智能电源在自动气象观测站的应用

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智能电源在自动气象观测站保障中的应用随着计算机技术及网络技术的发展，气象观测设备自动化程度越来越高，研发气象观测设备运行状态监控系统，非设备损毁性故障通过相应控制系统进行恢复就显得尤为重要[1]。通过总结近几年自动气象站故障情况，供电是影响自动气象站稳定运行的重要原因之一。针对自动气象站的电源系统进行的监测系统开发也受到关注，如于子敏等，设计的国家级自动气象站蓄电池智能控制监测系统，就解决了国家级自动气象站蓄电池状态监控及蓄电池维护问题[2]。智能电源作为高智能的电源监控管理设备也被应用到地震观测站中，实现对地震台站电源系统的远程监控[3]。

本文介绍了滨州本地自动气象站故障情况及自动站供电现状，详细介绍了自动气象站智能电源管理系统设计思路、结构组成、安装方法，实现对自动气象站电源的远程监控及控制，提高野外自动气象站的维护效率。

1自动气象站设备故障情况

滨州市地处鲁北西部，全市拥有区域自动气象站74座，这些区域站为地方政府提供气象服务发挥着无可替代的作用。探测环境、传感器、供电系统、通讯系统等都是自动气象站正常运行的影响因素，自动气象站故障则会影响气象观测资料的代表性、准确性、比较性[4]。根据山东省区域自动站近3年故障单统计，区域自动气象站因供电系统故障、采集器死机及其他通过重启设备可以解决的故障约有425起，约占总故障量的25%。滨州市自动气象观测站（包括国家级气象观测站）因供电系统故障、采集器死机及其他通过重启设备可以解决的故障约有59起，约占总故障量的26%。由此看出自动气象站的稳定运行，供电系统是一个重要因素。智能电源的在气象区域站的安装使用解决了因一个小问题造成的气象区域站设备故障，维修效率显著提高，节约了维护成本。

2自动气象观测站的供电现状

滨州市气象自动观测站众多，有大量的无人值守的区域自动站位于自然条件相对恶劣的室外，当前气象区域站的电源系统采用的是12V直流蓄电池与太阳能供电的直流供电系统，这种供电系统由电源控制器、太阳能电池板、蓄电池等组成。由于区域站观测要素少，采集器只具有生成数据文件的功能，无法生成自动站状态文件，无法对自动站的传感器采集状态、电源充电、供电状态进行监视及控制。当自动站设备故障时，值班人员往往通过发现没有观测数据来判断自动站故障，无法判断具体故障点，然后在通知维护保障人员去现场去排查故障再维修，这样维修时间长、维修成本较高，设备恢复正常运行周期较长。国家级气象观测站的电源系统采用交流供电系统，由市交流电、UPS不间断电源、蓄电池等组成。国家级气象观测站较区域自动站相比，因有值班人员定期在台站值班，探测环境更好、设备维护更加及时，再者其电源系统主要通过交流供电，因此其运行更加稳定。但随着综合气象观测的现代化改革，有许多国家气象观测站将变为无人值守台站，这样无法及时对设备状态无法实时监控。以上两种电源系统为传统意义上的供电系统，都无法对设备的供电进行智能及时的管理、监视及控制。

3智能电源构成及设计思路

智能电源由太阳能充电控制模块、短信通讯模块、控制器模块、蓄电池模块等组成的超低功耗集成模块。太阳能充电控制模块可以实现一路太阳能电池板产生的电压转为稳压的13.8V的蓄电池充电电压。短信通讯模块可以定时接受用户端发送的远程指令并进行回复，完成无线通信。蓄电池模块完成电能存储和电能的释放。控制器模块可以完成接受用户端指令信息，检测蓄电池电量储存状态，控制太阳能充电控制模块、蓄电池模块之间的电能传输，同时控制器还控制智能电源的休眠功能，降低智能电源使用功耗。智能电源的使用分两种：一种是应用于区域自动气象站的智能电源，此电源的工作方式是把太阳能电池板输出电压转换到适合蓄电池充电的电压，白天智能电源对蓄电池充电，对采集器进行供电；夜晚控制蓄电池对采集器进行供电。智能电源通过控制器模块对蓄电池的状态进行监控及通断电控制，用户端通过短信发送指令来远程监控或控制设备（图1）。另一种是应用于交流电的国家级自动气象站。其工作方式是智能电源接在采集器或传感器电源箱内变压器（交流变直流）的后端，直接对蓄电池进行监控与控制。当收到监控指令时，智能电源将蓄电池状态发送给用户端；当收到控制指令时，智能电源可直接断开或关闭蓄电池与采集器的电路连接，达到控制、重启采集器的目的（图2）。智能电源在自动气象站电源系统中的应用是全新的具有重大意义的技术改造。它与气象数据采集器的配套使用，使自动气象站装备保障管理更为全面智能。其监控的电源系统变量主要包括:蓄电池供电参数、直流输出参数、休眠时间等。同时，它可远程对自动站电源系统进行控制，对采集器进行断电重启。

4智能电源管理系统的安装

智能电源管理系统的安装分为自动气象站的硬件模块安装和智能电源管理平台的软件安装。（1）区域自动气象站智能电源模块安装。现有区域自动气象站都为太阳能方式供电。将太阳能板输出线路接入太阳能电池板输入接口，将蓄电池正负极接入电池充电输出接口，将自动站采集器供电线路接入受控供电输出接口（图3）。（2）具有交流电的国家级自动气象观测站智能电源模块安装。智能电源模块电池充电输出接口连接蓄电池，自动站采集器供电线路接入受控供电输出接口（图4）。（3）智能电源管理系统平台软件应用。所有安装了智能电源模块的自动气象观测站都通过该监控软件进行电源状态的监控，并且通过监控软件远程对智能电源模块进行断电通电和复位操作。监控软件通过召测的方式进行监控，即维护人员通过监控软件的召测功能向智能电源模块发送命令短信，模块受到命令后向平台发送电源系统状态信息，信息内容包括:蓄电池的充放电电压、负载电压、负载电流。当蓄电池电量低于设置阈值时，智能电源模块也会自动发送报警短信。（4）智能电源还可以采用移动手机发送短信的方式控制工作状态，可以随时掌握自动站电源系统的运行状态和对设备远程断电复位。

5效益

经过一段时间的试运行，智能电源对自动气象站电源系统的监测工作起到了积极的保障作用。（1）通过每天对智能电源管理平台的各个自动气象站的检查，能够提前发现自动站出现的问题，做到及早采取措施，提高了自动站稳定运行率。（2）远程解决自动站各类死机问题。自动气象站的采集器、通讯模块及有些智能传感器分采会出现死机状态，按照以往的情况就需要装备保障人员前往自动站进行解决。安装了智能电源模块后，装备保障人员就可以通过智能电源管理平台或者手机对自动站端的设备进行远程断电复位，不但提高了工作效率，而且减少了去现场修复的次数，降低了维护成本。

6结束语

智能电源在滨州市自动气象站试运行以来，对国家级自动气象站的运行率和区域自动气象站的运行维护效率都有了显著提高。滨州市区域自动气象站分布较广，如果采取以往的方式去自动站现场进行维护，不但费时费力，而且维护成本较大。因此，区域或国家级自动气象站安装智能电源，装备保障中心安装智能电源管理系统就可以智能化管理各个无人值守的自动气象站的电源系统，实时掌握台站运行状态，提高了工作效率，做到提前发现台站问题、及时解决处理。

参考文献

[1]石磊,刘静,李凤,尹宏伟.地震台智能电源Android平台控制系统.地震地磁观测与研究,2018:46-50.

[2]于子敏,常奋华,杜言霞,等.国家级自动气象站蓄电池智能控制检测系统设计.气象科技,2018,04.

[3]赵永海,吴哲.智能电源管理系统在青海省观测台网中的应用[J].高原地震，2018(03).

[4]卢雪勤,黄荟,钟祥平.区域自动气象站常见故障分析处理[J].气象研究与应用,2018,39(03):101-103,115.

作者:刘 非 田世芹 孙亚丽 单位:滨州市气象局