小型发电站无线数据采集技术应用

小型发电站无线数据采集技术应用

郑华伟

（国网四川省电力公司资阳市雁江供电分公司四川资阳641300）

摘要：目前，由于我供电公司管辖并投入运行的小型发电站数量众多，且小型发电站位置部分相对偏远，上级调度部门不能及时获取相关信息，管理范围有限，导致电网安全的稳定运行受到影响，我供电公司通过集中技术方式有效解决小电源、自备电站等运行数据缺失的问题，同时迅速处理全口径发电数据系统建设，从而全方位提高准确性和完整性的数据，为电网决策提供牢固的数据支撑。

关键词：小型发电站；无线数据采集；技术应用

在数据传输的方式上，可以分为有线和无线传输两种，采用有线通信方式的数据采集称为有线数据采集，同理采用无线通信方式的数据采集称为无线数据采集。无线数据采集是现代信息通信研究的重要组成部分，它与传感器网络、信息处理等作为现代数据监测控制的基本技术。

1无线数据采集的方式和优势

1.1无线数据采集及传输的方式

无线数据采集是现代信息通信研究的重要组成部分，它与传感器网络、信息处理等作为现代数据监测控制的基本技术。在很多领域，应用该系统可以采集到温度、湿度、光照等数字和模拟信号，再将采集到的参数进行相应的处理后，可以供用户监测和控制系统。在数据传输的方式上，可以分为有线和无线传输两种。现在传统的数据采集系统都是通过有线传输方式进行的，它具有速度快、可靠性高、工作稳定等优点，但同时这种采集方式易受环境和采集数据形式的影响。在很多场合，比如人员无法到达的偏僻环境，有高腐蚀性、现场无法利用明线连接等环境，选择有线数据采集传输系统显然己无法满足数据采集和传输的需要。

1.2无线数据采集的优势

为了一次数据采集而去架设有线网络的人力物力经济投资都比较大，形成了资源浪费。在这种情形下，无线数据采集方式就成为了一种行之有效的替代方式。随着射频收发技术、微电子技术以及集成电路的发展，无线通信技术取得了较大发展，在设计成本、传输速率、可靠性方面均取得了长足进步。正在慢慢的发展到有线网络传输的水平。

工业现场采用无线数据采集技术己成为新的发展趋势，可以解决以往传统数据采集中存在的问题，提高系统的适用性。调度机构对小型发电站关键数据的采集，能通过小型发电站无线数据采集系统建设实现，整理分析与监控，并处理关键数据采集稳定性和传输安全性等问题。确保系统的实用性要求所设计的系统操作简单易行、安装容易、易于维护，系统的软件设计采用面向对象的界面设计方法，也提高了系统的可操作性。

2小型发电站概括采集装置

通常采集方面用到的传统数据，需要在小型发电站配置（远动终端）、（电能采集装置）、（防火墙）、（路由器）、纵向隔离装置等设备。但设备建设投资高且周期长，同时各采集设备厂站相互之间孤立，因为厂商设备之间通信协议不同，通信接入等方式存在不同程度的差异，匮乏合理的信息整合技术，导致“信息孤岛化”并造成资源浪费。

3数据传输的安全性

传统的无线互联网通信方式要求违背电力数据安全标准，信息安全的要求不符合公网与国家电网公司的接入，GPS通信方式缺乏安全性的保障，容易受到别国的技术限制且无自主产权，安全度和可靠度保障匮乏。迫切需要一种能有自主产权并符合国家电网公司信息安全要求的新型传输技术。

4远程传输覆盖范围及有效性

无线数据采集是一项关系到生活、生产和社会发展的关键技术，要求系统必须能够实时可靠地采集、传输和处理数据，设备在无人值守的情况下能够正常连续的工作，以便监控中心的工作人员能够根据当前的采集数据做出相应部署。小型发电站一般位于偏僻区域的地理位置，传统无线信号强度不够，所处环境干扰严重，影响数据传输质量。需求一种不通过通信基站，同时不受地理环境影响，全范围覆盖陆地与海上片区，传输技术无盲点，从而提高数据传输的覆盖范围及有效性。

目前数据传输主要有无线与有线两种方式，而无线又包括无线公网（GPRS/CDMA/3G等），由于小型发电站大部分处于偏僻的地理位置，基于电力光纤的有线通信经济成本太高，因此只能选择采用无线通信方式。设计之初通过目前较成熟的（GPRS/CDMA/3G通信、GPS通信和北斗卫星通信），并从信号的覆盖范围、数据安全、经济性、网络可靠性进行了综合对比，通过对三种不同的通信模式分析，统一认为采用北斗卫星通信模式，因为该模式信号覆盖率较高，经济性可以接受，并且其安全指数高，推荐实施该模式。

5研发设计

小型发电系统关键数据无线采集结构：分层分布式星型拓扑，即主站层、子站层、通信层。星型拓扑结构为主站与子站，方便多个子站灵活地接入主站。在每个厂站侧就地安装发电数据采集装置，数据采集进行站内各台机组所需监控，通过数据采集装置对这些数据的预处理后传送到通信过程层。在调度侧安装主站信息管理平台，接收各厂站的实时运行数据和信息，实现调度对各厂站发电数据的集中采集与监控目标。同时，主站信息管理平台系统实现与能量管理系统EMS和电能采集/管理系统之间进行信息交互，为全网统一调度管理奠定基础。

为了加强对小型发电站的管理，建议采用建设投资少，安全性，可靠性高的北斗卫星通信技术，从而达到关键信息的采集与传输，并对小型发电站进行实时监控。

图2小水电站侧设备接入示意图

我国建立的独立自主北斗卫星导航系统，它具有双向信息通信功能，所以符合通信不发达的地区数据采集传输及大范围监控管理，北斗通信系统的优势在于信息的及时性、安全性，所以对相对要求高的电网调度应用更为卓越。采用的LZ-STDA2000电力数据卫星采集装置主要能实现对发电站侧数据采集及预处理，并与北斗卫星用户机数据交互；北斗用户机在厂站侧监控终端和北斗卫星之间建立双向通信，实现采集信息的转发；实现监控信息的转发；数据通信服务器实现监控数据的接收、前置处理和下发。

6设备装置连接

STDA2000采集装置具有灵活的可扩展性，能按照监测要求扩展RTU的“四遥”功能，（即遥测、遥信、遥控、遥调），实现对现场运行设备进行远方实时监控的各项功能和性能的要求。具体采集和处理内容包括：各机组三相电压、三相电流，并计算有功功率、无功功率；

与多种厂家的多功能电能表通信，采集电量信息；将采集量数据整理并形成上传报文发送帧；通过卫星向主站上传电源监测信息；向本地监控系统转发采集到的数据；请求并接受北斗卫星给用户机的授权；用户机的ID及地理位置信息和当前的卫星状态；通过GPRS无线模块向主站上传电源监测信息。

STDA2000采集装置运行特点有：采集命令响应快捷，装置运行稳定，数据安全，可以单端口下接多块电能表；速度能达到业务的基求；装置具有一定的容错和抗干扰能力，在非硬件故障或非通讯故障时，能够保证正常运行；扩展性强，能够满足将来业务扩展的需要。

7应用案例

整体试点我们特意选择了相对偏远的小型水电站，然后再进行了系统安装调试并成功应用，采集的数据能准确接入调度SCADA系统中，实时掌控机组的出力、电压、电流等运行参数，实现了对水电机组的精准掌控。试点的35kV小型水电站由3块机组表（#1～#3机组）、2块主变侧电表（#1、#2机组)和1块35kV线路表（水电上网线路）组成。无线数据采集系统通过电压互感器、电流互感器二次侧直接采集电压、电流量、有功功率、无功功率量等实时数据。同时，该系统可以与多功能电能表直接通信，通过电表通信协议从电表中采集电压、电流、有功功率、无功功率等实时数据值和正反向有功、无功电度等电能量数据，并能借助开关量模块，采集无源节点的开关量数据。

总结

经过此次系统建设，一个可靠的发电站关键数据采集系统已基本建成，从而全方面提高发电站电力数据采集的完整性及准确性，为电网决策提供客观真实的数据。在取得的成果上不断进行深入研究，对电能质量和电网运行的稳定性进行调控，充分发挥调压性能，提升供电可靠性。

参考文献：

[1]刘建翔.小型无线数据采集系统研究[D].中国地质大学(武汉),2006.

[2]任秀丽,汤一波,刘珊珊.一种移动基站的树形无线传感网数据收集方法[J].小型微型计算机系统,2014,35(5):1022-1026.

[3]赵云龙.基于物联网技术的变电站无线数据采集系统[D].牡丹江师范学院,2016.