周強(qiáng)

（國網(wǎng)電力空間技術(shù)有限公司，北京 102200）

1 背景

全球現(xiàn)有四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，分別為美國的GPS系統(tǒng)、歐洲的伽利略系統(tǒng)、俄羅斯的格洛納斯系統(tǒng)以及中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）是我國自主研發(fā)、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，相比于GPS 的信號(hào)可靠性不能充分保障、易受“干擾”等弊端，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有抗遮擋能力強(qiáng)、服務(wù)精度更高、服務(wù)能力更強(qiáng)等特點(diǎn)。目前我國的北斗三號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也已正式開通，隨著中國衛(wèi)星事業(yè)的不斷發(fā)展，其性能有很大提高空間，應(yīng)用技術(shù)也邁進(jìn)新時(shí)代，衛(wèi)星通信、衛(wèi)星定位導(dǎo)航和衛(wèi)星遙感已逐步融入我國電力系統(tǒng)設(shè)施建設(shè)，為實(shí)現(xiàn)電力資源的優(yōu)化配置、科學(xué)調(diào)度以及高效利用發(fā)揮不可或缺的作用，助力構(gòu)建數(shù)字電網(wǎng)，支撐大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 衛(wèi)星技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前衛(wèi)星技術(shù)在電網(wǎng)的應(yīng)用場景主要包括，利用北斗的精密授時(shí)授頻、精準(zhǔn)定位與導(dǎo)航、短報(bào)文通信功能，在服務(wù)大電網(wǎng)運(yùn)行的基礎(chǔ)支撐以及其他各個(gè)環(huán)節(jié)的探索，為智能電網(wǎng)建設(shè)提供支撐。

2.1 衛(wèi)星技術(shù)對(duì)電網(wǎng)高精度授時(shí)的應(yīng)用

近年來，隨著北斗衛(wèi)星技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用推廣，結(jié)合考慮國家安全戰(zhàn)略，已逐步采用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)的授時(shí)時(shí)間源，替代GPS 或兼容應(yīng)用，電力系統(tǒng)的時(shí)間同步是智能電網(wǎng)、數(shù)字化電網(wǎng)應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。相對(duì)于衛(wèi)星定位技術(shù)來說，衛(wèi)星的定時(shí)或授時(shí)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用更加重要和普遍。目前，衛(wèi)星授時(shí)技術(shù)的主要對(duì)象為新一代智能變電站系統(tǒng)，電力系統(tǒng)自動(dòng)化、智能化的發(fā)展對(duì)時(shí)間精準(zhǔn)度的要求更加嚴(yán)格。首先，電力調(diào)度控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等各類系統(tǒng)和同步相量測量裝置（PMU）、高精度定位系統(tǒng)、電網(wǎng)故障錄波器、事件順序記錄（SOE）等設(shè)備對(duì)時(shí)間精度都有極高的要求；其次，電網(wǎng)全領(lǐng)域時(shí)間基準(zhǔn)統(tǒng)一是電網(wǎng)各級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)、發(fā)電廠、變電站、集控中心等能夠確保實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集時(shí)間一致性的基礎(chǔ)。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等各類數(shù)字化產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用發(fā)展，智能電網(wǎng)對(duì)各類電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的時(shí)鐘精度要求越來越高，此時(shí)北斗衛(wèi)星的可靠性和20ns 授時(shí)精度顯然就具備很大的優(yōu)勢，從而為智能電網(wǎng)健康穩(wěn)定運(yùn)行提供強(qiáng)有力的保障；最后，在電網(wǎng)故障分析方面，電網(wǎng)事故發(fā)生后，第一時(shí)間準(zhǔn)確地找出原因、分析故障，對(duì)大電網(wǎng)的持續(xù)安全運(yùn)行具有非常重要的意義，如因地域的差異，不同緯度、不同區(qū)域的保護(hù)行為和電網(wǎng)故障錄波器所記錄的時(shí)間會(huì)有一定誤差，使得故障原因分析不夠精準(zhǔn)。而應(yīng)用衛(wèi)星時(shí)間授時(shí)技術(shù)，能夠使保護(hù)動(dòng)作和錄波器達(dá)到時(shí)間上的精確，同步分辨率甚至可以達(dá)到微秒的程度，全面詳細(xì)地展示出電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)刻的全系列行為、操作順序，為故障的分析提供更加準(zhǔn)確的信息，實(shí)現(xiàn)精確分析電網(wǎng)故障的類型及具體細(xì)節(jié)，從而助力大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 衛(wèi)星技術(shù)對(duì)電網(wǎng)精確定位和電網(wǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測的應(yīng)用

圖1

利用衛(wèi)星定位技術(shù)對(duì)特高壓線路、重要輸電線路及部分特殊地質(zhì)條件（如山谷、河流沿岸）塔基的滑動(dòng)位移情況進(jìn)行24 小時(shí)不間斷的監(jiān)測，通過在輸電線路桿塔關(guān)鍵位置安裝衛(wèi)星定位監(jiān)測點(diǎn)設(shè)備或監(jiān)測點(diǎn)附近建設(shè)衛(wèi)星信號(hào)基準(zhǔn)站的方式，快速、準(zhǔn)確識(shí)別輸電塔基的相對(duì)偏移量，實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)甚至是毫米級(jí)精度的智能化電網(wǎng)定位，保障大電網(wǎng)輸配電環(huán)節(jié)安全可靠運(yùn)行。此外，還可充分發(fā)揮衛(wèi)星定位技術(shù)的優(yōu)勢，為電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)節(jié)提供輸變電設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，首先在電網(wǎng)輸電設(shè)備與變電設(shè)備上或附近安裝狀態(tài)監(jiān)測裝置，通過自動(dòng)智能化采集電網(wǎng)輸電、變電線路關(guān)鍵位置的氣象數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)、外部環(huán)境數(shù)據(jù)等物理數(shù)據(jù)，同步傳送到后方電網(wǎng)調(diào)控管理系統(tǒng)，通過后臺(tái)大數(shù)據(jù)的分析運(yùn)算，對(duì)重要輸電線路狀態(tài)和電網(wǎng)關(guān)鍵位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、預(yù)警、分析、診斷、評(píng)估和預(yù)測，如遇到臺(tái)風(fēng)、大雪等極端天氣和地震、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，及時(shí)采取相應(yīng)應(yīng)急處置措施防止電網(wǎng)事故發(fā)生，有效提高輸變電設(shè)備運(yùn)行管理能力、應(yīng)急處置能力和輸電線路災(zāi)害預(yù)警能力，提升大電網(wǎng)精益化運(yùn)行管理水平，服務(wù)支撐大電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 衛(wèi)星技術(shù)對(duì)電網(wǎng)短報(bào)文通信的應(yīng)用

我國地理幅員遼闊，地形特征復(fù)雜多樣，對(duì)于部分偏遠(yuǎn)地區(qū)，這些地區(qū)往往沒有公網(wǎng)信號(hào)覆蓋，也沒有光纖通信，一是由于輸電線路多位于山坡、山谷等特殊地形，存在電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳慢、回傳實(shí)時(shí)性差問題；二是電力信息采集和傳輸問題會(huì)存在信息傳送慢、服務(wù)響應(yīng)慢等問題，偏遠(yuǎn)地區(qū)傳統(tǒng)的人工抄表方式無可避免地會(huì)出現(xiàn)以上毛病，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，無法實(shí)現(xiàn)用戶用電信息“全覆蓋、全采集、全費(fèi)控”的目標(biāo)?；诒倍沸l(wèi)星通信技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，利用衛(wèi)星系統(tǒng)特有的雙向通信功能，在偏遠(yuǎn)地區(qū)構(gòu)建了一條暢通的通信通道，將用戶用電信息及用電服務(wù)需求無縫接入到用電信息采集系統(tǒng)主站，實(shí)時(shí)、有效、可靠地獲得通信不發(fā)達(dá)地區(qū)的用電信息，解決了偏遠(yuǎn)地區(qū)用電數(shù)據(jù)采集問題，暢通群眾用電服務(wù)“最后一公里”，體現(xiàn)電網(wǎng)企業(yè)作為大國重器的社會(huì)擔(dān)當(dāng)。

3 直升機(jī)航巡技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

直升機(jī)航巡技術(shù)，是指通過直升機(jī)機(jī)身外搭載的紅外高清探頭實(shí)時(shí)捕捉輸電線路運(yùn)行情況和數(shù)據(jù)，在機(jī)載電腦中實(shí)現(xiàn)熱成像[1]。飛行結(jié)束后，系統(tǒng)自動(dòng)生成一份電網(wǎng)“體檢報(bào)告”，及時(shí)將線路缺陷、故障等情況傳送至地面電網(wǎng)運(yùn)維部門，隨后立即精確開展維護(hù)和修復(fù)工作，使得電網(wǎng)運(yùn)行檢修工作效率大大提高。直升機(jī)航巡輸電線路主要包括兩種作業(yè)形式：直升機(jī)可見光/紅外巡查、直升機(jī)激光掃描。

直升機(jī)巡查是指直升機(jī)搭載航檢員，配備光電吊艙、照相機(jī)、防抖望遠(yuǎn)鏡設(shè)備，采集、記錄輸電線路本體和通道狀態(tài)并在線下查找缺陷的作業(yè)方式，具體業(yè)務(wù)形態(tài)有輸電線路常規(guī)可見光/紅外巡查、通道專項(xiàng)巡查、基建驗(yàn)收巡查、應(yīng)急巡查等。直升機(jī)激光掃描是指直升機(jī)搭載航檢員，配備激光掃描吊艙（含激光掃描儀、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、可見光相機(jī)等部件）、防抖望遠(yuǎn)鏡等設(shè)備，采集輸電線路本體和通道三維點(diǎn)云、可見光影像的作業(yè)方式，利用每個(gè)地面反射點(diǎn)、可見光影像描繪輸電線路通道三維場景。

直升機(jī)航巡相比于傳統(tǒng)的人工巡檢主要有以下兩個(gè)方面的優(yōu)勢。一是直升機(jī)航巡更為可靠，能夠發(fā)現(xiàn)很多傳統(tǒng)的人工巡檢方式難以發(fā)現(xiàn)的缺陷問題，由于直升機(jī)航巡時(shí)的空中視角，同時(shí)機(jī)上多種巡線設(shè)備結(jié)合使用，能夠?qū)旊娋€路桿塔、導(dǎo)線做近距離且非常直觀可靠的觀測和記錄，傳統(tǒng)人工巡檢容易受到視線遮蔽等影響，導(dǎo)致線路巡視的準(zhǔn)確性不高。二是直升機(jī)航巡能極大地提高輸電線路巡視的效率，以普通500KV 線路為例，直升機(jī)航巡速度一般在每小時(shí)18 公里左右，一天飛行正常情況下工作6 小時(shí)，一天即可巡視100 公里左右，如果采用人工巡檢的方式，在氣象、地形條件良好的情況下，大約也需要10 個(gè)人滿負(fù)荷工作12 天，同時(shí)，直升機(jī)航巡代替?zhèn)鹘y(tǒng)車馬上山，也可減少對(duì)線路周邊生態(tài)環(huán)境的破壞?，F(xiàn)如今，直升機(jī)航巡技術(shù)在電網(wǎng)運(yùn)維環(huán)節(jié)已深度應(yīng)用多年，其他直升機(jī)電力作業(yè)類型比如直升機(jī)外載荷檢修輸電線路，直升機(jī)外載荷建設(shè)輸電線路，直升機(jī)艙內(nèi)運(yùn)輸人員與物資等科目在電網(wǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)的應(yīng)用場景也有多元化趨勢，對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行都發(fā)揮著不可替代的作用。

4 衛(wèi)星技術(shù)和直升機(jī)航巡技術(shù)融合應(yīng)用前景

直升機(jī)具有可短距離起飛、垂直爬升或下滑、空中懸停時(shí)間長、超低空飛行、機(jī)動(dòng)操作靈活以及占用起降場面積小等優(yōu)點(diǎn)，隨著現(xiàn)代高新科技的發(fā)展,直升機(jī)已在各個(gè)民用領(lǐng)域包括電力行業(yè)都有了更廣泛的應(yīng)用，能夠連續(xù)、精確提供航空器實(shí)時(shí)位置、速度和航向等信息的導(dǎo)航定位設(shè)備顯得非常重要。目前現(xiàn)有幾種主要機(jī)載導(dǎo)航定位設(shè)備包括無線電羅盤、無線電高度表、多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)（GPS）。GPS 系統(tǒng)是利用衛(wèi)星定位技術(shù)進(jìn)行導(dǎo)航的全球無線電導(dǎo)航，GPS 衛(wèi)星定位的基本原理是利用3個(gè)以上衛(wèi)星的已知空間位置，用空間距離交會(huì)法，求得地面待定點(diǎn)（接收機(jī)）的位置，GPS 系統(tǒng)也是目前世界上主流的利用衛(wèi)星技術(shù)獲取定位數(shù)據(jù)的主要來源[2]。但GPS 系統(tǒng)也有一定的局限性，由于GPS 存在授權(quán)限制、抗干擾能力差、導(dǎo)航數(shù)據(jù)更新頻率低，當(dāng)載體做大機(jī)動(dòng)飛行或由地形遮蔽時(shí)，GPS 信號(hào)有可能中斷或產(chǎn)生較大誤差，所以不能完全依靠GPS 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)準(zhǔn)確的定位，近期我國實(shí)現(xiàn)了北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航在直升機(jī)上的首次應(yīng)用，提高了直升機(jī)的自主導(dǎo)航能力，擺脫了對(duì)國外全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的依賴，同時(shí)采用組合導(dǎo)航技術(shù)可以確保定位精度、穩(wěn)定性達(dá)到更高水平。

因此，衛(wèi)星技術(shù)在直升機(jī)導(dǎo)航定位環(huán)節(jié)發(fā)揮著不可或缺的作用，但是衛(wèi)星技術(shù)的航天領(lǐng)域，與直升機(jī)的低空航空領(lǐng)域，并未實(shí)現(xiàn)有效聯(lián)動(dòng)發(fā)揮效能，如何將兩者的航空航天技術(shù)優(yōu)勢有機(jī)結(jié)合，在空天技術(shù)應(yīng)用方向有所突破，全方位應(yīng)用空天數(shù)據(jù)資源，是一項(xiàng)值得深入研究探索的課題，更是戰(zhàn)略新興技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向[3]。充分發(fā)揮空天全領(lǐng)域的數(shù)據(jù)資源平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)運(yùn)維、調(diào)度運(yùn)行等環(huán)節(jié)空天數(shù)據(jù)的云管理、云應(yīng)用，在此平臺(tái)上建立大電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行管理體系，對(duì)電網(wǎng)“健康狀態(tài)”加以更全面、更多維的動(dòng)態(tài)監(jiān)測，在電網(wǎng)三維系統(tǒng)地圖融合應(yīng)用、激光掃描深化應(yīng)用、輸電通道典型地物智能識(shí)別等更多應(yīng)用場景發(fā)揮其獨(dú)特的作用。

5 總結(jié)與展望

綜上所述，空天技術(shù)領(lǐng)域尤其是電網(wǎng)空天技術(shù)領(lǐng)域有著廣闊的市場前景和應(yīng)用價(jià)值，習(xí)近平總書記對(duì)“四個(gè)革命、一個(gè)合作”的能源發(fā)展新戰(zhàn)略和構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)、數(shù)字中國建設(shè)等都作出了明確的指示，為我們指明了一條發(fā)展道路。新能源的大規(guī)模發(fā)展，必將加速數(shù)字電源、數(shù)字電網(wǎng)的發(fā)展，同時(shí)對(duì)電網(wǎng)調(diào)度、運(yùn)維、檢修、應(yīng)急等傳統(tǒng)業(yè)務(wù)提出了更高的要求，衛(wèi)星技術(shù)與直升機(jī)航巡技術(shù)融合應(yīng)用將能發(fā)揮不可或缺的作用，空天技術(shù)與電力技術(shù)的融合應(yīng)用更是蘊(yùn)涵著巨大潛力，支撐服務(wù)電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)運(yùn)維、調(diào)度運(yùn)行、防災(zāi)減災(zāi)、應(yīng)急處置等全流程業(yè)務(wù)，全力推動(dòng)新型電力系統(tǒng)建設(shè)。