北斗通信技术在电力系统中的应用

北斗通信技术在电力系统中的应用

杜庆霄,刘劲松通讯作者

杭州紫光通信技术股份有限公司  浙江 杭州  311400  杭州山脉通信有限公司  浙江 杭州  311400

摘要：北斗短报文具有安全可信、信号覆盖广、接入灵活等特点。因而，采用北斗短报文通信技术能够很好地解决这些厂站电力通信问题。文章探讨应用场景包括电力应急通信、分布式电源电力信息交互、电网监测。

关键词：北斗通信；电力系统；短报文

1北斗双向短报文通信

1.1短报文交互过程

北斗双向短消息的交互流程：1）智能采集终端，即短消息发送者根据北斗通信应用协议的格式，将包括接收者的目标地址和数据信息内容的通信消息传送给客户。2）经过加密处理后，由北斗卫星将其传输到北斗地面处理中心，形成一级入网资料。3）地面处理台接收处理的初始输入数据，将其传输给北斗信息管理系统进行解码、重新编码，返回到北斗地面处理站。4）由地面处理站将数据添加到连续发送报文队列，然后通过北斗系统向目标用户发送。5）北斗指挥系统在接收到应用数据包后，对其进行反向解码，然后将其发送给用户应用程序，实现一次通信，逆向通讯程序也是如此。

1.2北斗短报文系统特点

（1）通信通道免费，维护成本低。目前，北斗卫星系统对于民用用户是完全免费的，不用每月的支付租赁费，未来如果国家进行收费，将会按照“数百元/点·年”收取年服务费。如果在运行后期出现设备的故障，仅需对设备进行故障检测，不需要像其他通信技术一样，需要对复杂的通信通道进行判别。（2）施工方便，便于维护。北斗短报文系统是在现有投运系统的基础上，把北斗导航通信一体机以及其数据嵌入到原有系统当中，不需要对原系统的任何改造，施工方便。对于电力施工的技术人员，仅需对现场操作人员进行简要培训，记忆可以独立的完成设备安装工作，相应的调试量也会减少，并且对终端设备的变更和转移时，不需要进行系统配置的修改，运行维护操作简单。

1.3数据采集与发送

电力系统的数据采集和传送系统通常包括一个主基站和N个子站，其中主基站和副基站的数据采集和发送模式应采用循环上行和交互式。循环上行模式是指子站一侧的用户终端根据特定的时间，对主基站进行定时传输，也就是主基站为主动方，主基站为接收和监控数据状态。该方法适合于通信资源紧张、成本高昂、单次通信成功率较高的场合。交互式通讯模式是在双方建立了链接或信号之后，由主站发出读、写、发指令，子站回复对应的信息，从而达到信息交流的目的，也就是主站是主动方，而副站被动等待命令和回应。

2电力系统通信现状

目前电力系统常用的通信方式包括：光纤通信、微波通信、4G无线通信等。相比较情况下，这几种传统常用的通信方式应用于分布式小电源场站，往往存在都存在一定情况下的局限性和不适用性。（1）光纤和微波通信方式。依据电网安全防护规定，须配置电力专用隔离装置、加密装置、防火墙、交换机等设备，投资成本高，设备维护工作量大。光缆的敷设，对在山区、林区、沙漠等偏远地区而言，存在极大的难度，经济效益差。光缆容易受施工破坏、覆冰、洪水、山体崩裂等自然灾害破坏，导致通信中断，而对故障排查和检修来说又极其困难。微波通信对自然环境、天气气候、建设条件等要求很高，对于偏远山区等维护难度大。（2）4G无线通信方式。4G信号存在盲区，需要应用场所附近架设无线基站，但是在山区、林区、沙漠等区域基站的分布率又明显不足，信号盲区多。信号易受干扰不稳定。由于受发射功率的影响，基站的覆盖范围有限，并且信号易受地形、气候等因素的干扰，信号稳定性差。另外由于无线通信属于公网接入方式，存在信息泄露和网络攻击等安全隐患，不符合电力系统关于信息安全的要求。

3应用场景

3.1分布式电源电力信息交互

分布式电源场站由于地理环境偏远，通过接入“北斗卫星系统”，获取卫星系统的信息，电力通信系统方案主要是，以终端采集装置，采集电力系统运行信息，然后将与“北斗卫星系统”相互连接，借助该北斗卫星系统将各类电力系统运行信息变换为北斗短报文数据格式，然后再利用北斗短报文板获取北斗卫星通信链路权限，就能够通过北斗卫星通信链路将北斗短报文数据传送到中心主站，完成分布电源电力信息的交互。

3.2电网监测

电网输电线路状态监测系统的建设，对于保障电网输电线路的安全运行是具有十分重要的意义。现阶段，电网输电线路状态监测系统主要采用技术实现方式是：基于电力专网的光纤EPON/工业以太网交换机/无线WiFi技术以及基于公网的无线技术相结合的方式为数据传输提供通信通道[2]，但是就近年来发生的自然灾害正逐渐显现这些通信方式的局限和脆弱。例如，2008年1月至2月期间，我国南方数个省因罕见的雨雪冰冻天气使得电网输电线路覆冰严重，断线、倒塔、倒杆等造成电网故障，从而导致大量电力通信光缆中断事故，大量电力数据无法有效传送，严重影响了调度自动化系统（EMS/SCADA）的正常运行。所以，在应对突发自然灾害环境下，保障电网关键数据有效可靠传送助力后方应急处置快速恢复电网正常运行，是电网输电线路状态监测系统面临急需解决的难题。为提高输电线路状态监测系统的通信能力，通过在通信规约中加入电力杆塔、线路及重要输变电三维姿态保证了电网关键监控信息的传输，实现对电网的物理姿态监控。

3.3北斗通信技术在电力杆塔塔型监测中的具体应用

借助北斗通信技术作为通信手段，实现对电力杆塔塔型的在线监测，传入到卫星，然后转发到主站，实现对整个输电线路的监控。系统包括现场设备和局端设备，多种检测装置，安装在电力杆塔上的通信装置以及终端设备。北斗卫星可以实现输电位置和主站之间的数据处理和转换、传递，收集书店信息，传达主站制定，并且将所有数据传递到平台，方便工作人员的监测。在一些没有公网信号覆盖的偏远地区，本身输电电路的外部环境较为恶劣，监测位置并不集中，很难采取专人定点监测的方式，借助北斗通信技术，就可以进行电力杆塔监测，并且实现数据传输。一基杆塔获取监测数据时，北斗通信模块安装在塔杆处进行监测。多基杆塔塔型监测时，可以选择无线通信，火鬃邻近塔杆采集的监测数据，传递到主站。北斗通信技术可以实现对电力杆塔的集中状态检测，能采集杆塔、导线、绝缘子等相关参数数据，经过数据的整合之后，传输到通信装置，数显数据的转换和运输，进行数据传递过程，完成塔型监测，解决了偏远地区监测环境恶劣，人员定点监测难度大的问题，更为及时的传递监测数据，掌握杆塔状态。

4 结束语

基于北斗通信技术的安全可靠、覆盖范围广、灵活接入等特点，在电力系统中的应用有广泛的适用场景，特别是在电力应急通信、分布式电源场站、电网监测等领域。北斗通信开放的通信带宽容量有限，对于图像等大数据传输处理，需要进行压缩方式进行传送处理。

参考文献：

[1]惠大勇,赵华,姚剑.基于北斗的应急通信指挥系统的设计与实现[J].无线通信技术,2019,28(04):31-34+44.

[2]刘丽榕,王玉东,肖智宏,闫培丽,刘颖,辛培哲.输电线路在线监测系统通信传输方式研究[J].电力系统通信,2011,32(04):20-25.

[3]刘艳,刘晓莉,石书祝,梁穆清,刘凯.北斗短报文电网状态监测及应急通信系统[J].自动化与仪表,2015,30(01):43-47.

[4]程栩,王松,王正风,李端超,黄少雄.基于北斗卫星通信技术的电力信息传输关键技术研究及应用[J].智能电网,2017,5(08):795-799