2024年基于北斗三号组合技术在高海拔山区小水电安生保电中的应用研究报告

报告人：贵州电网有限公司电力科学研究院欧家祥 目录 1.背景2.研究内容3.实施效果4.总结 1.1背景一新质生产力与小水电业务深度融合 贵州全省喀斯特地貌，河流纵横、水力丰富 以往数十年小水电生产运营经验丰富，在当今新质生产力要求下，为确保生态和新能源两手同时抓的同时，仍存在痛点问题 1.运行多年小水电基础设施安全及电站鲁棒性不掌握2.极端天气频发导致河流水量丰枯与用电峰谷矛盾：3.生态环境新要求下如何发挥流域水利最大能力4.如何在应急状态下确保必要的监管通信手段， 具有明确需求和重要意义。 1.2背景一痛点、难点 实现传统小水电数字化升级，为后续的精益联动管理奠定数据采样基础。 基础安稳运用北斗高精度定位技术，对高龄小水电基础设施提供安稳监测；应急通信一运用北斗三号短报文提供应急通信手段：鲁棒性量化一一对蓄水、发电量、坝体、温湿度、降雨等鲁棒性参数实时采集；数字化升级一小水电管理从传统填表式升级到物联传感式直观管理运用3D可视化技术实现站端管理和远程监管直观、透明 目录 1.背景2.研究内容3.实施效果4.总结 2.1主要技术内容-摘要 运用南网CORS服务及RTK技术监测坝体及基础设施安稳； 运用物联网传感器监测库区水位及气象要素；运用短报文+专网4G通信确保全站鲁棒性参数采样通信：运用模版及建模技术实现数据展示动态化运用无线自组网实现站内数据快捷交互：运用边缘计算技术实现站端数据本地高速处理： 2.2组件研发1一北斗高精度形变监测终端 通过研发厘米级高精度定位设备，以及适配RTK解算数据频度和带宽要求的自组网无线通信技术运用边缘计算，解决站内高精度监测大量数据交互问题，结果上传远端，实现小水电坝体和基础设施安稳监测。 2.2 组件研发2站内无线自组网通信模块 通过研发自组网通信模块主从机，运用433MHz叫射频通信技术频点穿透性好、通量高的特性，解决了山区小水电站河道崎环境阻碍通信问题，实现了小水电站内对蓄水、发电量、坝体、温湿度降雨等鲁棒性参数实时采集。 特点 433MHz频率穿山传输能力强>实现1300m有源传输》多点同传、单点单传；海量高频数据免费高可靠交互低功耗低发热。 2.2组件研发3一北斗三号授时与短报文/4G通信一体机中国南方电网 通过研发北斗三号授时与短报文/4G通信一体机，运用北斗三号较高带宽卫星短报文技术及嵌入式集成技术，解决了小水电站常规数据通信差及应急通信问题，实现了电站生产和应急指挥数据畅通 传输经工控机整合的形变、水情、气象计量四大鲁棒性参数 通信频度1分钟~5分钟~15分钟~30分钟远程设置；带宽200汉字/60秒；>4G通道采用南方电网APN专卡一站双机，四通道，灵活搭配；现场侧本地北斗授时对时。 2.2组件研发4一北斗三号主站设备 通过开发多源异构北斗三号短报文编码格式，运用边缘计算机整合站端RTK解算后高精度监测数据水文数据、气象数据，以及发电计量数据等多元异构数据成单一格式，将单一格式数据通过北斗+4G通道上传远端管理主站，实现小水电站安稳及鲁棒性数据远程采集 北斗三号短报文应急+4G常规双通道主站侧北斗数据服务器四通道接收：多源异构数据编码协议轻量化接入北斗主站工作模式切换逻辑化主站自适应 2.2组件研发5一一小水电三维可视化系统软件 通过开发基于南网云和全国产技术的小水电三维可视化系统软件，运用南网海量数据平台与物理网平台的内网数据交互，解决了小水电站数据从外网通过APN卡进入安全内网的问题，实现了南网安全要求下站端数据实时内网同步 2.3安装调试现场一水坝形变监测终端免破拆安装 解决陈年水坝 最新科技水工胶粘接及化学锚栓锚定高硬砖+混凝土下压固定并防水封闭鱼型台基础最小化水流冲击侵蚀高低可定制不锈钢管稳定无误报50年一遇洪水坚挺。 不可破坏式安装难题 针对三类溢流坝的无损安装设计 贵阳贵州电科院辅楼楼顶安装北斗数据服务器；四部北斗+4G通信一体机。 2.3安装调试现场一东方红水电站 CCSG2020.AllRightsReserved CCSG2020.AllRightsReserved 各站员工体感良好，积极使用：开发了站级UI管理功能，可供站内人员浏览数字李生建模的站内所有信息 目录 1.背景2.研究内容3.实施效果4.总结 3.1实施效果一小水电三维可视化系统 系统通过3D建模，对小水电站全部基础设施实现直观展现和动态监测。 3.1实施效果一小水电三维可视化系统 鲁棒性十大要素全部建模并全天候动态监测与预警。包括海拔水位、坝体形变、降雨和发电数据。 3.1实施效果一小水电三维可视化系统 南网云部署内网浏览及现场用户APP同步。洋溪站因为是深谷电站，有危险边坡所以还加装了两处边坡监测 3.2实施效果一管理员APP 全功能鸿蒙系统APP可查阅十大鲁棒性数据，同步电站运行数据，如雨量、流量水位等。 3.3实施效果一站长水文APP 水电站站长用水文鸿蒙APP，可查询蓄水海拔水位和降雨量及温度等水文气象信息。有效助力站长排班决策广受欢迎。 3.4实施效果一自然灾害告警 2024年6月29日，铜仁、凯里遭遇五十年一遇特大暴雨，东方红电站发生了超历史极值洪水，已经安装的坝体监测点在涨水期间实现了监测报警。 3.5实施效果一形变告警 2024年3月26日，系统报警甘金桥电站坝体有形变超限波动告警，得知坝体正在进行加固作业，正吊装水泥加固，坝体上有大型机械正在施工，加高拱形坝拦水高度。由此确认是工程机械运转导致水坝发生震动，以致产生形变报警。验证了北斗高精度监测的灵敏度和准确性 目录 1.背景2.研究内容3.实施效果4.总结 研发无破损、无布线安装装置，采用站内无线通信作为下行、北斗/4G作为上行的通讯方式融合边缘技术技术，深化北斗RDSS与RNSS组合、RTK和CORS的在边远山区小水电的综合实践应用，探索技术特性，为后续进一步应用北斗，用好北斗，储备了扎实经验。 继续努力 一是目前不能对大坝内部进行形变、裂缝、沉降以及坝体内渗透监测；二是推广应用范围需要进一步扩大到更多的水电站，性价比需要进一步一高；三是民用北斗的频度受限于分钟级，导致传输小水电站应急处置数据时，存在数据延时的情况，四是相较于CORS服务，RTK的高精度的连续稳定性较差。 小水电站多处于偏远山区，自动化水平低，大多仍采用传统的手动操作模式，已经无法满足现代化生产管理的需求 汇报完毕谢谢！