一城一北斗|基于北斗短報文用電信息采集系統(tǒng)

申報單位：國網(wǎng)烏魯木齊供電公司

聯(lián)合申報單位：

主要完成人：王炯程、王世青、蔚凡、謝鵬、擺文志、胡健民

一、案例簡介

當前國網(wǎng)系統(tǒng)內有大量需要實施配電、用電信息采集的終端站點(公用臺變，專變用戶),地處偏遠 地區(qū)，距離公司電力專用通信網(wǎng)節(jié)點遠，大多都超過10公里以上，且站點分布過于分散，采用光纖通信、 無線專網(wǎng)、電力線載波等專用通信網(wǎng)覆蓋，存在建設困難、投資成本大、資源利用率低等突出矛盾。這些 站點區(qū)域內由于人口稀少，無線公網(wǎng)信號大多沒有覆蓋，即使覆蓋了信號也很弱，無法滿足配電、用電信 息采集信號回傳的通信需求。北斗用電信息采集系統(tǒng)是集現(xiàn)代通信技術、計算機軟硬件技術、用電異常判 斷告警技術、電能計量技術、電力負荷控制技術和電力營銷技術為一體的用電需求側綜合性的實時信息采 集與分析處理系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星系統(tǒng)為用電信息采集系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的上行通信信道，作為用采遠程通信 網(wǎng)絡的補充，解決上述條件惡劣且無公網(wǎng)信號或信號弱的偏遠地區(qū)的供電/用電設備與計量自動化系統(tǒng)間的 通信問題問題，實現(xiàn)由人工處理向自動化處理的轉變，助力實現(xiàn)“全覆蓋、全采集”的建設目標。

二、技術方案

1、系統(tǒng)架構：系統(tǒng)主要由北斗前置機、通信通道與采集終端三部分組成。通過北斗系統(tǒng)短報文服務 實現(xiàn)用電信息數(shù)據(jù)的傳輸，同時能夠為電力系統(tǒng)提供精準授時和定位服務。其中，

1)北斗前置機負責接入北斗主站設備及對接電力營銷用采系統(tǒng)前置，北斗前置機中主要運行了北斗 通信前置軟件與北斗用采業(yè)務前置軟件，北斗通信前置軟件負責接入北斗三號主站終端，根據(jù)北斗短報文 數(shù)據(jù)協(xié)議格式，對數(shù)據(jù)進行預處理，輸出原始數(shù)據(jù)，并進行持久化。同時負責將主站需要下發(fā)的指令組裝 成符合北斗短報文協(xié)議格式的數(shù)據(jù)，交由主站終端進行指令發(fā)送。北斗用采業(yè)務前置軟件負責將北斗短報 文數(shù)據(jù)與電力698協(xié)議數(shù)據(jù)的轉換，同時對接電力營銷用采系統(tǒng)前置，響應系統(tǒng)指令，保持終端與營銷用 采系統(tǒng)之間的通信鏈路與心跳，為營銷用采系統(tǒng)賦能北斗短報文通信功能。

2)通信信道：由現(xiàn)場北斗裝置中的北斗采集終端、北斗衛(wèi)星系統(tǒng)鏈路以及主站側北斗指揮機等設備 構成整體的北斗短報文通信信道。

3)現(xiàn)場終端由北斗采集終端及現(xiàn)場集中器/專變、電能表組成，北斗采集終與集中器/專變通過RJ45 接口，采用以太網(wǎng)的形式對接。集中器/專變采用原有方式與電表進行通信以及數(shù)據(jù)凍結，通常采用RS485 或無線載波形式進行通信。北斗采集終端代替集中器/專變終端的4G通道，通過北斗短報文形式，將采集 的凍結數(shù)據(jù)回傳至主站。

2、系統(tǒng)功能：集中器/專變具備北斗短報文通信功能，實現(xiàn)采集的凍結數(shù)據(jù)回傳；營銷用采主站具備 北斗短報文通信能力，實現(xiàn)北斗采集設備的接入，實現(xiàn)采集終端和主站的雙向短報文數(shù)據(jù)交互。進行短報 文的雙向通訊，實現(xiàn)采集終端和主站的數(shù)據(jù)交互，數(shù)據(jù)發(fā)送按規(guī)定的頻度發(fā)送，可實時接收數(shù)據(jù)，短報文 收發(fā)有效數(shù)據(jù)長度不大于北斗卡通信可用字節(jié)長度。日凍結、15min凍結數(shù)據(jù)的采集與上報。停上電事件 上報。實現(xiàn)營銷用采主站指令通過北斗短報文進行轉發(fā)。實現(xiàn)衛(wèi)星校時，可利用衛(wèi)星對終端進行校時。

三、創(chuàng)新亮點

1)突破通信盲區(qū)限制，構建自主可控的電力通信網(wǎng)絡。將北斗三號短報文通信技術與電力業(yè)務深度 融合，在無公網(wǎng)覆蓋的偏遠地區(qū)實現(xiàn)穩(wěn)定通信，解決傳統(tǒng)依賴光纖/4G網(wǎng)絡的局限性。同時通過部署北斗 指揮機及前置服務器，使得數(shù)據(jù)在安全的通道中傳輸，保障電力數(shù)據(jù)的安全性。

2)基于北斗短報文的電力數(shù)據(jù)窄帶傳輸方式。為滿足電力數(shù)據(jù)采集終端的實際數(shù)據(jù)傳輸量及業(yè)務的 開展使用，在229字節(jié)的約束下，利用電力數(shù)據(jù)分形維度分析算法壓縮數(shù)據(jù)量，利用多模態(tài)協(xié)議統(tǒng)一建模 與語義映射技術，實現(xiàn)數(shù)據(jù)對象與指令的雙向無損轉換。最后通過自動拆組包設計進行數(shù)據(jù)封裝后的傳輸。 再數(shù)據(jù)處理下，達成在業(yè)務節(jié)點內完成電力數(shù)據(jù)的傳輸，使得臺區(qū)數(shù)據(jù)傳輸完成時間降至5min內。

3)基于北斗三號短報文通信的用電信息數(shù)據(jù)采集傳輸技術。在無公網(wǎng)或地面信號薄弱地區(qū)，為滿足 “全覆蓋、全采集”的要求，大多通過人員上門抄表，本項目使用北斗短報文技術，深度優(yōu)化北斗三號終 端天線，使得完成高緯度的短報文通信；同時按照電力數(shù)據(jù)采集業(yè)務需求，定制開發(fā)用電信息采集終端， 滿足環(huán)境使用的限制，完成無公網(wǎng)區(qū)域用電信息采集任務，減少人員巡檢工作量，助力電網(wǎng)對用戶側的安 全精益化管理。