CN203386345U - 基于北斗卫星通信的水电自动测控系统 - Google Patents

基于北斗卫星通信的水电自动测控系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种基于北斗卫星通信的水电自动测控系统,用于水电站的水电自动测控,包括遥控遥测站和中心站,中心站和遥控遥测站间可通过北斗卫星系统或GPRS网络进行通信,还可同时通过北斗卫星系统和GPRS网络进行通信,遥控遥测站按预设信息定时启动通讯设备向中心站传输水电数据,中心站发送控制命令至遥控遥测站完成远程编程、主动查询或随机召测。遥控遥测站采用紧急定位方式传输遥测设备的故障信息。本实用新型采用双信道通信,两个通信信道互为备份,可自动切换。遥控遥测站按预设信息定时启动通信设备,并采用紧急定位方式传输故障信息。中心站远程监督控制各小水电站,能够对遥控遥测站进行远程编程、主动查询或随机召测。

Description

基于北斗卫星通信的水电自动测控系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种水电自动测控系统,尤其是一种基于北斗卫星通信的水电自动测控系统。
背景技术
[0002] 现今,为了充分开发利用水能资源,越来越多的小水电站投入运营,小水电站发电的同时造成了河流反复断流河床裸露,使得小水电站所处地区周边的整体生态环境遭受威胁,而且由于各个小水电站之间缺乏有效的监控手段,不能及时了解到各个小水电站上下游的干支流以及区间的水雨情信息,使得小水电间不能够很好的依据河道现有水量、水库蓄水量、未来降雨量以及电网电压、电流、潮流、负载合理分配水库蓄排水,从而使得区域内的小水电站不能进行合理调度、电网安全运行与水电站所处地区周边的整体生态环境保护也变得难以保证。
实用新型内容
[0003] 针对各个小水电站间缺乏监控手段、不能合理的分配水库蓄排水、水电站间调度不便、电网安全运行难以保证的问题,本实用新型提供一种区域内水雨情信息监控传输及时可靠、水电站间统一合理调度、电网运行安全能够保证以及生态环境影响小的基于北斗卫星通信的水电自动测控系统。
[0004] 本实用新型所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的:
[0005] 一种基于北斗卫星通信的水电自动测控系统,包括遥控遥测站和中心站,
[0006] 所述遥控遥测站包括遥控遥测站服务器、遥测设备、终端控制设备、双模通信转换器、北斗终端和GPRS通讯设备,所述遥测设备将采集的水电数据经由终端控制设备传入双模通信转换器,所述双模通信转换器将水电数据再传入北斗终端或GPRS通讯设备,或同时传入北斗终端和GPRS通讯设备,所述遥测设备采集的水电数据经由终端控制设备还传输给遥控遥测站服务器,所述北斗终端和GPRS通讯设备分别通过北斗卫星系统和GPRS网络将水电数据传输给中心站;
[0007] 所述中心站包括中心站服务器、双模通信转换器、北斗指挥机和GPRS通讯设备,所述北斗指挥机和GPRS通讯设备接收遥控遥测站传输的水电数据,接收的水电数据经双模通信转换器传入中心站服务器;所述中心站发出的控制命令经双模通信转换器由北斗指挥机发送给遥控遥测站。
[0008] 所述遥控遥测站还包括人工置数设备、数据存储设备I和显示设备I,所述人工置数设备将人工实测水电数据经由终端控制设备传输给遥控遥测站服务器,所述数据存储设备I和显示设备I分别存储和显示遥控遥测站服务器接收的水电数据。
[0009] 所述中心站还包括数据存储设备II和显示设备II,所述数据存储设备II和显示设备II分别存储和显示中心站服务器接收的遥控遥测站水电数据。
[0010] 所述遥控遥测站按预设自报段次和加报标准定时启动北斗终端或GPRS通讯设备,或同时启动北斗终端和GPRS通讯设备,向中心站传输水电数据;所述遥控遥测站或响应中心站的控制命令上报水电数据。
[0011] 所述中心站发送控制命令至遥控遥测站完成远程编程、主动查询或随机召测。
[0012] 所述遥控遥测站通过北斗卫星系统以离散传送方式进行通信,所述遥控遥测站通过GPRS网络以连续传送方式进行通信。
[0013] 所述中心站接收遥控遥测站遥测设备的故障信息,由中心站发送控制命令给对应的遥控遥测站处理故障。
[0014] 所述遥控遥测站采用紧急定位方式传输遥测设备的故障信息。
[0015] 所述中心站和遥控遥测站间可通过北斗卫星系统或GPRS网络进行通信,所述中心站和遥控遥测站间还可同时通过北斗卫星系统和GPRS网络进行通信,所述中心站和遥控遥测站间通过GPRS网络进行的通信不包括遥控命令。
[0016] 本实用新型的有益效果是:
[0017] 本实用新型能及时、准确、自动地采集区域系统范围内各遥控遥测站的水雨情信息和电力信息,并及时地传输到中心站,为区域内水电站调度提供了实时、准确、可靠的信息;本实用新型采用双信道通信,通过双模通信转换器使得两个通信信道互为备份,并可自动切换。当北斗卫星信道出现故障时,系统能够自动切换到GPRS信道进行数据传输。
[0018] 遥控遥测站设置的人工置数设备和存储设备能在遥测设备自动采集的同时,可人工修改、查看并对现场水电数据进行存储,以方便数据查看和下载;遥控遥测站采用紧急定位方式自动向中心站传输遥测设备故障信息;遥控遥测站按自报段次或加报标准定时、定量启动通信设备。
[0019] 中心站自动接收来自北斗卫星或GPRS通信信道传输的遥控遥测站水位、雨量、流量、电压、电流、潮流、开关位置等数据,能够对遥控遥测站进行远程编程、主动查询或随机召测,同时,中心站可通过水电数据传输通信网远程监督控制各小水电站。
[0020] 本实用新型根据流域内水量信息、未来降雨预报和电能消费曲线,可合理安排水库蓄排水动作、发电时间和水库开闸放水顺序,在保证水电站下游生态环境用水需求和堤坝安全水位的同时,努力做到综合效益最大化。
附图说明
[0021] 下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的描述。
[0022] 图1是本实用新型的整体系统组成示意图;
[0023] 图2是本实用新型的遥控遥测站结构示意图;
[0024] 图3是本实用新型的中心站结构示意图。
具体实施方式
[0025] 如图1所示,基于北斗卫星通信的水电自动测控系统,包括遥控遥测站和中心站,各遥控遥测站自动采集的水情与电力信息,通过北斗卫星或GPRS网络,按定时/定值自报方式,自动传输至中心站。中心站完成水情与电力信息数据的接收和处理,以完成水文预报和水电信息服务。中心站可对遥控遥测站点进行远地编程、主动查询或随机召测,对系统内所辖遥控遥测站点的运行状态进行远程监测和控制,为水电站的运行调度提供决策依据。[0026] 在本系统中,遥控遥测站点至中心站选用北斗卫星和GPRS网络通信方式组网。为保证重点遥控遥控遥测站数据传输的可靠性和实时性,均采用北斗卫星通信为主信道,GPRS通信为备用信道的双信道方式组网,两个通信信道互为备份,可自动切换。当北斗卫星信道出现故障时,系统能够自动切换到GPRS信道进行数据传输。
[0027] 北斗卫星通信网,由北斗空间卫星、多个遥控遥测站和一个中心站组成。
[0028] 北斗空间卫星部分由2〜3颗地球同步卫星组成,负责执行地面中心站与遥控遥测站终端之间的双向无线电信号中继任务。每颗卫星的主要载荷是变频转发器,以及覆盖定位通信区域点的全球波束或区域波束天线。
[0029] 遥控遥测站主要完成用户终端与北斗空间卫星之间上、下行数据的处理;发送用户业务请求,接收用户数据;提供必要的显示及数据接口。
[0030] 中心站与远端遥控遥测站进行数据通信;对水电数据进行搜集、检查、存储、显示、打印等处理;统计分析水文、电力遥测数据。
[0031] 系统传输工作过程为:遥控遥测站遥测设备将水电数据传送给北斗终端,北斗终端通过北斗卫星将数据传输给中心站北斗指挥机。
[0032] GPRS通信网,由多个遥控遥测站和一个中心站组成。遥控遥测站和中心站均设置有GPRS通讯设备,其主要由GPRS终端设备、合法的SM卡和GPRS天线构成。当设定定时到或由于事件变化需增加报时,遥控遥测站自动启动GPRS,通过GPRS网络传到中心站进行处理。
[0033] 本水电自动测控系统中采用增量自报、定时自报、超限自动加报、召测应答等混合方式的工作体制,以适应各种不同的情况的需求,满足遥控遥测站与中心站的双向通信,实现系统运行的实时监控管理控制等功能。
[0034] 混合式工作体制的运行方式为:遥控遥测站由预先设定的自报段次或参数变化加报标准定时或定量启动通信设备,向中心站发送遥测数据;遥控遥测站可接收中心站的查询指令,将当前值或过去的贮存数据按指定的信道发送回中心站;并可接收中心站的各种控制命令,完成时钟校对、改变运行参数、改变开关位置等功能。
[0035] 中心站与遥控遥测站之间的数据传输,以帧为单位进行传输。一帧信息包括报头/控制段、信息。报头/控制段包括站号、帧类型(信息、命令、应答等)和信息长度;信息段包括所要传输的真实信息(时间、水位、雨量、流量、电压、工作状态等)以及校检码。
[0036] 北斗卫星通信系统是双向闭合环路系统,每个用户终端都有唯一的专用识别码,用户终端通过该专用识别码发送和接收信息。具有多重通信确认机制,遥控遥测站终端在发送信息时,可以从用户接收中心卫星站获得发送或接收状态的确认回执,在本次通信失败的情况下及时重发数据,从而保证了数据完整、可靠的传输。
[0037] 如图2所示,遥控遥测站包括遥控遥测站服务器、遥测设备、终端控制设备、双模通信转换器、北斗终端、GPRS通讯设备、人工置数设备、数据存储设备I和显示设备I。
[0038] 多个遥测设备将采集的水电数据通过以太网经由终端控制设备传入双模通信转换器,双模通信转换器再将水电数据传入北斗终端或GPRS通讯设备,或同时传入北斗终端和GPRS通讯设备,北斗终端和GPRS通讯设备分别通过北斗卫星系统和GPRS网络将水电数据传输给中心站。
[0039] 遥测设备采集的水电数据和人工置数设备的人工实测水电数据经由终端控制设备还传输给遥控遥测站服务器。遥控遥测站服务器存储的水电数据也可传入双模通信转换器,经由北斗终端或GPRS通讯设备发送给中心站,数据存储设备I和显示设备I从遥控遥测站服务器接出,分别负责存储和显示遥控遥测站服务器接收的水电数据。
[0040] 终端控制设备主要用于实现通讯协议转换和选择不同通讯设备定时启动功能。人工置数设备和存储设备能在遥测设备自动采集的同时,进行人工修改、查看并对现场水电数据进行存储,以方便数据查看和下载。双模通信转换器实现北斗卫星通信和GPRS通信双通道通信的选择和数据格式转换。
[0041] 当遥控遥测站运行时,遥控遥测站通过北斗卫星系统以离散传送方式进行通信,遥控遥测站通过GPRS网络以连续传送方式进行通信。遥控遥测站按预设自报段次和加报标准定时、定量启动北斗终端或GPRS通讯设备或同时启动北斗终端和GPRS通讯设备,向中心站传输水电数据,或响应中心站的控制命令上报水电数据。
[0042] 当遥控遥测站出现故障时,采用紧急定位方式传输遥测设备的故障信息。常规情况下出现故障报警,由于受北斗服务频度的限制,必须等待I分钟后方能再次进行通信发送,此时采取紧急定位的方式(紧急定位不受服务频次的限制,但每次紧急定位后终端需保持2倍服务频度的时间间隔停止发射)向中心站发送故障告警,同时可以使用高程信息位进行相应编码,传递有效信息;在终端发送紧急定位后的2倍服务频度时间间隔停止发射期间(2分钟),中心站可向遥控遥测站发送控制指令切换开关,遥控遥测站可在执行操作后,在故障上报2分钟后采取常规通信方式将执行结果向中心站汇报;中心站在收到遥控遥测站的执行结果后,可立即向遥控遥测站发送再次确认的询问指令,遥控遥测站在收到该指令后可采取紧急定位方式向中心站回复询问,询问结果可在紧急定位信息中进行反馈。通过这种通信编排方式,可以保证整个控制流程在3分钟内完成,满足一般用户对自愈能力的时间要求。
[0043] 为满足能在有人看管和无人值守模式下运行,遥控遥测站的自动监控采集遥测设备采用太阳能浮充蓄电池直流供电方式,能适应雷电干扰等恶劣的工作环境。
[0044] 遥控遥测站能实现水雨情数据与电网运行数据的自动采集、存贮,并及时、准确地传输到中心站,其主要功能包括:
[0045] (I)水位、雨量自动采集:每分钟自动采集,有雨量则存储;当雨量、水位变化达到设定的门限值则存储。一次水位采集时间可设置为O〜7min,具有数字滤波功能。
[0046] (2)人工置数:各遥控遥控遥测站配置人工置数键盘,可人工置入实测流量值、水位、雨量等人工观测信息,并及时向中心站自动发送;能设置、修改、查看遥控遥测站系统设备的工作参数,显示本站的水位、雨量、电压、时间等数据。
[0047] (3)水库水闸状态信息采集:每分钟自动采集、存储并上报水库水闸位置信息数据;当接收到召唤命令则随时上送数据。具有CRC错误校验功能。
[0048] (4)定时自报:当水位、雨量数据无变化时,能按预先设置的定时时间间隔,向中心站发送当前的水位、雨量数据,同时包括测站站号、时间等参数。
[0049] (5)超值加报:当水位变幅以及降雨量超过设定值时,自动加报。设定值可现场或远地进行编程修改。
[0050] (6)电网运行状态信息采集:每分钟自动采集、存储并上报电网运行信息数据;当接收到召唤命令则随时上送数据。具有CRC错误校验功能。[0051] (7)电网开关状态信息采集:每分钟自动采集、存储并上报电网开关位置信息数据;当接收到召唤命令则随时上送数据。具有CRC错误校验功能。
[0052] (8)自动报警:当电力设备无应答或出现故障时,能按预先设置的定时时间间隔,向中心站发送自动报警信号。
[0053] (9)现场固态存储:采集的水位、雨量、电网数据可现场存储。可供现场人员查看和数据下载。
[0054] (10)现场执行机构控制:遥控遥测站根据中心站通过传输通信网络所下发的操作指令,对现场执行机构进行操作。
[0055] (11)应答查询:具有响应中心站查询指令的功能。由中心站设定自动定时巡测或随机召测,遥控遥测站自动响应,当遥控遥测站接受中心站的召测后,能实时采集数据并发送至中心站。定时自动巡测的时间间隔,可根据数据处理和预报作业的需要进行设置。
[0056] (12)现场或远地编程:通过软件编程,可在遥控遥控遥测站现场或中心站远地对设备进行各项运行参数设置或读取操作,包括采集频度、定时段次、测站时钟、站号、通信方式、发送段次等。
[0057] (13)自动校时:利用北斗卫星广播的时钟信息对遥控遥测站和中心站进行自动校时。
[0058] (14)自维护功能:具有定时工况报告、低电压报警、掉电保护以及自动复位等项自维护功能。
[0059] (15)双通信信道互为备份、自动切换功能:采用双通信信道的遥控遥控遥测站,通信信道互为备份,可自动切换。当北斗卫星信道出现故障时,系统能够自动切换到GPRS信道进行数据传输。
[0060] (16)能适应恶劣环境下正常工作:遥控遥控遥测站设备采取了埋设避雷接地网、信号电缆保护接地并埋设、设备采用太阳能浮充电源供电等措施,可保证现场站点设备能在雷电、暴雨、停电、连续阴雨天气等恶劣环境下正常运行。
[0061] 如图3所示,中心站包括中心站服务器、双模通信转换器、北斗指挥机、GPRS通讯设备、存储设备II和显示设备II。
[0062] 北斗指挥机和GPRS通讯设备接收遥控遥测站传输的水电数据,接收的水电数据经双模通信转换器传入中心站服务器,中心站发出的控制命令经双模通信转换器由北斗指挥机发送给遥控遥测站。数据存储设备II和显示设备II从中心站服务器接出,分别负责存储和显示中心站服务器接收的遥控遥测站水电数据。
[0063] 中心站发送控制命令至遥控遥测站完成远程编程、主动查询或随机召测。中心站接收遥控遥测站遥测设备的故障信息,由中心站发送控制命令给对应的遥控遥测站处理故障。
[0064] 中心站和遥控遥测站间可单独通过北斗卫星系统或GPRS网络进行通信,也可同时通过北斗卫星系统和GPRS网络双信道共同工作进行通信,然而由于GPRS信道不满足国家电网对控制的安全要求,所以不能用于遥控操作,故配电主站、配电子站和配电终端间通过GPRS网络进行的通信中不包括遥控命令。
[0065] 中心站与远端遥控遥测站进行数据通信,对水电数据进行搜集、检查、存储、显示、打印等处理;统计分析水文、电力遥测数据,其主要功能包括:[0066] (I)数据接收、处理:实时接收遥控遥测站的信息;自动检查数据帧格式,并进行合理性判别,加注时标,自动写入数据库中;
[0067] (2)召测、查询:可人工查询下属站点的水位、雨量、电网状态数据及工作状态;
[0068] (3)数据库的建立与管理:建立实时数据库、电力负荷数据库和运行档案数据库,对数据库提供维护功能,以及包括预报成果数据库的检索、查询等;
[0069] (4)数据输出:可通过打印机、绘图仪等设备输出雨量直方图、水位、流量过程线、等雨量线图、电力负荷曲线、统计报表等;
[0070] (5)提供系统预报模型软件,制作流域水电预报,预报结果存入数据库;
[0071] (6)联网通讯:能与相关水库交换信息,以及向周边省、地、市、县转发水雨情信息,实现数据共享;
[0072] (7)状态告警:根据设定的告警雨量、水位值,可实现自动告警功能;
[0073] (8)有安全、保密的数据维护功能,提供数据备份,以确保数据安全。

Claims (5)

1.一种基于北斗卫星通信的水电自动测控系统,包括遥控遥测站和中心站,其特征是: 所述遥控遥测站包括遥控遥测站服务器、遥测设备、终端控制设备、双模通信转换器、北斗终端和GPRS通讯设备,所述遥测设备将采集的水电数据经由终端控制设备传入双模通信转换器,所述双模通信转换器将水电数据再传入北斗终端或GPRS通讯设备,或同时传入北斗终端和GPRS通讯设备,所述遥测设备采集的水电数据经由终端控制设备还传输给遥控遥测站服务器,所述北斗终端和GPRS通讯设备分别通过北斗卫星系统和GPRS网络将水电数据传输给中心站; 所述中心站包括中心站服务器、双模通信转换器、北斗指挥机和GPRS通讯设备,所述北斗指挥机和GPRS通讯设备接收遥控遥测站传输的水电数据,接收的水电数据经双模通信转换器传入中心站服务器;所述中心站发出的控制命令经双模通信转换器由北斗指挥机发送给遥控遥测站。
2.根据权利要求1所述的基于北斗卫星通信的水电自动测控系统,其特征是:所述遥控遥测站还包括人工置数设备、数据存储设备I和显示设备I,所述人工置数设备将人工实测水电数据经由终端控制设备传输给遥控遥测站服务器,所述数据存储设备I和显示设备I分别存储和显示遥控遥测站服务器接收的水电数据。
3.根据权利要求1所述的基于北斗卫星通信的水电自动测控系统,其特征是:所述中心站还包括数据存储设备II和显示设备II,所述数据存储设备II和显示设备II分别存储和显示中心站服务器接收的遥控遥测站水电数据。
4.根据权利要求1所述的基于北斗卫星通信的水电自动测控系统,其特征是:所述中心站接收遥控遥测站遥测设备的故障信息,由中心站发送控制命令给对应的遥控遥测站处理故障。
5.根据权利要求1所述的基于北斗卫星通信的水电自动测控系统,其特征是:所述中心站和遥控遥测站间可通过北斗卫星系统或GPRS网络进行通信,所述中心站和遥控遥测站间还可同时通过北斗卫星系统和GPRS网络进行通信,所述中心站和遥控遥测站间通过GPRS网络进行的通信不包括遥控命令。
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