彭林 李虹 李遠 耿介雯 楊冬海

【摘要】? ? 電壓監(jiān)測儀主要安裝在配網(wǎng)側(cè)，安裝分散，且采用GPRS的方式進行通信。但GPRS通信傳輸速率低、實時性及可靠性不高，管理人員難以掌握裝置的運行狀態(tài)，很多情況下裝置模塊故障導致通訊中斷、數(shù)據(jù)異常等很難發(fā)現(xiàn)，難以保證數(shù)據(jù)監(jiān)測的全年連續(xù)性。針對以上情況，本文提出基于北斗衛(wèi)星技術(shù)的電壓監(jiān)測系統(tǒng)，將北斗衛(wèi)星的短報文應用于電壓監(jiān)測儀的定位、校時，以及電壓監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸，提高電壓監(jiān)測及運維的可靠性。

【關(guān)鍵詞】? ? 電壓監(jiān)測? ? 北斗衛(wèi)星? ? 短報文

Abstract： Voltage monitoring equipment are mainly installed in distribution network， the installation is dispersed， and GPRS is used for communication. However， the transmission rate of GPRS is low， and real-time and reliability is not high. Managers cannot grasp the operating state of the equipment. In many cases， the communication failure and data anomaly are hard to observe. Thus， it is difficult to ensure the continuity of data monitoring. According to this， this paper proposed a voltage monitoring system based on Beidou satellite technology， which applies the short message of Beidou satellite to the position， time and voltage monitoring data transmission of the voltage monitoring equipment. It will improve the reliability of voltage monitoring and operation and maintenance.

Key words： voltage monitoring; Beidou satellite; short message

引言

電壓監(jiān)測儀是一種安裝場景多樣、覆蓋地域廣的儀表，其作用在于監(jiān)測各類線路的電壓合格率;從電網(wǎng)角度看，電壓監(jiān)測儀安裝位置覆蓋發(fā)、變、配等多個環(huán)節(jié)，尤其集中在配電網(wǎng)。由于電壓監(jiān)測儀覆蓋面廣，目前常選擇GPRS通訊[1-2]，而GRPS通訊技術(shù)存在傳輸速率較低、實時性、可靠性不高，數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量太依賴各營業(yè)商的基站分配、密度等，對于實時性要求很高的業(yè)務，其很難滿足，如校時、停電事件等實時性要求很高的業(yè)務。

目前對電壓監(jiān)測儀的管理，普遍采用人工巡維的方式[3]。由于安裝量大，安裝位置分散，管理人員很難掌握裝置運行狀態(tài)，在很多情況下，由于裝置模塊的故障導致通訊中斷、數(shù)據(jù)異常等難以被發(fā)現(xiàn)，因此，難以保證數(shù)據(jù)監(jiān)測的全年連續(xù)性。

北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)是我國正在實施的自主發(fā)展、獨立運行的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，具有全天候、無死角、高精度、實時回傳等特點，成功應用在農(nóng)業(yè)、水利、漁業(yè)等諸多領域[4]，因此，本文將北斗衛(wèi)星技術(shù)應用于電壓監(jiān)測系統(tǒng)，將北斗衛(wèi)星的短報文應用于電壓監(jiān)測儀的定位、校時，以及電壓監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸，以提高電壓監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性，同時降低運維的工作成本，提高運維的工作效率。

一、北斗短報文通信技術(shù)的優(yōu)勢

北斗衛(wèi)星系統(tǒng)可在所覆蓋范圍內(nèi)為各類用戶提供高精度的定位和授時服務，目前已經(jīng)覆蓋“一帶一路”國家地區(qū)。北斗衛(wèi)星的定位精度為10m，授時精度為10ns[5-6]，滿足絕大部分用戶的定位和授時需求。同時，北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的短報文通信具備信息量小、實時性高、覆蓋范圍廣、傳輸安全可靠等優(yōu)點，特別是對于同時需要進行精確定位和信息傳遞的應用場景，有著得天獨厚的優(yōu)勢，可滿足安裝在現(xiàn)場的電壓監(jiān)測儀與電壓監(jiān)測主站間信息的實時傳遞需求，為電壓監(jiān)測運維人員提供精準的定位服務，提高工作的便利性。因此，將北斗短報文通信方式應用于電壓監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸，不僅能夠解決電壓監(jiān)測儀目前存在的通信及定位問題，還能提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎桶踩浴?/p>

二、基于北斗短報文的電壓監(jiān)測系統(tǒng)設計

2.1系統(tǒng)總體架構(gòu)

電能監(jiān)測系統(tǒng)采用分層式結(jié)構(gòu)，將系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集層、北斗通信層，以及主站應用層。數(shù)據(jù)采集層包括安裝在各電壓監(jiān)測點的帶北斗通信功能的電壓監(jiān)測儀，用于對各監(jiān)測點的電壓數(shù)據(jù)的采集;北斗通信層包括北斗指揮機及通信服務器，用于電壓監(jiān)測儀與主站之前的數(shù)據(jù)采集與傳輸;主站應用層包括數(shù)據(jù)庫服務器、Web服務器等服務器群，用于數(shù)據(jù)的存儲、分析、應用與展示等。電壓監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

2.2電壓監(jiān)測系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

電壓監(jiān)測系統(tǒng)軟件主要由以下四個模塊組成：

1）配置與管理模塊，主要用于系統(tǒng)運行前的配置，包括系統(tǒng)參數(shù)配置模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊;

2）數(shù)據(jù)采集與存儲模塊，主要用于實現(xiàn)與電壓監(jiān)測終端的通信，采集電壓數(shù)據(jù)并存儲到數(shù)據(jù)庫中，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)服務器模塊;

3）通信管理模塊，主要是用戶實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與存儲模塊與裝置的通信，主要包括網(wǎng)絡橋接程序;

4）信息發(fā)布模塊，通過Web實現(xiàn)電壓數(shù)據(jù)的查詢與分析，包括數(shù)據(jù)分析、臺賬管理、數(shù)據(jù)管理、事件查詢等功能。

軟件功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

三、北斗短報文通信方案設計

由于北斗短報文技術(shù)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l度（每分鐘一次）和每次傳輸?shù)拈L度（76字節(jié)）有限制，因此，電壓監(jiān)測儀和電壓監(jiān)測主站不適合在北斗短報文信道上通過現(xiàn)有的通信規(guī)約進行通信，因此需要制定采用北斗短報文通信時，電壓監(jiān)測儀與電壓監(jiān)測主站之間的通信規(guī)約。

3.1 通信規(guī)約基本約定

適用于北斗短報文的通信規(guī)約有以下基本約定：

1）所有數(shù)據(jù)采用大端格式進行傳輸，即0x1234的發(fā)送順序為0x12、0x34;

2）正常情況下，所有數(shù)據(jù)均由電壓監(jiān)測儀主動上送到主站，主站無需確認。若發(fā)現(xiàn)上送的數(shù)據(jù)有缺失，則發(fā)送數(shù)據(jù)補召命令，然后等待設備主動上送缺失的數(shù)據(jù);

3）電壓監(jiān)測儀設有報文發(fā)送隊列，且支持高優(yōu)先級報文優(yōu)先發(fā)送。

3.2報文基本格式設計

報文按照地址域、報文類型、監(jiān)測通道、數(shù)據(jù)域的順序進行排列，其基本格式如表1所示。

其中，報文類型標識出報文的類型，數(shù)據(jù)域為報文的具體內(nèi)容。

3.3電壓監(jiān)測儀上送報文內(nèi)容設計

根據(jù)通信規(guī)約的基本約定，電壓監(jiān)測儀在正常情況下，主動將數(shù)據(jù)上送至主站，上送的數(shù)據(jù)類型包括：

1）電壓分鐘數(shù)據(jù)：用來上傳5分鐘電壓分鐘數(shù)據(jù)，每小時發(fā)送一條報文，將前一小時內(nèi)的12個電壓分鐘數(shù)據(jù)上送到主站;

2）電壓日統(tǒng)計數(shù)據(jù)：用來上傳電壓日統(tǒng)計數(shù)據(jù)，每日發(fā)送此報文，將前一日的電壓統(tǒng)計數(shù)據(jù)上送到主站;

3）電壓月統(tǒng)計數(shù)據(jù)：用來上傳電壓月統(tǒng)計數(shù)據(jù)，每月發(fā)送此報文，將前一個月的電壓月統(tǒng)計數(shù)據(jù)上送到主站;

4）位置數(shù)據(jù)：用來上傳電壓監(jiān)測儀的位置數(shù)據(jù)，按照設定的時間間隔，將當前的位置信息上送到主站;

5）自檢事件數(shù)據(jù)：若發(fā)生了自檢事件，將在下一個北斗短報文發(fā)送窗口到來時將自檢事件上送到主站，自檢事件包括裝置上電、電壓越上限、電壓越上限恢復、電壓越下限、電壓越下限恢復、停電、來電等事件信息;

6）監(jiān)測參數(shù)：用來上傳設備某個監(jiān)測通道的監(jiān)測參數(shù)，裝置每次上電后，主動上送一次監(jiān)測參數(shù)，在主站請求讀取時，以此報文進行響應;

7）基本信息：用來上送設備的基本信息，裝置每次上電后，主動上送一次基本信息，在主站請求讀取時，以此報文進行響應。

3.4電壓監(jiān)測系統(tǒng)下發(fā)報文內(nèi)容

根據(jù)通信規(guī)約的基本約定，電壓監(jiān)測系統(tǒng)在檢測到數(shù)據(jù)缺失時，將向電壓監(jiān)測儀請求數(shù)據(jù)的上送，請求內(nèi)容包括：

1）請求電壓分鐘數(shù)據(jù)：用來請求設備上傳電壓分鐘數(shù)據(jù)，設備在接到主站的此請求后，應以電壓分鐘數(shù)據(jù)上送報文上送主站請時間段的電壓分鐘數(shù)據(jù);

2）請求電壓日統(tǒng)計數(shù)據(jù)：用來請求設備上傳電壓日統(tǒng)計數(shù)據(jù)，設備在接后到主站的此請求后，應以電壓日統(tǒng)計數(shù)據(jù)上送報文上送主站請求時間段的電壓日統(tǒng)計數(shù)據(jù);

3）請求電壓月統(tǒng)計數(shù)據(jù)：用來請求設備上傳電壓月統(tǒng)計數(shù)據(jù)，設備在接后到主站的此請求后，應以電壓月統(tǒng)計數(shù)據(jù)上送報文上送主站請求時間段的電壓月統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

此外，也可以通過手動請求的方式，向電壓監(jiān)測儀要求數(shù)據(jù)的上送，包括：

1）請求位置數(shù)據(jù)：用來請求設備上傳位置數(shù)據(jù)，設備在接后到主站的此請求后，應以位置數(shù)據(jù)上送報文上送設備最近一次的位置數(shù)據(jù);

2）請求監(jiān)測參數(shù)：用來請求設備上傳監(jiān)測參數(shù)，設備在接后到主站的此請求后，應以監(jiān)測參數(shù)上送報文上送設備的監(jiān)測參數(shù);

3）寫入監(jiān)測參數(shù)：用來請求設備寫入新的監(jiān)測參數(shù)，設備在接后到主站的此請求后，應以監(jiān)測參數(shù)上送報文上送修改后的監(jiān)測參數(shù);

4）請求基本信息：用來請求設備上傳基本信息，設備在接后到主站的此請求后，應以基本信息上送報文上送設備的基本信息。

根據(jù)以上設計的通信方案以及數(shù)據(jù)采集的類型，可以滿足電壓監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析、臺賬管理、數(shù)據(jù)管理，及事件查詢等功能的應用，同時也能高效穩(wěn)定地對電壓監(jiān)測儀進行定位、校時。

四、總結(jié)

北斗通信技術(shù)能同時實現(xiàn)校時、定位、數(shù)據(jù)傳輸功能，可以解決目前對電壓監(jiān)測儀運維困難，且GPRS通信可靠性不高的問題。本文將北斗通信技術(shù)應用于電壓監(jiān)測系統(tǒng)，在具備北斗通信功能的電壓監(jiān)測儀的支持下，設計了電壓監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)及功能，并基于北斗短報文的特點，設計了適用于北斗短報文的通信規(guī)約，滿足對電壓監(jiān)測儀的定位、校時，以及電壓監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸，可提高電壓監(jiān)測及運維的可靠性。

參? 考? 文? 獻

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