使用监控平台的工作人员进行培训,提高他们的操作和维护水平。同时,建立完善的维护体系,确保监控平台的长期稳定运行。

5.结语

随着新能源行业的快速发展,新能源发电场站区域集中监控平台建设越来越重要。然而,传统通信方式在某些地区存在信号不稳定、覆盖范围有限等问题,影响了监控平台的可靠性和稳定性。因此,本研究旨在利用北斗卫星短报文通信技术,构建一个高效、可靠的新能源发电场站区域集中监控平台

参考文献

[1]杜思良,杨俊峰,王德泉.北斗卫星导航系统在地面监视系统中的应用[J].兵工自动化,2013,32(10):80-83.

[2]杨红静.电力系统中基于北斗卫星导航系统的应用[J].无线互联科技,2013(04):152-153.