唐立原 孫華

摘 ?要：隨著通信技術(shù)的發(fā)展和電廠管理水平的提高，電站群現(xiàn)代集控技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，傳統(tǒng)的有線通信在發(fā)生臺(tái)風(fēng)、地震等自然災(zāi)害時(shí)易受地理?xiàng)l件的限制不容易修復(fù)，而衛(wèi)星通信技術(shù)彌補(bǔ)了這方面的不足。該文介紹了老撾南歐江流域集控中心以衛(wèi)星通信作為備用通信的設(shè)計(jì)過程，通過波段選擇、衛(wèi)星天線配置和主要設(shè)備的選型幾方面介紹了集控衛(wèi)星通信的設(shè)計(jì)和項(xiàng)目建設(shè)情況。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星通信 ?電站集控 ?C波段 ?衛(wèi)星天線 ?BUC ?LNB

中圖分類號(hào)： TM62 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）04（c）-0024-03

Application of Satellite Communication in Centralized Control Communication Project of Hydropower Station

TANG Liyuan ?SUN Hua

（PowerChina Kunming Survey， Design and Research Institute Co.， Ltd.， Kunming， Yunnan Province， 650051 ?China）

Abstract： With the development of communication technology and the improvement of power plant management level， the application of modern centralized control technology of power station group is more and more extensive. The traditional wired communication is easily limited by geographical conditions in the event of typhoon， earthquake and other natural disasters， and it is not easy to repair， while the satellite communication technology makes up for this deficiency. This paper introduces the design process of the centralized control center in Laos' Nan'ou River basin with satellite communication as standby communication， and introduces the design and project construction of the centralized control satellite communication from the aspects of band selection， satellite antenna configuration and main equipment selection.

Key Words： Satellite communications; Power station centralized control; C-Band; Satellite Antenna; BUC; LNB

1 ?項(xiàng)目概況

南歐江是湄公河在老撾境內(nèi)最大支流，發(fā)源于中國(guó)云南省江城縣與老撾豐沙里省接壤的邊境山脈一帶。

南歐江梯級(jí)水電站集控中心是正在建設(shè)的南歐江電力運(yùn)維中心的一部分，位于老撾瑯勃拉邦省。所轄的南歐江7個(gè)梯級(jí)電站總裝機(jī)約為127.2萬kW，項(xiàng)目在2020年底完工。

2 ?電站衛(wèi)星通信的必要性

水電站通常處于距離城市較遠(yuǎn)的偏遠(yuǎn)地區(qū)，發(fā)生自然災(zāi)害時(shí)很難快速組織人員處理，此時(shí)對(duì)外通信顯得非常迫切。

根據(jù)行業(yè)規(guī)范，電力系統(tǒng)重要數(shù)據(jù)的傳輸必須采用一套主用通道和一套備用通道，主備同時(shí)工作。平時(shí)主通道傳輸生產(chǎn)運(yùn)行、和調(diào)度管理的各種業(yè)務(wù)，如果主通道意外中斷，重要監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及調(diào)度語音業(yè)務(wù)能夠自動(dòng)地在備用通道上傳輸。主用和備用通信通道必須相對(duì)獨(dú)立，采用不同的通信技術(shù)去實(shí)現(xiàn)。

南歐江集控通信的主要通信通道設(shè)計(jì)為建立在老撾電網(wǎng)OPGW光纜上的大容量光纖通信通道，如果任何一段主要OPGW光纜線路發(fā)生斷線故障，流域集控中心將完全失去與后端電站的通信聯(lián)系，對(duì)電網(wǎng)安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。因此，構(gòu)建另一套可獨(dú)立運(yùn)行的、不同實(shí)現(xiàn)方式的通信網(wǎng)作為備用和應(yīng)急通信方式，是非常必要的。

衛(wèi)星通信是一種在大氣中借助電磁波傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?，具有抗自然?zāi)害、恢復(fù)能力較強(qiáng)的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的光纖通信方式相比，衛(wèi)星通信可確保在特殊情況，包括地面輸電線路倒桿或網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)遭到破壞的情況下，可及時(shí)、快速、可靠地提供通信服務(wù)，以便實(shí)施快速救援或應(yīng)急指揮。

衛(wèi)星通信的主要優(yōu)點(diǎn)在于：（1）通信范圍大;（2）抗毀能力強(qiáng)，不易受自然災(zāi)害影響;（3）衛(wèi)星站點(diǎn)設(shè)備較少，建設(shè)周期短;（4）易于實(shí)現(xiàn)多址數(shù)據(jù)的匯聚和分發(fā);（5）數(shù)據(jù)帶寬可靈活調(diào)整。

這些特點(diǎn)都非常符合南歐江流域大范圍多點(diǎn)集控通信的需要，因此根據(jù)南歐江集控的實(shí)際情況，選用衛(wèi)星通信作為系統(tǒng)通信的備用通信方式，可以很好地彌補(bǔ)光纖通信抗自然災(zāi)害能力較差的短板，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)集控通信系統(tǒng)的高可靠性。

3 ?項(xiàng)目需求

集控通信項(xiàng)目現(xiàn)有1個(gè)水電站集控中心，7個(gè)已建成的水電站，要求將下屬7個(gè)流域電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控信號(hào)、調(diào)度數(shù)據(jù)和調(diào)度電話傳回集控中心，同時(shí)也需要由集控中心以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的形式向下屬電站下達(dá)指令。

集控中心與電站間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，要求系統(tǒng)按每路數(shù)據(jù)實(shí)際容量動(dòng)態(tài)分配帶寬，總的衛(wèi)星帶寬為上行1.0 Mbps，下行1.0 Mbps[1]。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)需兼顧互聯(lián)網(wǎng)需求，以及后期可與國(guó)內(nèi)總部通信。

需求如下：（1）南歐江集控中心作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的管理控制協(xié)調(diào)中心，負(fù)責(zé)管理所有鏈路的衛(wèi)星帶寬資源、設(shè)備資源，全網(wǎng)設(shè)備鑒權(quán)認(rèn)證;（2）業(yè)務(wù)主站可與遠(yuǎn)端站單跳連接;（3）衛(wèi)星主站與端站無業(yè)務(wù)時(shí)，只發(fā)射窄帶信令載波，廣播到所有端站;（4）近期7個(gè)遠(yuǎn)端站，后期可擴(kuò)展到8個(gè)遠(yuǎn)端站;（5）帶寬日常需滿足3個(gè)遠(yuǎn)端站同時(shí)回傳數(shù)據(jù)，包括話音和監(jiān)控;應(yīng)急時(shí)刻，根據(jù)需求靈活租賃并配置信道。

4 ?衛(wèi)星通信技術(shù)方案

4.1 衛(wèi)星波段選擇

現(xiàn)在主要的商業(yè)衛(wèi)星工作頻段有Ku波段和C波段，Ku波段頻率高（12～18 GHz），天線小，接收成本低。但由于信號(hào)波長(zhǎng)短，造成雨衰較大[2]。C波段頻率低一些，分為3.7～4.2 GHz下行和5.925～6.425 GHz上行信號(hào)，衛(wèi)星天線較Ku波段的大，建站有一定難度，但是信號(hào)雨衰較小。

由于老撾地處熱帶地區(qū)，氣候濕潤(rùn)降雨量大，因此該項(xiàng)目選擇受降雨影響不大的C波段作為衛(wèi)星通信波段。

通過對(duì)老撾當(dāng)?shù)氐纳虡I(yè)衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)服務(wù)情況的調(diào)查和比較，項(xiàng)目相關(guān)人員最終選擇工作于C波段的VSAT衛(wèi)星來構(gòu)建集控衛(wèi)星通信通道。

該項(xiàng)目采用在瑯勃拉邦自建衛(wèi)星地面主站，在流域電站自建衛(wèi)星子站，然后租用商業(yè)衛(wèi)星帶寬，由老撾當(dāng)?shù)匦l(wèi)星運(yùn)營(yíng)公司進(jìn)行運(yùn)營(yíng)的方式。

4.2 通信方案

項(xiàng)目在集控中心和各流域電站建設(shè)VSAT衛(wèi)星地面站，衛(wèi)星地面站必須具備信息收發(fā)功能，當(dāng)收信時(shí)，通過地面站的衛(wèi)星天線向在軌運(yùn)行的地球同步衛(wèi)星接收頻段內(nèi)的高頻衛(wèi)星信號(hào)，再經(jīng)過LNB（高頻頭，Low Noise Block）將由天線收到的衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)過放大和下變頻，變成L波段的中頻信號(hào)，經(jīng)同軸電纜傳送給衛(wèi)星接收機(jī)的收端（RX）進(jìn)行調(diào)制解調(diào)后變成標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)口信號(hào)送入交換機(jī)與其他系統(tǒng)相連。當(dāng)發(fā)信時(shí)與收信相反，需要將衛(wèi)星接收機(jī)發(fā)端（TX）送出的信號(hào)經(jīng)過BUC（Block Up-Converter）即上變頻功率放大器，將衛(wèi)星接收機(jī)Modem輸出的中頻信號(hào)，經(jīng)過功率放大轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l射頻信號(hào)，經(jīng)天線逆向傳送到軌道同步衛(wèi)星[3-4]。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖構(gòu)成了南歐江一期集控中心衛(wèi)星通信系統(tǒng)，利用自建的4個(gè)衛(wèi)星地面?zhèn)鬏斊脚_(tái)，實(shí)現(xiàn)南歐江集控中心到1～3級(jí)水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，并且可通過路由進(jìn)行主/備通道自動(dòng)切換，實(shí)現(xiàn)主要數(shù)據(jù)在光纖網(wǎng)傳輸?shù)耐瑫r(shí)備用衛(wèi)星通道也在傳輸水電站監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

該項(xiàng)目的衛(wèi)星網(wǎng)采用的調(diào)制方式為QPSK方式[5]，其編譯碼方式為動(dòng)態(tài)3/4LDPC，最大通信速率為2 048 kb/s，門限EB/N0為3.5 dB。跟蹤損耗和線纜損耗設(shè)計(jì)小于1 dB。

各衛(wèi)星地面站建立了以網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)為中心的IP網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)， IP地址歸入該地計(jì)算機(jī)監(jiān)控網(wǎng)，由監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一劃分IP網(wǎng)段和地址。通過交換機(jī)將電站該地監(jiān)控IP網(wǎng)絡(luò)通過衛(wèi)星信道接入集控后方IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)行數(shù)據(jù)通信。IP調(diào)度電話也可通過衛(wèi)星通道實(shí)現(xiàn)前后調(diào)度雙方之間的電話通信?；赩SAT衛(wèi)星通信的系統(tǒng)把計(jì)算機(jī)監(jiān)控、語音、圖像（可選）有效地綜合在一起， 實(shí)現(xiàn)了局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的結(jié)合，有線網(wǎng)與無線網(wǎng)的結(jié)合[1]。

5 ?衛(wèi)星系統(tǒng)主要設(shè)備

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)可用度為99.9%，上下行各為99.95%，經(jīng)過鏈路計(jì)算，確定各站衛(wèi)星天線與BUC組合如下：衛(wèi)星主站：4.5 m口徑天線，40 WBUC;衛(wèi)星電站端站：2.4 m口徑天線，20 WBUC。該配置針對(duì)任一方向降雨條件下的信號(hào)增益余量均超過4個(gè)dB，確保網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

5.1 衛(wèi)星地面站構(gòu)成

衛(wèi)星地面站天饋部分選擇C波段4.5 m口徑天線40 WBUC。由于該項(xiàng)目要求較高可靠性，因此衛(wèi)星主站BUC部分與核心中頻設(shè)備，均配置為熱備系統(tǒng)，即2臺(tái)同廠 、同系列、同規(guī)格的BUC一起組成熱備系統(tǒng)，中頻也采用2臺(tái)HUB型MODEM，在網(wǎng)管的統(tǒng)一調(diào)配下實(shí)現(xiàn)中頻系統(tǒng)的熱備。在衛(wèi)星主站安裝衛(wèi)星網(wǎng)管軟件，提供對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的集中監(jiān)控、資源自動(dòng)分配、站點(diǎn)入網(wǎng)鑒權(quán)等功能，形成衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的通信樞紐。

5.2 地面站典型設(shè)備

地面站典型設(shè)備清單見表1。

6 ?衛(wèi)星通道業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)

6.1 計(jì)算機(jī)監(jiān)控業(yè)務(wù)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控業(yè)務(wù)為集控衛(wèi)星通信要求承載的一個(gè)非常重要的業(yè)務(wù)，項(xiàng)目在衛(wèi)星主站與子站衛(wèi)星設(shè)備均有TCP協(xié)議加速功能，使TCP/IP在衛(wèi)星通道上的傳輸效率大大提高，完全滿足計(jì)算機(jī)監(jiān)控業(yè)務(wù)對(duì)通道的時(shí)延要求。

6.2 路由自主管理

衛(wèi)星主站和子站的地面設(shè)備和衛(wèi)星通道滿足無人值守自動(dòng)切換的功能，具體過程如下：當(dāng)下屬水電站與集控中心光纖線路出現(xiàn)故障無法傳輸時(shí)，由路由器實(shí)時(shí)判斷路由狀況，并自動(dòng)將優(yōu)化過的集控?cái)?shù)據(jù)切換到衛(wèi)星通道上;當(dāng)?shù)孛婀饫w線路恢復(fù)后，所有業(yè)務(wù)自動(dòng)恢復(fù)。以上所有過程均由路由器自動(dòng)實(shí)現(xiàn)路由判斷、切換，無需人工介入。也可設(shè)置為雙通道同時(shí)運(yùn)行，需要監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)在衛(wèi)星通道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)根據(jù)衛(wèi)星帶寬進(jìn)行優(yōu)化[5-6]。

6.3 話音業(yè)務(wù)

該網(wǎng)絡(luò)中話音業(yè)務(wù)主要為調(diào)度電話，在地面光纖線路中斷后，提供每個(gè)子站2路到集控中心的話音通信。集控調(diào)度軟交換平臺(tái)需為每個(gè)衛(wèi)星子站提供2個(gè)話音接口，通過衛(wèi)星通道接入集控主站的調(diào)度軟交換中心。

7 ?結(jié)語

該文通過對(duì)主要衛(wèi)星通信的特點(diǎn)進(jìn)行的闡述和比較，提供了一套集控中心備用通道使用C波段VAST衛(wèi)星通信的設(shè)計(jì)方案和實(shí)施方法。

我國(guó)衛(wèi)星通信技術(shù)和運(yùn)用都與國(guó)際存在不小的差距，隨著技術(shù)的進(jìn)步，工程技術(shù)人員應(yīng)拋開對(duì)衛(wèi)星通信的偏見和陳舊認(rèn)識(shí)，更多地研究衛(wèi)星通信技術(shù)，使衛(wèi)星通信為社會(huì)發(fā)展發(fā)揮更大的作用。

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