歐陽柳，吳 亮，凌 輝，朱軒冕

（國網(wǎng)浙江省電力公司，杭州 310000）

基于北斗衛(wèi)星短信功能的電量信號傳輸方案的研究

歐陽柳，吳 亮，凌 輝，朱軒冕

（國網(wǎng)浙江省電力公司，杭州 310000）

由于偏遠(yuǎn)山區(qū)無信號，導(dǎo)致部分發(fā)電廠電量信息無法采集，為實(shí)現(xiàn)浙江省內(nèi)電量信息全覆蓋，采用北斗衛(wèi)星短信功能進(jìn)行電量信號傳輸，對衛(wèi)星通信傳輸方案可行性進(jìn)行深入分析。研究表明，電量信號傳輸方案可解決偏遠(yuǎn)山區(qū)無公網(wǎng)信號覆蓋的發(fā)電廠電量數(shù)據(jù)采集難題。

衛(wèi)星通信；非統(tǒng)調(diào)；發(fā)電廠；傳輸信號；遠(yuǎn)程采集

0 引言

國網(wǎng)溫州供電公司目前有非統(tǒng)調(diào)發(fā)電廠并網(wǎng)用戶55個，計(jì)量點(diǎn)94個，主要分布泰順、文成、永嘉等7個縣市的偏遠(yuǎn)山區(qū)，地理位置分散。自2012年開展地方發(fā)電廠電量遠(yuǎn)程采集工作后，已實(shí)現(xiàn)94個計(jì)量點(diǎn)采集裝置全覆蓋，其中77個計(jì)量點(diǎn)裝有采集終端，17個計(jì)量點(diǎn)采用ERTU（遠(yuǎn)方電量數(shù)據(jù)終端）采集方式。

因計(jì)量點(diǎn)處于偏遠(yuǎn)山區(qū)，部分地點(diǎn)移動、聯(lián)通等公網(wǎng)信號均無覆蓋，在裝設(shè)采集終端的計(jì)量點(diǎn)中共有10個點(diǎn)無通信信號，數(shù)個計(jì)量點(diǎn)信號微弱，導(dǎo)致電量采集終端無法將電量數(shù)據(jù)信息傳輸至電量采集系統(tǒng)主站。

基于以上問題，考慮過多種方案，如小無線方式，但須采用點(diǎn)對點(diǎn)中繼接力，山區(qū)架設(shè)不便，維護(hù)力量不足，無法根本解決該類問題。北斗衛(wèi)星系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)雙向短信通信的功能，具有覆蓋面廣、穩(wěn)定性高、設(shè)備小巧、結(jié)構(gòu)簡單、架設(shè)拆裝方便、無需其他通信系統(tǒng)支持等特點(diǎn)，近年來已廣泛應(yīng)用于測量測繪、應(yīng)急通信等各領(lǐng)域，其在人煙稀少、自然環(huán)境惡劣、其他通信方式不便架設(shè)或無法穩(wěn)定使用的地區(qū)具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢?；诒倍沸l(wèi)星系統(tǒng)的電量信號傳輸方案可解決山區(qū)發(fā)電廠電量采集終端數(shù)據(jù)傳輸難題。

1 北斗短信通信技術(shù)簡介

北斗衛(wèi)星系統(tǒng)是一個覆蓋全國范圍的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，現(xiàn)在已發(fā)展成為可供民用定位和數(shù)據(jù)通信的系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星系統(tǒng)由3個主要部分組成：空間衛(wèi)星、地面站（LES）及民用控制中心和用戶終端。

地面站是終端與終端之間相互通信的中轉(zhuǎn)站，設(shè)于北京，為民用定位與通信提供服務(wù)，并負(fù)責(zé)用戶的注冊、管理和業(yè)務(wù)開通。民用客戶終端由北斗衛(wèi)星收發(fā)主機(jī)、用戶操作控制單元、民用通信協(xié)議等軟硬件組成，能夠完成用戶終端與空間衛(wèi)星之間上、下行數(shù)據(jù)的處理；發(fā)送用戶業(yè)務(wù)請求，接收用戶數(shù)據(jù)，具有通用的RS232C數(shù)據(jù)接口。目前一般用戶都是在系統(tǒng)的服務(wù)商處購置衛(wèi)星終端設(shè)備，并辦理用戶入網(wǎng)手續(xù)，獲得用戶使用卡后投入使用。

北斗衛(wèi)星系統(tǒng)具有點(diǎn)對點(diǎn)雙向數(shù)據(jù)傳輸功能。以數(shù)據(jù)報(bào)告方式、數(shù)據(jù)包的形式傳輸，一次發(fā)送120個字符，可以滿足電量采集信息傳輸。

經(jīng)相關(guān)資料查詢，通過北斗衛(wèi)星的地面中心和民用服務(wù)中心站的服務(wù)系統(tǒng)，用戶從測試站發(fā)送數(shù)據(jù)至用戶中心站接收到數(shù)據(jù)一般只需3～5 s，最長時間為10 s，可以滿足電量信息等實(shí)時性不強(qiáng)的通信傳輸。

北斗通信模塊尺寸為40 mm×50 mm×15 mm（不含天線），小批量的購置費(fèi)用為5 000元左右，第一年入網(wǎng)注冊費(fèi)用為2 000多元，以后每年的注冊費(fèi)用為800多元，短信通信免費(fèi)。

2 北斗電量傳輸系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

北斗電量采集系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1所示。系統(tǒng)由安裝于現(xiàn)場的多只北斗通信控制器和接入于內(nèi)網(wǎng)的北斗服務(wù)采集器（目前考慮1個）組成，通信控制器負(fù)責(zé)從負(fù)控終端讀取數(shù)據(jù)，通過北斗通信模塊，將數(shù)據(jù)發(fā)送至北斗衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，北斗服務(wù)采集器負(fù)責(zé)接受并解析數(shù)據(jù)，以TCP/IP（網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議）方式傳送至采集前置服務(wù)器。

圖1 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)方案無需對原有電量信息采集系統(tǒng)做任何更改和設(shè)置，不會對原有電量信息采集系統(tǒng)產(chǎn)生任何影響，也無需對原有終端進(jìn)行升級或更換，方案簡單有效，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

2.2 北斗采集服務(wù)器的構(gòu)成

北斗采集服務(wù)器主要由北斗通信模塊和控制模塊、數(shù)據(jù)存儲、管理模塊等構(gòu)成，是北斗通信網(wǎng)絡(luò)接入用電信息采集系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，也是整個北斗通信網(wǎng)絡(luò)的管理及中樞智能管理設(shè)備。

北斗采集服務(wù)器的硬件采用基于Arm9嵌入式平臺，運(yùn)行基于Linux2.6內(nèi)核的操作系統(tǒng)，采用文件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)及文件的管理，重要的數(shù)據(jù)采用基于微型數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲與管理，該服務(wù)器由看門狗、北斗通信模塊、以太網(wǎng)、1路維護(hù)串口等組成、數(shù)據(jù)及存儲采用Nandflash、內(nèi)存采用DDR2。硬件框如圖2所示，硬件選型見表1。

圖2 北斗采集服務(wù)器系統(tǒng)硬件

表1 北斗采集服務(wù)器硬件選型

北斗采集服務(wù)器的軟件由系統(tǒng)維護(hù)管理模塊、北斗通信管理模塊、參數(shù)及數(shù)據(jù)管理模塊、事件記錄管理模塊、Socket連接管理模塊、國網(wǎng)規(guī)約管理模塊、主動上報(bào)管理模塊、數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換模塊、北斗可靠通信管理模塊等若干業(yè)務(wù)模塊組成，整個系統(tǒng)為多任務(wù)多線程的設(shè)計(jì)，采用高效C語言編程，每個線程任務(wù)及管理模塊都可以獨(dú)立運(yùn)行，業(yè)務(wù)模塊如圖3所示。

2.3 北斗通信控制器的構(gòu)成

通信控制器主要由北斗通信模塊和采集模塊、數(shù)據(jù)存儲、管理模塊等構(gòu)成，是北斗通信網(wǎng)絡(luò)中用于采集現(xiàn)場終端數(shù)據(jù)信息的采集控制設(shè)備，是整個北斗通信網(wǎng)絡(luò)的基層管理和采集設(shè)備。

通信控制器硬件采用嵌入式平臺，由看門狗、北斗通信模塊、1路RS485采集接口、1路維護(hù)串口、高效可靠的數(shù)據(jù)存儲器、大容量的RAM等組成。硬件框圖如圖4所示，硬件選型見表2。

圖3 北斗采集服務(wù)器系統(tǒng)業(yè)務(wù)模塊

圖4 北斗通信控制器系統(tǒng)硬件

表2 北斗通信控制器硬件選型

通信控制器的軟件由系統(tǒng)維護(hù)管理模塊、北斗通信管理模塊、參數(shù)及數(shù)據(jù)管理模塊、事件記錄管理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換模塊、北斗可靠通信管理模塊等若干業(yè)務(wù)模塊組成，采用高效C語言編程，每個線程任務(wù)及管理模塊都可以獨(dú)立運(yùn)行，業(yè)務(wù)模塊如圖5所示。

圖5 北斗通信控制器系統(tǒng)業(yè)務(wù)模塊

2.4 關(guān)鍵技術(shù)

（1）目前市面的北斗報(bào)文通信成功率在95%左右，且無應(yīng)答及握手機(jī)制，因此在北斗采集服務(wù)器及通信控制器中，設(shè)計(jì)可靠的通信方式，確保每次電量信息采集系統(tǒng)與終端的正常通信，是控制器設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵。擬采用可靠應(yīng)答、握手及列數(shù)據(jù)包序號等方式建立可靠數(shù)據(jù)通信環(huán)路，以確保能夠可靠高效完成電量信息采集系統(tǒng)與通信控制器之間的信息交互。

（2）目前北斗I代報(bào)文1次通信最大字節(jié)數(shù)為120字節(jié)，報(bào)文的長度無法滿足電量信息采集系統(tǒng)與現(xiàn)場終端之間的數(shù)據(jù)交互功能，因此需要設(shè)計(jì)一套高效可靠的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換流程，通過分包發(fā)送完成北斗網(wǎng)絡(luò)的通信，并通過拼包完成電量采集系統(tǒng)與現(xiàn)場采集終端的信息交互。

（3）北斗采集服務(wù)器除了自身與電量信息采集系統(tǒng)之間通過以太網(wǎng)建立Socket連接通信之外，還需要借助該公用通道為每一個現(xiàn)場采集終端建立1個Socket連接，以保證每個現(xiàn)場采集終端實(shí)時在線，且達(dá)到電量信息采集系統(tǒng)在不需要改變對現(xiàn)場終端管理流程的情況下，透明地管理每個現(xiàn)場運(yùn)行終端，以實(shí)現(xiàn)原有系統(tǒng)快速方便接入的目的。

3 結(jié)語

目前已完成基于北斗衛(wèi)星短信功能的電量信號傳輸方案的初步設(shè)計(jì)，通過和采集終端生產(chǎn)廠商的合作研究論證，認(rèn)為技術(shù)可行。并且該系統(tǒng)方案主要依托現(xiàn)有比較成熟的各項(xiàng)技術(shù)，硬件開發(fā)成本相對不高，通過與廠商的合作，部分子模塊功能可直接利用，也可保證開發(fā)效率。近期已對北斗通信模塊進(jìn)行測試，并在溫州偏遠(yuǎn)山區(qū)小水電站進(jìn)行試點(diǎn)，對通信速率、可靠性、適用性等進(jìn)行全面評估。

基于北斗衛(wèi)星短信功能的電量信號傳輸方案，可以解決偏遠(yuǎn)無公網(wǎng)信號覆蓋的非統(tǒng)調(diào)發(fā)電廠電量數(shù)據(jù)采集難題。作為一種數(shù)據(jù)傳輸方式，還可擴(kuò)展用于非統(tǒng)調(diào)發(fā)電廠設(shè)備狀態(tài)信息采集、庫區(qū)水位信息采集等各項(xiàng)數(shù)據(jù)的傳輸，以及解決其他偏遠(yuǎn)地區(qū)電力設(shè)備的信息采集和傳輸問題，為實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控提供穩(wěn)定可靠的有效解決方案。

[1]郝斌.基于北斗衛(wèi)星的野外移動定位環(huán)境監(jiān)測技術(shù)研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2006.

[2]谷坊祝.衛(wèi)星通信技術(shù)在電力應(yīng)急通信中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)通信，2009（06）∶29-32.

[3]鄧濤.衛(wèi)星數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)遠(yuǎn)端站基帶信號處理[D].上海：華東師范大學(xué)，2005.

[4]肖凌杰.小水電電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的研究[D].陜西：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2013.

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（本文編輯：陸 瑩）

Research of Electric Energy Signal Transmission Scheme Based on Beidou Satellite Message Function

OUYANG Liu，WU Liang，LING Hui，ZHU Xuanmian
（State Grid Zhejiang Electric Power Company，Hangzhou 310000，China）

Due to lack of signal in remote areas，electric energy information of some power plants can not be collected.In order to fulfill overall coverage of electric energy information in Zhejiang province，message function of Beidou satellite is employed for electric signal energy transmission.The paper conducts an indepth feasibility analysis on electric energy signal transmission scheme based on satellite communication.The research shows that this scheme can solve the difficulty of electric energy information acquisition in remote rural power plants without coverage of public communication networks.

satellite communication；non-unified control；power plant；transmission signal；remote acquisition

TM764

B

1007-1881（2015）09-0034-03

2015-03-24

歐陽柳（1975），女，高級工程師，從事電費(fèi)電價相關(guān)技術(shù)管理工作。