CN112653712A - 一种基于新一代通信技术的水电站远程实时控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于新一代通信技术的水电站远程实时控制系统及方法，利用新一代通信（如5G）的高速和低延时特点，通过连接水电站控制设备的第一局域网服务器组和连接集控中心控制设备的第二局域网服务器组，设置内网服务器、外网服务器以及设置于内网服务器与外网服务器之间的网络单向隔离装置，从而建立安全、高速和低延时的专用链路通信，实现远程集控中心与水电站控制设备之间数据高速传输，从而实现一种安全、高效、快捷和可靠的实时远程控制方法，在解决水电站远程控制难题的同时，满足水电站远程运行数据同步采集和低延时的实时控制要求，从而实现水电站群的安全可靠的远程控制，有效降低其投资和运行管理的成本。

Description

一种基于新一代通信技术的水电站远程实时控制系统及方法
技术领域
本发明涉及水电站控制技术领域，尤其涉及一种基于新一代通信技术的水电站远程实时控制系统及方法。
背景技术
随着社会对电力需求的增加和人们环保意识的提高，水力发电的重要性逐渐调高。我国河流水能蕴藏量达6.8亿千瓦，目前已开发装机3.4亿千瓦，年发电量1.2万亿千瓦时。不论是水能资源蕴藏量，还是可能开发的水能资源，中国在世界各国中均居第一位。
目前我国已建装机5万千瓦以下的小水电站4.7万余座，总装机容量约7927万千瓦；装机5万-30万千瓦（不含）的中型水电站479座、总装机容量约4487万千瓦。
全国各地都拥有数量众多且分布很广的中小型水电站，由于这些水电站大都建设在交通不便的山区，距离中心城市遥远，自身无力铺设专用光缆，而且长距离铺设专用数据电缆既不经济也不可行，从而无法实现远程集中控制和运行管理，目前，仍然停留在分散、孤立且效率低下的运行管理模式，特别是近些年一些独立发电企业收购各地小水电站后，存在着成本高企、统一管理难以实现、安全事故频发的窘境，迫切需要技术上的突破，解决其提高管理水平、安全运行、降低成本的问题。而新一代通信技术（如5G）的出现，恰好能够很好解决国内上万座中小水电站的安全、实时、低成本和可实现的远程集中控制需求。
在水力发电规模迅速扩大的同时，保障水电站水力机组安全稳定运行也成为了重中之重，因此在水电站的管理和远程控制中必须定期对水电站运行时的数据进行远程控制分析以及对水电站控制设备进行远程实时控制。然而现有技术中，对水电站的运行数据进行远程控制分析以及远程实时控制时，一方面，鉴于水电站运行数据的重要性与高机密性，运营商需要大量的人力物力去实地采集运行数据，用于水电站控制设备的状态分析以及数据统计，这样的方式成本高，效率低，水电站控制设备的状态分析时延高，进而导致其分析结果价值不高，严重影响经济效益；另一方面，在进行水电站的远程实时控制时，往往需要多个水电站之间的协调配合，基于现有的现场远程实时控制方法，多个水电站之间的远程实时控制进度不统一，达不到水电站系统远程实时控制时延误差精度的要求，远程实时控制结果的参考价值不高，严重影响水电站控制设备的维修保养。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于新一代通信技术的水电站远程实时控制系统，所述的基于通信的水电站远程实时控制系统包括：远程控制中心、通信站组、水电站控制设备和第一局域网服务器组，所述的远程控制中心通过所述的通信站组连接所述的第一局域网服务器组；其中：
所述新一代通信包括5G及未来可以利用的新的通信技术，具有通信高速和低延时特性；
所述的水电站控制设备连接所述的第一局域网服务器组，接收经由所述的第一局域网服务器组下发的实时控制指令，同时上传水电站控制设备采集的运行数据；
所述的第一局域网服务器组连接水电站控制设备和通信站组，用于对第一局域网上传的水电站运行数据进行远距离传输，同时接收远程控制中心下发的实时控制指令；
所述通信站组连接第一局域网服务器组和远程控制中心，对第一局域网服务器组接收的水电站控制设备的运行数据高速低延时传输至远程控制中心，并分发由远程控制中心发出的水电站控制设备的实时控制指令；
所述远程控制中心连接通信站组，接收所述通信站组上传的水电站控制设备的运行数据，同时下发预编辑的控制指令。
优选的，一种基于新一代通信技术的水电站远程实时控制系统，所述的通信站组包括分别设置于水电站控制设备端的第一高速通信基站和远程控制中心端的第二高速通信基站；所述第一高速通信基站和第二高速通信基站通信连接，实现水电站控制设备与远程控制中心之间的数据上传与实时控制指令下发。
优选的，一种基于新一代通信技术的水电站远程实时控制系统，所述的第一局域网服务器组包括第一内网服务器和第一外网服务器，所述第一内网服务器通过第一网络隔离装置与所述第一外网服务器通信连接，所述第一内网服务器与水电站控制设备通信连接，所述第一外网服务器通过高速通信基站与远程控制中心连接。
优选的，一种基于新一代通信技术的水电站远程实时控制系统，所述的第一网络隔离装置包括设置于第一内网服务器到第一外网服务器之间单向数据通信链路的正向隔离装置以及设置于第一外网服务器到第一内网服务器之间单向命令通信链路的反向隔离装置。
优选的，一种基于新一代通信技术的水电站远程实时控制系统，所述远程控制中心包括远程控制终端和第二局域网服务器组，所述第二局域网服务器组连接通信站组的第二高速通信基站和远程控制终端，接收上传的水电站控制设备运行数据，同时通过远程控制终端在所述第二局域网服务器组预编辑控制指令并下发。
优选的，一种基于新一代通信技术的水电站远程实时控制系统，所述的第二局域网服务器组包括第二内网服务器和第二外网服务器，所述第二内网服务器通过网络隔离装置与所述第二外网服务器通信连接，所述第二内网服务器与远程控制终端通信连接，所述第二外网服务器通过高速通信基站与远程控制中心连接。
优选的，一种基于新一代通信技术的水电站远程实时控制系统，所述的第二网络隔离装置包括设置于第二内网服务器到第二外网服务器之间单向任务信息通信链路的正向隔离装置以及设置于第二外网服务器到第二内网服务器之间单向数据通信链路的反向隔离装置。
本发明的第二方面，提供一种基于新一代通信技术的水电站远程实时控制方法，应用于上述的基于新一代通信技术的水电站远程实时控制系统，所述的基于新一代通信技术的水电站远程实时控制方法包括如下步骤：
水电站控制设备采集并上传数据：水电站控制设备接收所述的第一局域网服务器组下发的实时控制指令，同时上传水电站控制设备采集的运行数据；
通信站组传输数据：将水电站控制设备端的第一局域网服务器组的水电站运行数据传输至远程控制中心端，同时可将远程控制中心端的实时控制指令下发至水电站控制设备端第一局域网服务器组；
远程控制中心接收数据：远程控制终端连接所述的通信站组，接收所述的通信站组下发的水电站控制设备的运行数据；
远程控制中心上传任务信息：远程控制中心连接所述的通信站组，上传远程实时控制人员预编辑的的控制指令；
水电站控制设备执行指令：水电站控制设备根据远程控制中心下发的实时控制指令，执行实时控制指令对应的远程实时控制操作。
优选的，一种基于新一代通信技术的水电站远程实时控制方法，所述的第一局域网服务器组包括第一内网服务器和第一外网服务器，数据传输步骤包括：
水电站控制设备数据传输：第一内网服务器通过单向数据通信链路将水电站控制设备采集的运行数据传输至第一外网服务器，由第一外网服务器传输至通信站组，进而进行后续上传至远程控制中心；
水电站控制设备指令传输：第一外网服务器通过单向命令通信链路将通信站组传输的水电站实时控制指令传输至第一内网服务器，由第一内网服务器传输至水电站控制设备，进而执行指令。
优选的，一种基于新一代通信技术的水电站远程实时控制方法，所述的远程控制中心第二局域网服务器组包括远程控制终端和第二局域网服务器组，所述第二局域网服务器组连接通信站组的第二高速通信基站和远程控制终端，接收上传的水电站控制设备运行数据，同时通过远程控制终端在所述第二局域网服务器组编辑任务信息并下发；数据传输步骤包括：
水电站控制设备数据传输：第二外网服务器通过单向数据通信链路将通信站组传输的水电站控制设备运行数据传输至第二内网服务器，由第二内网服务器传输至远程控制终端，进而进行水电站控制设备状态分析及任务信息编辑；
水电站控制设备指令传输：第二内网服务器通过单向任务信息通信链路将远程控制终端编辑发送的任务信息传输至第二外网服务器，由第二外网服务器经由通信站组传输至输电站设备，进而将任务信息匹配对应的实时控制指令。
本发明的有益效果：本发明设置第一局域网服务器组连接多个水电站控制设备，并由通信站组连接远程控制中心与第一局域网服务器组，实现运行数据采集和远程实时控制过程的数据传输，其中通过在第一局域网服务器组和第二局域网服务器组设置内网服务器、外网服务器以及设置于内网服务器与外网服务器之间的隔离装置，能够实现专用链路通信、单向数据传输以及远程控制终端与水电站控制设备之间的高速传输；本发明旨在远程控制中心对多个水电站控制设备进行远程控制时，提供一种高效、快捷、便利同时精度高的远程控制方法，在降低水电站控制设备远程控制难度的同时，满足水电站远程实时控制的低延迟需求，达到运行数据同步采集和设备远程实时控制的效果，实现多水电站控制设备的高精度协同远程控制，提高其监视和控制的参考价值。
附图说明
图1是本发明基于新一代通信技术的水电站远程实时控制系统的结构原理示意图。
图2是本发明基于新一代通信技术的水电站远程实时控制系统设置的第一网络隔离装置的结构原理示意图。
图3是本发明基于新一代通信技术的水电站远程实时控制系统设置的第二网络隔离装置的结构原理示意图。
图4是本发明基于新一代通信技术的水电站远程实时控制方法的步骤原理示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本实施例提供一种基于新一代通信技术的水电站远程实时控制系统，所述的基于通信的水电站远程实时控制系统包括：远程控制中心、通信站组、水电站控制设备和第一局域网服务器组，所述的远程控制中心通过所述的通信站组连接所述的第一局域网服务器组；其中：
所述的新一代通信采用具有通信高速和低延时特性的5G通信技术。
所述的水电站控制设备连接所述的第一局域网服务器组，接收经由所述的第一局域网服务器组下发的实时控制指令，同时上传水电站控制设备采集的运行数据；
所述的第一局域网服务器组连接水电站控制设备和通信站组，用于对第一局域网上传的水电站运行数据进行远距离传输，同时接收远程控制中心下发的实时控制指令；
所述通信站组连接第一局域网服务器组和远程控制中心，对第一局域网服务器组接收的水电站控制设备的运行数据高速低延时传输至远程控制中心，并分发由远程控制中心发出的水电站控制设备的实时控制指令；
所述远程控制中心连接通信站组，接收所述通信站组上传的水电站控制设备的运行数据，同时下发预编辑的控制指令。
需要说明的是，在本实施例中，通信站组包括分别设置于水电站控制设备端的第一高速通信基站和远程控制中心端的第二高速通信基站；所述第一高速通信基站和第二高速通信基站通信连接，实现水电站控制设备与远程控制中心之间的数据上传与实时控制指令下发。
如图2所示，需要说明的是，在本实施例中，第一局域网服务器组包括第一内网服务器和第一外网服务器，所述第一内网服务器通过第一网络隔离装置与所述第一外网服务器通信连接，所述第一内网服务器与水电站控制设备通信连接，所述第一外网服务器通过高速通信基站与远程控制中心连接。
进一步的，第一网络隔离装置包括设置于第一内网服务器到第一外网服务器之间单向数据通信链路的正向隔离装置以及设置于第一外网服务器到第一内网服务器之间单向命令通信链路的反向隔离装置。
需要说明的是，在本实施例中，远程控制中心包括远程控制终端和第二局域网服务器组，所述第二局域网服务器组连接通信站组的第二高速通信基站和远程控制终端，接收上传的水电站控制设备运行数据，同时通过远程控制终端在所述第二局域网服务器组预编辑控制指令并下发。
如图3所示，进一步的，第二局域网服务器组包括第二内网服务器和第二外网服务器，所述第二内网服务器通过网络隔离装置与所述第二外网服务器通信连接，所述第二内网服务器与远程控制终端通信连接，所述第二外网服务器通过高速通信基站与远程控制中心连接。
进一步的，第二网络隔离装置包括设置于第二内网服务器到第二外网服务器之间单向任务信息通信链路的正向隔离装置以及设置于第二外网服务器到第二内网服务器之间单向数据通信链路的反向隔离装置。
在本申请的另一个实施例中，提供一种基于新一代通信技术的水电站远程实时控制方法，应用于上述的基于新一代通信技术的水电站远程实时控制系统，如图4所示，所述的基于新一代通信技术的水电站远程实时控制方法包括如下步骤：
水电站控制设备采集并上传数据：水电站控制设备接收所述的第一局域网服务器组下发的实时控制指令，同时上传水电站控制设备采集的运行数据；
通信站组传输数据：将水电站控制设备端的第一局域网服务器组的水电站运行数据传输至远程控制中心端，同时可将远程控制中心端的实时控制指令下发至水电站控制设备端第一局域网服务器组；
远程控制中心接收数据：远程控制终端连接所述的通信站组，接收所述的通信站组下发的水电站控制设备的运行数据；
远程控制中心上传任务信息：远程控制中心连接所述的通信站组，上传远程实时控制人员预编辑的控制指令；
水电站控制设备执行指令：水电站控制设备根据远程控制中心下发的实时控制指令，执行实时控制指令对应的远程实时控制操作。
需要说明的是，在本实施例中，第一局域网服务器组包括第一内网服务器和第一外网服务器，数据传输步骤包括：
水电站控制设备数据传输：第一内网服务器通过单向数据通信链路将水电站控制设备采集的运行数据传输至第一外网服务器，由第一外网服务器传输至通信站组，进而进行后续上传至远程控制中心；
水电站控制设备指令传输：第一外网服务器通过单向命令通信链路将通信站组传输的水电站实时控制指令传输至第一内网服务器，由第一内网服务器传输至水电站控制设备，进而执行指令。
需要说明的是，在本实施例中，远程控制中心第二局域网服务器组包括远程控制终端和第二局域网服务器组，所述第二局域网服务器组连接通信站组的第二高速通信基站和远程控制终端，接收上传的水电站控制设备运行数据，同时通过远程控制终端在所述第二局域网服务器组编辑任务信息并下发；数据传输步骤包括：
水电站控制设备数据传输：第二外网服务器通过单向数据通信链路将通信站组传输的水电站控制设备运行数据传输至第二内网服务器，由第二内网服务器传输至远程控制终端，进而进行水电站控制设备状态分析及任务信息编辑；
水电站控制设备指令传输：第二内网服务器通过单向任务信息通信链路将远程控制终端编辑发送的任务信息传输至第二外网服务器，由第二外网服务器经由通信站组传输至输电站设备，进而将任务信息匹配对应的实时控制指令。
在本实施例中，设置第一局域网服务器组连接多个水电站控制设备，并由通信站组连接远程控制中心与第一局域网服务器组，实现运行数据采集和远程实时控制过程的数据传输，其中通过在第一局域网服务器组和第二局域网服务器组设置内网服务器、外网服务器以及设置于内网服务器与外网服务器之间的隔离装置，能够实现专用链路通信、单向数据传输以及远程控制终端与水电站控制设备之间的高速传输；本发明旨在远程控制中心对多个水电站控制设备进行远程控制时，提供一种高效、快捷、便利同时精度高的远程控制方法，在降低水电站控制设备远程控制难度的同时，满足水电站远程实时控制的低延迟需求，达到运行数据同步采集和设备远程实时控制的效果，实现多水电站控制设备的高精度协同远程控制，提高其监视和控制的参考价值。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种基于新一代通信技术的水电站远程实时控制系统，其特征在于，所述的基于新一代通信技术的水电站远程实时控制系统包括：远程控制中心、通信站组、水电站控制设备和第一局域网服务器组，所述的远程控制中心通过所述的通信站组连接所述的第一局域网服务器组；其中：
所述的水电站控制设备连接所述的第一局域网服务器组，接收经由所述的第一局域网服务器组下发的实时控制指令，同时上传水电站控制设备采集的运行数据；
所述的第一局域网服务器组连接水电站控制设备和通信站组，用于对第一局域网上传的水电站运行数据进行远距离传输，同时接收远程控制中心下发的实时控制指令；
所述通信站组连接第一局域网服务器组和远程控制中心，对第一局域网服务器组接收的水电站控制设备的运行数据高速低延时传输至远程控制中心，并分发由远程控制中心发出的水电站控制设备的实时控制指令；
所述远程控制中心连接通信站组，接收所述通信站组上传的水电站控制设备的运行数据，同时下发预编辑的控制指令。
2.根据权利要求1所述的一种基于新一代通信技术的水电站远程实时控制系统，其特征在于，所述的通信站组包括分别设置于水电站控制设备端的第一高速通信基站和远程控制中心端的第二高速通信基站；所述第一高速通信基站和第二高速通信基站通信连接，实现水电站控制设备与远程控制中心之间的数据上传与实时控制指令下发。
3.根据权利要求1所述的一种基于新一代通信技术的水电站远程实时控制系统，其特征在于，所述的第一局域网服务器组包括第一内网服务器和第一外网服务器，所述第一内网服务器通过第一网络隔离装置与所述第一外网服务器通信连接，所述第一内网服务器与水电站控制设备通信连接，所述第一外网服务器通过高速通信基站与远程控制中心连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于新一代通信技术的水电站远程实时控制系统，其特征在于，所述的第一网络隔离装置包括设置于第一内网服务器到第一外网服务器之间单向数据通信链路的正向隔离装置以及设置于第一外网服务器到第一内网服务器之间单向命令通信链路的反向隔离装置。
5.根据权利要求1所述的一种基于新一代通信技术的水电站远程实时控制系统，其特征在于，所述远程控制中心包括远程控制终端和第二局域网服务器组，所述第二局域网服务器组连接通信站组的第二高速通信基站和远程控制终端，接收上传的水电站控制设备运行数据，同时通过远程控制终端在所述第二局域网服务器组预编辑控制指令并下发。
6.根据权利要求5所述的一种基于新一代通信技术的水电站远程实时控制系统，其特征在于，所述的第二局域网服务器组包括第二内网服务器和第二外网服务器，所述第二内网服务器通过网络隔离装置与所述第二外网服务器通信连接，所述第二内网服务器与远程控制终端通信连接，所述第二外网服务器通过高速通信基站与远程控制中心连接。
7.根据权利要求6所述的一种基于新一代通信技术的水电站远程实时控制系统，其特征在于，所述的第二网络隔离装置包括设置于第二内网服务器到第二外网服务器之间单向任务信息通信链路的正向隔离装置以及设置于第二外网服务器到第二内网服务器之间单向数据通信链路的反向隔离装置。
8.一种基于新一代通信技术的水电站远程实时控制方法，应用于权利要求1-7中任意一项所述的基于新一代通信技术的水电站远程实时控制系统，其特征在于，所述的基于新一代通信技术的水电站远程实时控制方法包括如下步骤：
水电站控制设备采集并上传数据：水电站控制设备接收所述的第一局域网服务器组下发的实时控制指令，同时上传水电站控制设备采集的运行数据；
通信站组传输数据：将水电站控制设备端的第一局域网服务器组的水电站运行数据传输至远程控制中心端，同时可将远程控制中心端的实时控制指令下发至水电站控制设备端第一局域网服务器组；
远程控制中心接收数据：远程控制终端连接所述的通信站组，接收所述的通信站组下发的水电站控制设备的运行数据；
远程控制中心上传任务信息：远程控制中心连接所述的通信站组，上传远程实时控制人员预编辑的控制指令；
水电站控制设备执行指令：水电站控制设备根据远程控制中心下发的实时控制指令，执行实时控制指令对应的远程实时控制操作。
9.根据权利要求8所述的一种基于新一代通信技术的水电站远程实时控制方法，其特征在于，所述的第一局域网服务器组包括第一内网服务器和第一外网服务器，数据传输步骤包括：
水电站控制设备数据传输：第一内网服务器通过单向数据通信链路将水电站控制设备采集的运行数据传输至第一外网服务器，由第一外网服务器传输至通信站组，进而进行后续上传至远程控制中心；
水电站控制设备指令传输：第一外网服务器通过单向命令通信链路将通信站组传输的水电站实时控制指令传输至第一内网服务器，由第一内网服务器传输至水电站控制设备，进而执行指令。
10.根据权利要求8所述的一种基于新一代通信技术的水电站远程实时控制方法，其特征在于，所述的远程控制中心第二局域网服务器组包括远程控制终端和第二局域网服务器组，所述第二局域网服务器组连接通信站组的第二高速通信基站和远程控制终端，接收上传的水电站控制设备运行数据，同时通过远程控制终端在所述第二局域网服务器组编辑任务信息并下发；数据传输步骤包括：
水电站控制设备数据传输：第二外网服务器通过单向数据通信链路将通信站组传输的水电站控制设备运行数据传输至第二内网服务器，由第二内网服务器传输至远程控制终端，进而进行水电站控制设备状态分析及任务信息编辑；
水电站控制设备指令传输：第二内网服务器通过单向任务信息通信链路将远程控制终端编辑发送的任务信息传输至第二外网服务器，由第二外网服务器经由通信站组传输至输电站设备，进而将任务信息匹配对应的实时控制指令。
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