基于北斗短報(bào)文技術(shù)的電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

彭林 李虹 李遠(yuǎn) 耿介雯 楊冬海

【摘要】? ? 電壓監(jiān)測(cè)儀主要安裝在配網(wǎng)側(cè)，安裝分散，且采用GPRS的方式進(jìn)行通信。但GPRS通信傳輸速率低、實(shí)時(shí)性及可靠性不高，管理人員難以掌握裝置的運(yùn)行狀態(tài)，很多情況下裝置模塊故障導(dǎo)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(cè)的全年連續(xù)性。針對(duì)以上情況，本文提出基于北斗衛(wèi)星技術(shù)的電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將北斗衛(wèi)星的短報(bào)文應(yīng)用于電壓監(jiān)測(cè)儀的定位、校時(shí)，以及電壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸，提高電壓監(jiān)測(cè)及運(yùn)維的可靠性。

【關(guān)鍵詞】? ? 電壓監(jiān)測(cè)? ? 北斗衛(wèi)星? ? 短報(bào)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(cè)儀是一種安裝場(chǎng)景多樣、覆蓋地域廣的儀表，其作用在于監(jiān)測(cè)各類線路的電壓合格率;從電網(wǎng)角度看，電壓監(jiān)測(cè)儀安裝位置覆蓋發(fā)、變、配等多個(gè)環(huán)節(jié)，尤其集中在配電網(wǎng)。由于電壓監(jiān)測(cè)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(shí)時(shí)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(duì)于實(shí)時(shí)性要求很高的業(yè)務(wù)，其很難滿足，如校時(shí)、停電事件等實(shí)時(shí)性要求很高的業(yè)務(wù)。

目前對(duì)電壓監(jiān)測(cè)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(yùn)行狀態(tài)，在很多情況下，由于裝置模塊的故障導(dǎo)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(cè)的全年連續(xù)性。

北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)是我國正在實(shí)施的自主發(fā)展、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，具有全天候、無死角、高精度、實(shí)時(shí)回傳等特點(diǎn)，成功應(yīng)用在農(nóng)業(yè)、水利、漁業(yè)等諸多領(lǐng)域[4]，因此，本文將北斗衛(wèi)星技術(shù)應(yīng)用于電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將北斗衛(wèi)星的短報(bào)文應(yīng)用于電壓監(jiān)測(cè)儀的定位、校時(shí)，以及電壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸，以提高電壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性，同時(shí)降低運(yùn)維的工作成本，提高運(yùn)維的工作效率。

一、北斗短報(bào)文通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

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(shí)服務(wù)，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(shí)精度為10ns[5-6]，滿足絕大部分用戶的定位和授時(shí)需求。同時(shí)，北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的短報(bào)文通信具備信息量小、實(shí)時(shí)性高、覆蓋范圍廣、傳輸安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，特別是對(duì)于同時(shí)需要進(jìn)行精確定位和信息傳遞的應(yīng)用場(chǎng)景，有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，可滿足安裝在現(xiàn)場(chǎng)的電壓監(jiān)測(cè)儀與電壓監(jiān)測(cè)主站間信息的實(shí)時(shí)傳遞需求，為電壓監(jiān)測(cè)運(yùn)維人員提供精準(zhǔn)的定位服務(wù)，提高工作的便利性。因此，將北斗短報(bào)文通信方式應(yīng)用于電壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸，不僅能夠解決電壓監(jiān)測(cè)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(bào)文的電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)總體架構(gòu)

電能監(jiān)測(cè)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(yīng)用層。數(shù)據(jù)采集層包括安裝在各電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)的帶北斗通信功能的電壓監(jiān)測(cè)儀，用于對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電壓數(shù)據(jù)的采集;北斗通信層包括北斗指揮機(jī)及通信服務(wù)器，用于電壓監(jiān)測(cè)儀與主站之前的數(shù)據(jù)采集與傳輸;主站應(yīng)用層包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Web服務(wù)器等服務(wù)器群，用于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析、應(yīng)用與展示等。電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

2.2電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件主要由以下四個(gè)模塊組成：

1）配置與管理模塊，主要用于系統(tǒng)運(yùn)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(chǔ)模塊，主要用于實(shí)現(xiàn)與電壓監(jiān)測(cè)終端的通信，采集電壓數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊;

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

4）信息發(fā)布模塊，通過Web實(shí)現(xiàn)電壓數(shù)據(jù)的查詢與分析，包括數(shù)據(jù)分析、臺(tái)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(bào)文通信方案設(shè)計(jì)

由于北斗短報(bào)文技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l度（每分鐘一次）和每次傳輸?shù)拈L(zhǎng)度（76字節(jié)）有限制，因此，電壓監(jiān)測(cè)儀和電壓監(jiān)測(cè)主站不適合在北斗短報(bào)文信道上通過現(xiàn)有的通信規(guī)約進(jìn)行通信，因此需要制定采用北斗短報(bào)文通信時(shí)，電壓監(jiān)測(cè)儀與電壓監(jiān)測(cè)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(bào)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(jìn)行傳輸，即0x1234的發(fā)送順序?yàn)?x12、0x34;

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

3）電壓監(jiān)測(cè)儀設(shè)有報(bào)文發(fā)送隊(duì)列，且支持高優(yōu)先級(jí)報(bào)文優(yōu)先發(fā)送。

3.2報(bào)文基本格式設(shè)計(jì)

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

其中，報(bào)文類型標(biāo)識(shí)出報(bào)文的類型，數(shù)據(jù)域?yàn)閳?bào)文的具體內(nèi)容。

3.3電壓監(jiān)測(cè)儀上送報(bào)文內(nèi)容設(shè)計(jì)

根據(jù)通信規(guī)約的基本約定，電壓監(jiān)測(cè)儀在正常情況下，主動(dòng)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(shí)發(fā)送一條報(bào)文，將前一小時(shí)內(nèi)的12個(gè)電壓分鐘數(shù)據(jù)上送到主站;

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

3）電壓月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：用來上傳電壓月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，每月發(fā)送此報(bào)文，將前一個(gè)月的電壓月統(tǒng)計(jì)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(cè)儀的位置數(shù)據(jù)，按照設(shè)定的時(shí)間間隔，將當(dāng)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(gè)北斗短報(bào)文發(fā)送窗口到來時(shí)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(fù)、電壓越下限、電壓越下限恢復(fù)、停電、來電等事件信息;

6）監(jiān)測(cè)參數(shù)：用來上傳設(shè)備某個(gè)監(jiān)測(cè)通道的監(jiān)測(cè)參數(shù)，裝置每次上電后，主動(dòng)上送一次監(jiān)測(cè)參數(shù)，在主站請(qǐng)求讀取時(shí)，以此報(bào)文進(jìn)行響應(yīng);

7）基本信息：用來上送設(shè)備的基本信息，裝置每次上電后，主動(dòng)上送一次基本信息，在主站請(qǐng)求讀取時(shí)，以此報(bào)文進(jìn)行響應(yīng)。

3.4電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)下發(fā)報(bào)文內(nèi)容

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

1）請(qǐng)求電壓分鐘數(shù)據(jù)：用來請(qǐng)求設(shè)備上傳電壓分鐘數(shù)據(jù)，設(shè)備在接到主站的此請(qǐng)求后，應(yīng)以電壓分鐘數(shù)據(jù)上送報(bào)文上送主站請(qǐng)時(shí)間段的電壓分鐘數(shù)據(jù);

2）請(qǐng)求電壓日統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：用來請(qǐng)求設(shè)備上傳電壓日統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，設(shè)備在接后到主站的此請(qǐng)求后，應(yīng)以電壓日統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)上送報(bào)文上送主站請(qǐng)求時(shí)間段的電壓日統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù);

3）請(qǐng)求電壓月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：用來請(qǐng)求設(shè)備上傳電壓月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，設(shè)備在接后到主站的此請(qǐng)求后，應(yīng)以電壓月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)上送報(bào)文上送主站請(qǐng)求時(shí)間段的電壓月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

此外，也可以通過手動(dòng)請(qǐng)求的方式，向電壓監(jiān)測(cè)儀要求數(shù)據(jù)的上送，包括：

1）請(qǐng)求位置數(shù)據(jù)：用來請(qǐng)求設(shè)備上傳位置數(shù)據(jù)，設(shè)備在接后到主站的此請(qǐng)求后，應(yīng)以位置數(shù)據(jù)上送報(bào)文上送設(shè)備最近一次的位置數(shù)據(jù);

2）請(qǐng)求監(jiān)測(cè)參數(shù)：用來請(qǐng)求設(shè)備上傳監(jiān)測(cè)參數(shù)，設(shè)備在接后到主站的此請(qǐng)求后，應(yīng)以監(jiān)測(cè)參數(shù)上送報(bào)文上送設(shè)備的監(jiān)測(cè)參數(shù);

3）寫入監(jiān)測(cè)參數(shù)：用來請(qǐng)求設(shè)備寫入新的監(jiān)測(cè)參數(shù)，設(shè)備在接后到主站的此請(qǐng)求后，應(yīng)以監(jiān)測(cè)參數(shù)上送報(bào)文上送修改后的監(jiān)測(cè)參數(shù);

4）請(qǐng)求基本信息：用來請(qǐng)求設(shè)備上傳基本信息，設(shè)備在接后到主站的此請(qǐng)求后，應(yīng)以基本信息上送報(bào)文上送設(shè)備的基本信息。

根據(jù)以上設(shè)計(jì)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(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析、臺(tái)賬管理、數(shù)據(jù)管理，及事件查詢等功能的應(yīng)用，同時(shí)也能高效穩(wěn)定地對(duì)電壓監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行定位、校時(shí)。

四、總結(jié)

北斗通信技術(shù)能同時(shí)實(shí)現(xiàn)校時(shí)、定位、數(shù)據(jù)傳輸功能，可以解決目前對(duì)電壓監(jiān)測(cè)儀運(yùn)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(yīng)用于電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在具備北斗通信功能的電壓監(jiān)測(cè)儀的支持下，設(shè)計(jì)了電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)及功能，并基于北斗短報(bào)文的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了適用于北斗短報(bào)文的通信規(guī)約，滿足對(duì)電壓監(jiān)測(cè)儀的定位、校時(shí)，以及電壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸，可提高電壓監(jiān)測(cè)及運(yùn)維的可靠性。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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