一城一北斗|基于北斗三代短報文的配電自動化終端數(shù)據(jù)交互應用

申報單位：國網(wǎng)新疆電力有限公司巴州供電公司

聯(lián)合申報單位：新疆航創(chuàng)信息技術(shù)有限公司

主要完成人：王振、巴衣爾、楊杰、劉志偉、董國慶

一、案例簡介

針對新疆巴州偏遠地區(qū)無公網(wǎng)信號、通信延遲及數(shù)據(jù)丟包等問題，本案例基于北斗三代短報文技術(shù)， 構(gòu)建電力數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)，實現(xiàn)配網(wǎng)自動化業(yè)務的高可靠傳輸與精準研判，突破傳統(tǒng)通信方式在配電自動化 終端接入的技術(shù)瓶頸。本案例在無網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域部署13臺北斗數(shù)傳終端，主站側(cè)配置1臺北斗指揮機，

形成“終端-指揮機”雙向通信架構(gòu)，支撐配網(wǎng)設備狀態(tài)監(jiān)測、遙控指令下發(fā)及故障數(shù)據(jù)回傳。為配網(wǎng)線路 故障隔離、自愈控制及實時研判提供數(shù)據(jù)支撐，顯著提升供電可靠性，減少因信息差導致的停電范圍擴大 問題。基于北斗三代短報文的配電自動化終端數(shù)據(jù)交互的技術(shù)方案與創(chuàng)新主要體現(xiàn)以下4個方面：長報文 可靠傳輸：通過指揮機側(cè)定制化數(shù)據(jù)交互軟件，突破北斗短報文單次傳輸長度限制，實現(xiàn)長數(shù)據(jù)分片傳輸 與重組，確保數(shù)據(jù)完整性和可靠性；精準時間同步：利用北斗三代高精度授時功能，終端上傳“帶時標” 消息，指揮機完整存儲后與主站同步，消除主站與現(xiàn)場時間差，解決故障研判時序誤差問題；多鏈路數(shù)據(jù) 優(yōu)化：在指揮機側(cè)擴展功能模塊，預處理多鏈路延遲數(shù)據(jù)，優(yōu)化主站研判策略，避免因通信延遲導致的誤 判；自主可控通信：依托北斗三代國產(chǎn)化信道與加密傳輸技術(shù)，構(gòu)建安全通信鏈路，解決偏遠地區(qū)遙控隔 離故障的通信難題，降低對GPS及公網(wǎng)的依賴。

在配電自動化終端通信連接主要由北斗數(shù)傳終端、北斗指揮機及數(shù)據(jù)交互平臺組成，支持無網(wǎng)絡區(qū)域 配網(wǎng)自動化數(shù)據(jù)回傳、設備控制及實時通信，兼容電力行業(yè)標準協(xié)議，滿足高安全、低時延業(yè)務需求。該項目攻克了北斗短報文與電力業(yè)務融合的三大難點：長數(shù)據(jù)分片傳輸與無丟包重組技術(shù)，解決傳統(tǒng)短報文 容量限制；毫秒級時間同步與“帶時標”數(shù)據(jù)融合，提升故障定位精度；多鏈路延遲數(shù)據(jù)邊緣處理，增強 主站研判可靠性。該方案實現(xiàn)全鏈路國產(chǎn)化，技術(shù)自主可控，為無網(wǎng)絡地區(qū)電力通信提供了創(chuàng)新范式，具 備行業(yè)領先水平。北斗三代在電力垂直領域的典型實踐，推動我國能源基礎設施通信技術(shù)自主化與智能化 轉(zhuǎn)型

二、技術(shù)方案

針對電力自動化數(shù)據(jù)傳輸特點，考慮加密、壓縮、可靠傳輸?shù)葯C制，考慮北斗天線室外部署及可靠性 要求，項目搭建了北斗數(shù)據(jù)交互平臺。

1)北斗三代短報文數(shù)傳終端研制。從系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)上分析，北斗三代短報文數(shù)傳終端介于業(yè)務數(shù)據(jù) 處理終端和北斗三代衛(wèi)星之間，負責完成電力業(yè)務數(shù)據(jù)的衛(wèi)星信道傳輸，是系統(tǒng)的關鍵組成部分。為了便 于北斗三代衛(wèi)星信號的接收，北斗三代短報文數(shù)傳終端應部設在室外南向空曠無遮擋區(qū)域，設備本身加裝 防護外殼，具備防雨、防塵、防潮室外防護能力。其次，北斗三代短報文數(shù)傳終端實現(xiàn)電力業(yè)務數(shù)據(jù)北斗 三代短報文形式的傳輸，將滿足電力規(guī)約的業(yè)務數(shù)據(jù)通過北斗三代短報文數(shù)傳鏈路傳輸?shù)奖倍分笓]數(shù)據(jù)處 理平臺，可以實現(xiàn)偏遠無信號覆蓋地區(qū)配電終端設備電力業(yè)務數(shù)據(jù)回傳功能。北斗三代短報文數(shù)傳終端設

備，主要由MCU、北斗通信RNSS模塊、北斗導航RNSS模塊、北斗卡、電源模塊、外殼和防護結(jié)構(gòu)、 供電和通信線纜組成。

2)業(yè)務數(shù)據(jù)處理平臺的研制。業(yè)務數(shù)據(jù)處理終端在北斗三代短報文電力自動化數(shù)傳系統(tǒng)中，介于數(shù) 據(jù)產(chǎn)生設備和北斗三代數(shù)傳終端之間。在實際應用場景中一方面連接FTU等數(shù)據(jù)發(fā)生設備，另一方面和指 揮機后端與配電自動化主站D5000平臺對接，從物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務層面看，其處于設備和平臺的中間層，集數(shù)據(jù) 匯聚、業(yè)務處理、數(shù)據(jù)分發(fā)為一體，是北斗三代短報文電力自動化數(shù)傳系統(tǒng)的業(yè)務處理的核心樞紐。業(yè)務 數(shù)據(jù)處理終端根據(jù)電力規(guī)約數(shù)據(jù)產(chǎn)生的特點，對數(shù)據(jù)進行一定形式的拆分、組合、緩存和拼接。為實現(xiàn)電 力規(guī)約數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的同步，業(yè)務數(shù)據(jù)處理終端在接收到電力業(yè)務數(shù)據(jù)時，要對數(shù)據(jù)賦予時間戳，以保證業(yè)務 數(shù)據(jù)的時間同步。此外，業(yè)務數(shù)據(jù)處理終端還可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的國密加密和壓縮，對業(yè)務數(shù)據(jù)進行本地保存 等功能。

3)北斗三代指揮機的研制。北斗三代衛(wèi)星導航系統(tǒng)已組網(wǎng)成功正式運行，系統(tǒng)繼承了原有定位技術(shù) 體制，通過“星間鏈路”也就是衛(wèi)星與衛(wèi)星之間的連接“對話”,解決了全球組網(wǎng)需要全球布站的問題。 北斗三代在北斗二號的基礎上，進一步提升性能、擴展功能，為全球用戶提供定位導航授時、全球短報文 通信和國際搜救等服務；同時在中國及周邊地區(qū)提供星基增強、地基增強、精密單點定位和區(qū)域短報文通 信服務。在北斗三代短報文電力自動化數(shù)傳系統(tǒng)中，北斗三代指揮機可以看做是北斗衛(wèi)星的一個微型站點， 上行與通信管理機互聯(lián)。接收北斗三代短報文數(shù)傳終端發(fā)送的業(yè)務數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)到指揮中心通信管理機， 同時支持與北斗三代數(shù)傳終端一對一或一對多的通信和管理功能。

三、創(chuàng)新亮點

1)配網(wǎng)數(shù)傳系統(tǒng)的研制。針對新疆等偏遠地區(qū)網(wǎng)絡盲區(qū)，研發(fā)適配軟件突破北斗短報文單次傳輸容 量限制，通過數(shù)據(jù)分幀處理與電力-北斗協(xié)議融合技術(shù)，實現(xiàn)配網(wǎng)業(yè)務數(shù)據(jù)(電壓、負荷等)與北斗三代編 碼協(xié)議無縫對接，解決無信號區(qū)域設備監(jiān)控難題，為北斗在配電自動化行業(yè)應用提供標準化范例。

2)多規(guī)約兼容分包組包策略。針對電力業(yè)務規(guī)約差異及北斗卡級傳輸限制，設計動態(tài)分包組包機制， 根據(jù)電力規(guī)約特征與北斗卡性能(單次容量、頻次),智能優(yōu)化數(shù)據(jù)緩存與分片策略，實現(xiàn)多源電力數(shù)據(jù) 與北斗短報文的高效適配，兼容IEC 60870-5-101/104等主流協(xié)議。

3)端到端國密加密傳輸。采用北斗三代自主可控衛(wèi)星信道，結(jié)合北斗數(shù)傳終端側(cè)國密四級加密與指 揮機側(cè)解密技術(shù)，規(guī)避4G/5G公網(wǎng)明文傳輸風險，抵御網(wǎng)絡攻擊，確保負荷數(shù)據(jù)、遙控指令等業(yè)務的全鏈 路安全，加密強度滿足電力行業(yè)信息安全標準。4)智能丟包重傳技術(shù)。針對長報文傳輸丟包問題，設計 多場景統(tǒng)一化重傳策略：指揮機實時校驗數(shù)據(jù)完整性并反饋缺失幀編號，終端基于優(yōu)先級觸發(fā)定向補傳， 冗余率低于5%,關鍵業(yè)務數(shù)據(jù)(故障信號、控制指令)傳輸完整率達99.9%,保障遙控操作可靠性。

該方案攻克北斗短報文與電力業(yè)務融合的協(xié)議兼容、安全加密、低帶寬高可靠傳輸三大技術(shù)瓶頸，實 現(xiàn)偏遠地區(qū)配網(wǎng)終端100%可控可測，故障隔離效率提升40%,為智能配電網(wǎng)建設提供國產(chǎn)化通信底座。