专利名称：一种基于北斗卫星传输的电力系统关键信息采集系统及通信方法
—种基于北斗卫星传输的电力系统关键信息采集系统及通信方法
技术领域：
本发明涉及一种基于北斗卫星传输的电力系统关键信息采集系统及通信方法，属于电力系统远程监控领域。
背景技术：
目前，正在运行的小型水电站和综合利用的小型发电厂已达到上百个，这些小型发电企业自动化设备和通信网络大多数都不是很健全，多数不具备与电力调度中心通信的条件，因而，这些小型发电厂的实时信息大多都无法上传，缺乏实时监控的技术手段。因而，这些小型发电厂的实时信 息大多都无法上传，缺乏实时监控的技术手段。GPS不具备双向短信通信功能，且采用GPS系统进行传输关键信息存在安全隐患。为加强对这些小型发电企业的管理，要求采用建设投资少，安全可靠性高的通信技术，实现关键信息采集与传输，达到对分布式水电站进行实时监控的目的。北斗是我国独立自主建立的卫星导航系统，其具备的双向短信通信功能是GPS所不具备的，适合大范围监控管理和通信不发达地区数据采集传输应用，对于信息及时性和安全性要求高的调度监控应用，北斗系统的优势更为明显。基于北斗卫星导航系统进行信息传输技术而设计的该系统可以实现对现有分布式小型水电站的实时监控目的，提高对小型水电站的运行管理水平。
发明内容本发明所要解决的技术问题之一在于提供一种基于北斗卫星传输的电力系统关键信息采集系统，可以实时监控现有分布式小型水电站，实现关键信息远程采集的准确性、及时性和安全性，提高对小型水电站的运行管理水平；本发明所要解决的另一技术问题之是提供所述采集系统的通信方法。本发明的技术方案是一种基于北斗卫星传输的电力系统关键信息采集系统，由主站侧系统和厂站侧系统组成，其中所述主站侧系统包括北斗卫星指挥机和主站侧数据服务器，该北斗卫星指挥机和所述主站侧数据服务器连接；所述厂站侧系统由三相采集电路、多路模数转换集成电路、智能电度表、北斗卫星用户机、处理器、显示器、数据存储器组成，所述三相采样电路与所述多路模数转换集成电路连接；所述多路模数转换集成电路与所述处理器连接；所述处理器分别与所述智能电度表、北斗卫星用户机、数据存储器、显示器连接。所述三相采集电路用于采集发电厂的三相电压、电流二次信号，并将采集的二次信号转换为与所述多路模数转换集成电路接口对应的信号。所述多路模数转换集成电路用于多点同步采集三相采集电路提供的信号，并将此信号转换为数字信号并发送至所述处理器。所述智能电度表用于将发电厂关口电量信息按内部通信协议封装，以内部通信的方式将封装信息传送至所述处理器。所述北斗卫星用户机用于跟北斗卫星进行双向通信，上传水电站实时数据至所述北斗卫星指挥机；发送授时请求并响应授时报文；发送关于北斗卫星用户机ID信息及地理位置信息请求并响应。所述处理器用于将所述多路模数转换集成电路采集的数据，按电工原理计算出被测信号的三相有功功率、三 相电压、三相电流，接收处理所述智能电度表传送的数据，控制所述北斗卫星用户机将上述信息传送至所述北斗卫星指挥机，将带授时标记的数据存储至所述数据存储器并显示在所述显示器上。一种基于北斗卫星传输的电力系统关键信息采集系统的通信方法，包括以下步骤所述厂站侧系统启动后，读取与所述主站侧系统通信模式的配置文件，并启动与所述主站侧系统通信通道进程，处理所述主站侧系统与厂站侧系统之间通信报文的发送、接收以及报文解析，其通信流程为厂站侧系统一北斗用户机一北斗指挥机一主站侧系统；在所述厂站侧系统处理与所述主站侧系统通信的进程中，根据以下几种情况分别处理(I)没有收到主站侧系统报文当所述厂站侧系统没有收到所述主站侧系统报文，则进入默认发送模式，根据系统配置文件配置的发送模式，向主站侧系统发送采集到的电力系统数据a)定时发送模式如果配置文件定义的是定时发送模式，则程序根据配置文件配置的时间间隔，定时向主站侧系统发送数据；b)触发发送模式如果配置文件配置的是触发发送模式，则程序根据厂站侧系统本次采集的数据与上次采集的数据比较，当两次采集的数据差值超过规定的阈值，则被触发，注重发送数据；如果差值没有超过阈值，则判断厂站侧系统采集的数据差值多长时间没有超过规定的触发阈值，当上述数据差值超过7200秒没有触发阈值的时候，则进入低频发送模式，每2小时上送一次数据；(2)收到主站侧系统报文当所述厂站侧系统收到所述主站侧系统发送的报文，则判断所述主站侧系统发送的报文是何种报文，根据该发送报文的类型分别处理a)命令报文如果所述主站侧系统发送的报文是命令报文，即修改所述厂站侧系统发送模式为高频发送模式的报文，那么所述厂站侧系统进入高频发送模式，即一分钟向主站发送一次数据报文,高频发送模式持续时间I 3小时，当持续时间超过5小时，系统自动退出高频发送模式；b)召唤报文如果所述主站侧系统发送的报文是转换数据报文，那么所述厂站侧系统根据该报文的要求发送其需要召唤的数据。本发明的优点在于本系统可以增强关键数据传输的准确性、及时性和安全性，可对现有分布式小型水电站的实时监控，提高对小型水电站的运行管理水平，优化电网潮流分布，从而降低电网损耗，起到节能减排的效果。申请人根据现场实际的调研结果，提出的这种基于北斗卫星传输的电力系统关键信息采集方法，不仅实现对这些小水电站的运行管理实时监控，提高小水电站运行管理水平，而且对电网供电质量以及安全运行都具有极其重要的意义。
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。图I为本发明的系统网络拓扑图，图2为本发明厂站侧系统的原理框图，图3为本发明厂站侧系统运行流程框图。
具体实施方式参见图1、2，一种基于北斗卫星传输的电力系统关键信息采集系统，由主站侧系统和厂站侧系统组成，其中所述主站侧系统包括主站侧数据服务器I、北斗卫星指挥机2，北斗卫星指挥机2和主站侧数据服务器I通过RS-422通信电缆连接；参见图2，所述厂站侧系统由三相采集电路3、多路模数转换集成电路4、智能电度表5、北斗卫星用户机6、处理器7、显示器8、数据存储器9组成，三相采样电路3与多路模数转换集成电路4连接；多路模数转换集成电路4与处理器7连接；处理器7分别与智能电度表5、显示器8、数据存储器9连接，处理器7通过RS-422通信电缆与北斗卫星用户机6连接。三相采集电路3用于采集发电厂的三相电压、电流二次信号，并将采集的二次信号转换为与多路模数转换集成电路4接口对应的信号。多路模数转换集成电路4用于多点同步采集三相采集电路3提供的信号并将此信号转换为数字信号。智能电度表5用于将发电厂关口电量信息按内部通信协议封装，以内部通信的方式将封装信息传送至处理器7。北斗卫星用户机6用于跟北斗卫星10进行双向通信，上传水电站实时数据至北斗卫星指挥机2 ;发送授时请求并响应授时报文；发送关于北斗卫星用户机的ID信息及地理位置信息请求并响应。处理器7用于将多路模数转换集成电路4采集的数据，按电工原理计算出被测信号的三相有功功率、三相无功功率、三相电压、三相电流，接收处理智能电度表5传送的数据，控制北斗卫星用户机6完成其功能，将带授时标记的数据存储至数据存储器9并显示在显示器8上。实际工作时，三相采集电路3对发电机组出口 PT、CT 二次侧电压(Ua、Ub、Uc)、电流(Ia、Ib、Ic)进行连续采集测量，经多路模数转换集成电路4进行A/D转换后送至处理器7进行计量处理，处理器7按电工原理计算出发电机组的实时三相有功(Pa、Pb、Pc)、三相无功(Qa、Qb、Qc)、三相电压(Ua、Ub、Uc)、三相电流(la、lb、Ic)。智能电度表5将发电厂关口电量信息按内部通信协议封装，通过物理通信端口以内部通信的方式将封装信息传送至处理器7。处理器7通过串口通信控制北斗卫星用户机6发送授时、北斗卫星用户机ID信息及地理位置信息请求并响应相应报文。处理器7 —方面将发电机实时功率(P、Q)、电压U、电流I和发电厂关口电量标注上授时标识存储至数据存储器9并显示在显示器8上，另一方面将已带授时标识的数据同时标注北斗卫星用户机ID信息及地理位置信息标识，通过串口通信控制北斗卫星用户机6将此类信息传送至北斗卫星指挥机2，北斗卫星指挥机2将该数据下载并传送至数据服务器I进行处理。实际使用时，根据电力系统对小水电站运行管理的要求，即在每个小型发电站采用分布式就地安装智能信息采集终端(厂站侧系统)，对该电站各台机组的所需监控关键数据进行采集，通过智能终端对这些数据的预处理后传送到通信过程层；在调度端安装信息管理平台(主站侧系统)，通过北斗卫星无线通信，接收分布式小水电站的实时运行数据和信息，系统通信流程为厂站侧系统-北斗用户机-北斗指挥机-主站侧系统，从而实现调度对小型发电企业的关键信息采集与监控目标。下面详细介绍如何根据调度主站要求实现小水电与调度主站之间的信息交互，以保证实现对小水电实时数据传输的安全与高效 首先说明本系统如何实现信息快速交互的I.根据北斗有偿通信以及本着节约原则，在正常情况下，厂站侧系统只需要定时或者采集信息点数据变化超过阈值时，将厂站侧系统采集的实时数据发送主站侧系统(以下简称主站)即可，而且在数据变化合理的情况下还可以进入低频发送模式，以节约无线通信的带宽和节约成本；2.如果小水电有突发情况需要快速响应的情况下，主站系统可以通过发送报文命令让厂站侧系统进入高频发送模式，快速高效的实时掌握各设备运行数据，并根据运行数据做出实时的调度；3.如果在传输过程中出现报文部分丢失或者出现通信中断，在恢复通信后还可以通过补召报文，将丢失的数据重新从厂站侧系统补召回来，实现对厂站侧系统不间断的数据监控；4.主站和厂站侧系统对通道的检测机制主站系统程序会定时去检测主站与厂站侧系统之间通信链路是否通畅，只要主站程序发送一个命令至北斗指挥机，然后由北斗指挥机广播至各北斗用户机，并将返回的结果送给主站，即可判断所有厂站侧系统与主站之间通信链路的链接状态。参见图3，厂站侧系统启动后，读取与主站通信模式(默认的通信模式为触发发送模式或者定时发送模式)的配置文件，并启动与主站通信通道进程，处理主站与厂站侧系统之间通信报文的发送、接收以及报文解析；在厂站侧系统处理与主站通信的进程中，会根据以下几种情况分别处理一、没有收到报文当厂站侧系统没有收到主站报文，则进入默认发送模式，根据厂站侧系统配置文件配置的发送模式(触发/定时发送模式)来向主站发送厂站侧系统采集的数据a)定时发送模式如果配置文件定义的是定时发送模式，则程序根据配置文件配置的时间间隔定时否向主站发送数据；b)触发发送模式如果配置文件配置的是触发发送模式，则程序根据厂站侧系统本次采集的数据与上次采集的数据比较，当两次采集的数据差值超过规定的阈值，则触发向注重发送数据的行为，如果没有超过差值，则判断厂站侧系统采集的数据多长时间没有超过规定的触发阈值，当且仅当该时间超过7200s即两个小时没有触发阈值的时候，进入低频发送模式，所谓低频发送模式即每2小时上送一次数据；二、收到主站报文当厂站侧系统收到主站发送的报文，则判断主站发送的报文是何种报文，根据发送报文的类型分别处理a)命令报文如果主站发送的报文是命令报文，即使修改厂站侧系统发送模式为高频发送模式的报文，那么厂站侧系统进入高频发送模式，即一分钟向主站发送一次数据报文，高频发送模式持续时间不能超过5小时，当超过5小时的时候，系统会自动退出高频发送模式；
b)召唤报文如果主站发送的报文是转换数据报文，那么厂站侧系统根据主站的 要求发送其需要召唤的数据。以上的这些通信模式是可以通过主站命令任意切换以及厂站侧系统程序内部根据一定的算法实现通信模式的自动切换，以实现调度对小水电全天候不间断的息采集与监控目标。本系统通信传输层采用专用加密通信规约，具体通信规约内容如下表I :上行报文(北斗卫星用户机)
权利要求
1.一种基于北斗卫星传输的电力系统关键信息采集系统，其特征在于该系统由主站侧系统和厂站侧系统组成，其中所述主站侧系统包括北斗卫星指挥机和主站侧数据服务器，该北斗卫星指挥机和所述主站侧数据服务器连接；所述厂站侧系统由三相采集电路、多路模数转换集成电路、智能电度表、北斗卫星用户机、处理器、显示器、数据存储器组成，所述三相采样电路与所述多路模数转换集成电路连接；所述多路模数转换集成电路与所述处理器连接；所述处理器分别与所述智能电度表、北斗卫星用户机、数据存储器、显示器连接。
2.根据权利要求I所述一种基于北斗卫星传输的电力系统关键信息采集系统，其特征在于所述三相采集电路用于采集发电厂的三相电压、电流二次信号，并将采集的二次信号转换为与所述多路模数转换集成电路接口对应的信号。
3.根据权利要求I所述一种基于北斗卫星传输的电力系统关键信息采集系统，其特征在于所述多路模数转换集成电路用于多点同步采集三相采集电路提供的信号，并将此信号转换为数字信号并发送至所述处理器。
4.根据权利要求I所述一种基于北斗卫星传输的电力系统关键信息采集系统，其特征在于所述智能电度表用于将发电厂关口电量信息按内部通信协议封装，以内部通信的方式将封装信息传送至所述处理器。
5.根据权利要求I所述一种基于北斗卫星传输的电力系统关键信息采集系统，其特征在于所述北斗卫星用户机用于跟北斗卫星进行双向通信，上传水电站实时数据至所述北斗卫星指挥机；发送授时请求并响应授时报文；发送关于北斗卫星用户机ID信息及地理位置信息请求并响应。
6.根据权利要求I所述一种基于北斗卫星传输的电力系统关键信息采集系统，其特征在于所述处理器用于将所述多路模数转换集成电路采集的数据，按电工原理计算出被测信号的三相有功功率、三相电压、三相电流，接收处理所述智能电度表传送的数据，控制所述北斗卫星用户机将上述信息传送至所述北斗卫星指挥机，将带授时标记的数据存储至所述数据存储器并显示在所述显示器上。
7.权利要求I所述一种基于北斗卫星传输的电力系统关键信息采集系统的通信方法，其特征在于包括以下步骤 所述厂站侧系统启动后，读取与所述主站侧系统通信模式的配置文件，并启动与所述主站侧系统通信通道进程，处理所述主站侧系统与厂站侧系统之间通信报文的发送、接收以及报文解析，其通信流程为厂站侧系统一北斗用户机一北斗指挥机一主站侧系统； 在所述厂站侧系统处理与所述主站侧系统通信的进程中，根据以下几种情况分别处理 (I)没有收到主站侧系统报文 当所述厂站侧系统没有收到所述主站侧系统报文，则进入默认发送模式，根据系统配置文件配置的发送模式，向主站侧系统发送采集到的电力系统数据 a)定时发送模式如果配置文件定义的是定时发送模式，则程序根据配置文件配置的时间间隔，定时向主站侧系统发送数据； b)触发发送模式如果配置文件配置的是触发发送模式，则程序根据厂站侧系统本次采集的数据与上次采集的数据比较，当两次采集的数据差值超过规定的阈值，则被触发，注重发送数据；如果差值没有超过阈值，则判断厂站侧系统采集的数据差值多长时间没有超过规定的触发阈值，当上述数据差值超过7200秒没有触发阈值的时候，则进入低频发送模式,每2小时上送一次数据； (2)收到主站主站侧系统报文 当所述厂站侧系统收到所述主站侧系统发送的报文，则判断所述主站侧系统发送的报文是何种报文，根据该发送报文的类型分别处理 a)命令报文如果所述主站侧系统发送的报文是命令报文，即修改所述厂站侧系统发送模式为高频发送模式的报文，那么所述厂站侧系统进入高频发送模式，即一分钟向主站发送一次数据报文，高频发送模式持续时间为I 3小时，当持续时间超过5小时，系统自动退出高频发送模式； b)召唤报文如果所述主站侧系统发送的报文是转换数据报文，那么所述厂站侧系统根据该报文的要求发送其需要召唤的数据。全文摘要
本发明涉及一种基于北斗卫星传输的电力系统关键信息采集系统及通信方法，属于电力系统远程监控领域，该系统由主站侧系统和厂站侧系统组成，其中主站侧系统包括主站侧数据服务器、北斗卫星指挥机，北斗卫星指挥机和主站侧数据服务器连接；厂站侧系统由三相采集电路、多路模数转换集成电路、智能电度表、北斗卫星用户机、处理器、显示器、数据存储器组成，三相采样电路与多路模数转换集成电路连接；多路模数转换集成电路与处理器连接；处理器分别与智能电度表、北斗卫星用户机、数据存储器、显示器连接。本系统可增强关键数据传输的准确性、及时性和安全性，可对分布式小型水电站实时监控，提高对小型水电站的运行管理水平，优化电网潮流分布，从而降低电网损耗，起到节能减排的效果。
文档编号H04B7/185GK102638102SQ20121010570
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月2日 优先权日2012年4月2日
发明者殷骏 申请人:安徽立卓智能电网科技有限公司