基于北斗衛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

（國網浙江省電力公司，杭州 310000）

基于北斗衛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

（國網浙江省電力公司，杭州 310000）

由于偏遠山區無信號，導致部分發電廠電量信息無法采集，為實現浙江省內電量信息全覆蓋，采用北斗衛星短信功能進行電量信號傳輸，對衛星通信傳輸方案可行性進行深入分析。研究表明，電量信號傳輸方案可解決偏遠山區無公網信號覆蓋的發電廠電量數據采集難題。

衛星通信；非統調；發電廠；傳輸信號；遠程采集

0 引言

國網溫州供電公司目前有非統調發電廠并網用戶55個，計量點94個，主要分布泰順、文成、永嘉等7個縣市的偏遠山區，地理位置分散。自2012年開展地方發電廠電量遠程采集工作后，已實現94個計量點采集裝置全覆蓋，其中77個計量點裝有采集終端，17個計量點采用ERTU（遠方電量數據終端）采集方式。

因計量點處于偏遠山區，部分地點移動、聯通等公網信號均無覆蓋，在裝設采集終端的計量點中共有10個點無通信信號，數個計量點信號微弱，導致電量采集終端無法將電量數據信息傳輸至電量采集系統主站。

基于以上問題，考慮過多種方案，如小無線方式，但須采用點對點中繼接力，山區架設不便，維護力量不足，無法根本解決該類問題。北斗衛星系統可以實現雙向短信通信的功能，具有覆蓋面廣、穩定性高、設備小巧、結構簡單、架設拆裝方便、無需其他通信系統支持等特點，近年來已廣泛應用于測量測繪、應急通信等各領域，其在人煙稀少、自然環境惡劣、其他通信方式不便架設或無法穩定使用的地區具有明顯的應用優勢。基于北斗衛星系統的電量信號傳輸方案可解決山區發電廠電量采集終端數據傳輸難題。

1 北斗短信通信技術簡介

北斗衛星系統是一個覆蓋全國范圍的衛星定位系統，現在已發展成為可供民用定位和數據通信的系統。北斗衛星系統由3個主要部分組成：空間衛星、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站，設于北京，為民用定位與通信提供服務，并負責用戶的注冊、管理和業務開通。民用客戶終端由北斗衛星收發主機、用戶操作控制單元、民用通信協議等軟硬件組成，能夠完成用戶終端與空間衛星之間上、下行數據的處理；發送用戶業務請求，接收用戶數據，具有通用的RS232C數據接口。目前一般用戶都是在系統的服務商處購置衛星終端設備，并辦理用戶入網手續，獲得用戶使用卡后投入使用。

北斗衛星系統具有點對點雙向數據傳輸功能。以數據報告方式、數據包的形式傳輸，一次發送120個字符，可以滿足電量采集信息傳輸。

經相關資料查詢，通過北斗衛星的地面中心和民用服務中心站的服務系統，用戶從測試站發送數據至用戶中心站接收到數據一般只需3～5 s，最長時間為10 s，可以滿足電量信息等實時性不強的通信傳輸。

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

2 北斗電量傳輸系統

2.1 系統架構

北斗電量采集系統拓撲圖如圖1所示。系統由安裝于現場的多只北斗通信控制器和接入于內網的北斗服務采集器（目前考慮1個）組成，通信控制器負責從負控終端讀取數據，通過北斗通信模塊，將數據發送至北斗衛星網絡，北斗服務采集器負責接受并解析數據，以TCP/IP（網絡通信協議）方式傳送至采集前置服務器。

圖1 系統拓撲圖

該系統設計技術方案無需對原有電量信息采集系統做任何更改和設置，不會對原有電量信息采集系統產生任何影響，也無需對原有終端進行升級或更換，方案簡單有效，具有較強的實用性。

2.2 北斗采集服務器的構成

北斗采集服務器主要由北斗通信模塊和控制模塊、數據存儲、管理模塊等構成，是北斗通信網絡接入用電信息采集系統的關鍵設備，也是整個北斗通信網絡的管理及中樞智能管理設備。

北斗采集服務器的硬件采用基于Arm9嵌入式平臺，運行基于Linux2.6內核的操作系統，采用文件系統進行數據及文件的管理，重要的數據采用基于微型數據庫進行數據的存儲與管理，該服務器由看門狗、北斗通信模塊、以太網、1路維護串口等組成、數據及存儲采用Nandflash、內存采用DDR2。硬件框如圖2所示，硬件選型見表1。

圖2 北斗采集服務器系統硬件

表1 北斗采集服務器硬件選型

北斗采集服務器的軟件由系統維護管理模塊、北斗通信管理模塊、參數及數據管理模塊、事件記錄管理模塊、Socket連接管理模塊、國網規約管理模塊、主動上報管理模塊、數據包轉換模塊、北斗可靠通信管理模塊等若干業務模塊組成，整個系統為多任務多線程的設計，采用高效C語言編程，每個線程任務及管理模塊都可以獨立運行，業務模塊如圖3所示。

2.3 北斗通信控制器的構成

通信控制器主要由北斗通信模塊和采集模塊、數據存儲、管理模塊等構成，是北斗通信網絡中用于采集現場終端數據信息的采集控制設備，是整個北斗通信網絡的基層管理和采集設備。

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路維護串口、高效可靠的數據存儲器、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 北斗采集服務器系統業務模塊

圖4 北斗通信控制器系統硬件

表2 北斗通信控制器硬件選型

通信控制器的軟件由系統維護管理模塊、北斗通信管理模塊、參數及數據管理模塊、事件記錄管理模塊、數據采集模塊、數據包轉換模塊、北斗可靠通信管理模塊等若干業務模塊組成，采用高效C語言編程，每個線程任務及管理模塊都可以獨立運行，業務模塊如圖5所示。

圖5 北斗通信控制器系統業務模塊

2.4 關鍵技術

（1）目前市面的北斗報文通信成功率在95%左右，且無應答及握手機制，因此在北斗采集服務器及通信控制器中，設計可靠的通信方式，確保每次電量信息采集系統與終端的正常通信，是控制器設計成功與否的關鍵。擬采用可靠應答、握手及列數據包序號等方式建立可靠數據通信環路，以確保能夠可靠高效完成電量信息采集系統與通信控制器之間的信息交互。

（2）目前北斗I代報文1次通信最大字節數為120字節，報文的長度無法滿足電量信息采集系統與現場終端之間的數據交互功能，因此需要設計一套高效可靠的數據包轉換流程，通過分包發送完成北斗網絡的通信，并通過拼包完成電量采集系統與現場采集終端的信息交互。

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

3 結語

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

基于北斗衛星短信功能的電量信號傳輸方案，可以解決偏遠無公網信號覆蓋的非統調發電廠電量數據采集難題。作為一種數據傳輸方式，還可擴展用于非統調發電廠設備狀態信息采集、庫區水位信息采集等各項數據的傳輸，以及解決其他偏遠地區電力設備的信息采集和傳輸問題，為實現電力設備遠程監控提供穩定可靠的有效解決方案。

[1]郝斌.基于北斗衛星的野外移動定位環境監測技術研究[D].南京：南京航空航天大學，2006.

[2]谷坊祝.衛星通信技術在電力應急通信中的應用[J].電力系統通信，2009（06）∶29-32.

[3]鄧濤.衛星數據采集系統遠端站基帶信號處理[D].上海：華東師范大學，2005.

[4]肖凌杰.小水電電能質量監測裝置的研究[D].陜西：西北農林科技大學，2013.

[5]楊仕孟.電力電能計量信息采集中的通信技術應用研究[J].電子技術與軟件工程，2013（23）∶47-48.

（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，從事電費電價相關技術管理工作。