基于北斗一代的電力數(shù)據(jù)通信終端設(shè)計(jì)

賀 凡,肖 雪,張 雄

(延安大學(xué) 物理與電子信息學(xué)院,陜西 延安 716000)

0 引 言

隨著我國(guó)城鄉(xiāng)電力用戶總數(shù)和企業(yè)用電量的增加,電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模的不斷擴(kuò)大,我國(guó)電力產(chǎn)業(yè)和電網(wǎng)建設(shè)得到迅速發(fā)展[1-2]。當(dāng)前電力供應(yīng)在社會(huì)生活中的重要性不斷提高,電力供應(yīng)的穩(wěn)定性和電力數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性,已經(jīng)成為電網(wǎng)建設(shè)和電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展面對(duì)的首要問(wèn)題[3-4]。與此同時(shí),城鄉(xiāng)電力用戶對(duì)總體供電的可靠性與階段供電的質(zhì)量要求也在不斷提高,因此電力體系和電網(wǎng)建設(shè)的自動(dòng)化工作迫在眉睫。目前,已經(jīng)有很多學(xué)者對(duì)電力數(shù)據(jù)的通信問(wèn)題進(jìn)行了研究,并取得了一定的研究成果。文獻(xiàn)[5]設(shè)計(jì)了一種基于微控制器的便攜式北斗通信定位終端,該終端的控制中心為STC89C52RC微處理器,在依據(jù)通信協(xié)議的前提下,運(yùn)用通信定位模塊來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行命令和通信，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,該終端運(yùn)行情況較為穩(wěn)定,但是電力數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^(guò)程中損失率過(guò)高；文獻(xiàn)[6]設(shè)計(jì)了一個(gè)基于北斗系統(tǒng)的保密語(yǔ)音通信終端,該系統(tǒng)在全面考慮北斗業(yè)務(wù)發(fā)展的基礎(chǔ)上,將語(yǔ)音壓縮技術(shù)與多卡傳輸方法相結(jié)合,開發(fā)出一個(gè)便攜式的智能語(yǔ)音通信終端，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,該終端能夠?qū)崿F(xiàn)及時(shí)通信的目的,但是通信成本過(guò)高,實(shí)際應(yīng)用性不強(qiáng)；文獻(xiàn)[7]設(shè)計(jì)了一個(gè)基于北斗短報(bào)文協(xié)議的可靠遠(yuǎn)程通信系統(tǒng),運(yùn)用丟包重傳機(jī)制對(duì)傳輸過(guò)程中丟失的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新傳輸,并對(duì)系統(tǒng)的通信協(xié)議進(jìn)行自定義,確保了數(shù)據(jù)的完整性，該系統(tǒng)具有較高的可靠性,但是，由于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多次傳輸,存在傳輸效率低的問(wèn)題。

針對(duì)上述方法存在的數(shù)據(jù)傳輸損失率過(guò)高和通信成本過(guò)高的問(wèn)題,本文設(shè)計(jì)了一種基于北斗一代定位系統(tǒng)的電力數(shù)據(jù)通信終端系統(tǒng),利用北斗衛(wèi)星強(qiáng)大的定位功能和信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)城鄉(xiāng)電力配送網(wǎng)絡(luò)的空間地理位置信息，離線數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，傳遞與自動(dòng)化管理,加速電網(wǎng)建設(shè)和電力產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化進(jìn)程。

1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

北斗一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是全球最重要的四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之一,由我國(guó)獨(dú)立研制并擁有百分之百自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。北斗一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)從我國(guó)局部區(qū)域開始試運(yùn)行,并立足于建立一種覆蓋全球的衛(wèi)星精準(zhǔn)定位導(dǎo)航系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)十余年的發(fā)展,北斗一代衛(wèi)星系統(tǒng)能夠?yàn)槿蚍秶鷥?nèi)的用戶提供精準(zhǔn)的授時(shí)、定位和數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)[8]。目前,我國(guó)的北斗一號(hào)衛(wèi)星定位系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空、環(huán)保、森林防火、車船定位等諸多領(lǐng)域。同樣,在終端電力通信數(shù)據(jù)采集、傳輸領(lǐng)域和電網(wǎng)建設(shè)領(lǐng)域,也能夠發(fā)揮出北斗一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的積極影響。尤其在偏遠(yuǎn)山區(qū)和通信布線不便的地區(qū),北斗一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠在配電總站與配電終端之間建立一種更為穩(wěn)定的無(wú)限數(shù)據(jù)通信聯(lián)系[9]。一方面，避免了傳統(tǒng)通信模式下組網(wǎng)、布線難度過(guò)大的弊端,在降低電力布網(wǎng)成本的同時(shí),也提高了電力數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性；另一方面，北斗一代系統(tǒng)的使用,也可以促使電力數(shù)據(jù)通信終端的設(shè)計(jì)更為合理、完善,基本的數(shù)據(jù)通信功能能夠得到更可靠的保證?；诒倍芬淮ㄐ判l(wèi)星的電力數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的總體架構(gòu)主要包括：北斗導(dǎo)航衛(wèi)星、地面指揮中心、配電主站和電力終端數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示。

圖 1基于北斗一代衛(wèi)星的電力數(shù)據(jù)傳輸框架Fig.1 Power data transmission framework based on Beidou generation satellite

利用北斗一號(hào)衛(wèi)星在電力數(shù)據(jù)傳輸中可以自由轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議,并保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性[10]。配電主站傳達(dá)的指令先到達(dá)地面指揮中心,再上傳到北斗衛(wèi)星系統(tǒng),最后傳遞到系統(tǒng)的終端模塊;由電力數(shù)據(jù)終端采集到當(dāng)?shù)仉娏?shù)據(jù)信息,先傳遞到當(dāng)?shù)氐牡孛嬷笓]中心,再經(jīng)過(guò)北斗衛(wèi)星系統(tǒng)傳遞到對(duì)應(yīng)的配電總站。其中配電總站是整個(gè)系統(tǒng)的主要部分,負(fù)責(zé)對(duì)電力數(shù)據(jù)采集終端進(jìn)行監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理,配電總站是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)控自動(dòng)化的核心模塊[11],除了具有數(shù)據(jù)傳輸、指令下達(dá)和數(shù)據(jù)監(jiān)控等功能之外,還具有數(shù)據(jù)交互與處理功能,并為電力網(wǎng)絡(luò)的綜合管理和調(diào)度工作提供技術(shù)服務(wù)與支持。

2 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于北斗一代衛(wèi)星系統(tǒng)的電力數(shù)據(jù)通信終端需要保證數(shù)據(jù)通信模式的多樣性，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃约巴ㄐ诺陌踩?。鑒于電力數(shù)據(jù)通信終端還要服務(wù)于環(huán)境較為惡劣的山區(qū)地區(qū),必須考慮終端設(shè)備具有堅(jiān)固性、耐腐蝕性、安全性及易于維護(hù)等特性[12]。在功能設(shè)計(jì)方面,基于北斗一代的多模式終端還需滿足如下要求:首先終端模塊要具有良好的兼容性,能夠滿足不同封裝協(xié)議和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的要求,以保證在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸中的信號(hào)穩(wěn)定;其次數(shù)據(jù)傳輸終端內(nèi)置的存儲(chǔ)芯片可以通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)和GMS網(wǎng)絡(luò)快速傳遞到附近的配電主站,即在近距離的傳輸中一定要保持通信信號(hào)的穩(wěn)定[13];最后,模塊的各種接口在具有良好兼容性的同時(shí),還需要滿足短時(shí)間電力數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的要求,確保提取到的最新電力數(shù)據(jù)不丟失。

基于北斗一代的通信數(shù)據(jù)終端的核心硬件部分主要由MCU主控芯片、通信網(wǎng)絡(luò)接口、數(shù)據(jù)傳輸接口、電源管理模塊及其他輔助接口組成[14]。MCU主控芯片是數(shù)據(jù)通信終端的核心硬件結(jié)構(gòu),在終端的總體控制、接口處理、輸出采集傳輸、幀率格式轉(zhuǎn)換及通信網(wǎng)絡(luò)切換等方面發(fā)揮著十分重要的作用。因此，在MCU主控芯片的選擇方面需要兼顧到硬件、軟件和成本等多方面的要求?？紤]到電力數(shù)據(jù)通信的重要性程度,電力數(shù)據(jù)終端要適應(yīng)于多種電力應(yīng)用場(chǎng)景,在可靠性方面要滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求,即需要使用工業(yè)基本的電子元件和電氣元件。由于這種通信終端需要大規(guī)模的使用,且不可回收,因此在設(shè)計(jì)時(shí)也要顧忌到成本控制因素,以及終端的成本、性能、壽命和后續(xù)的連續(xù)采購(gòu)性等因素。在MCU主控芯片的性能方面至少要包括4組不同USART的串口類型,2個(gè)GOPI串口和3個(gè)SPI串口,因此選擇了兼顧成本和性能的意法半導(dǎo)體的STM32F107V型芯片。在內(nèi)部芯片的控制方面能夠做到與這些外置接口的良好兼容,還能夠降低外部電路的復(fù)雜性。STM32F107V型芯片采用ARM公司的3核微處理器,在系統(tǒng)能耗方面也能夠得到良好控制[15]。

在終端的程序功能設(shè)計(jì)方面,主控芯片的運(yùn)行程序必須具有嵌套性使用的功能,能夠同時(shí)進(jìn)行多任務(wù)處理和多種模式的電力通信數(shù)據(jù)采集與傳輸。在通信網(wǎng)絡(luò)接口模塊的選擇方面，電力數(shù)據(jù)通信終端采用了一種STM型的GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊,該模塊具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、兼容性好、抗電磁干擾的能力強(qiáng)的特點(diǎn)。接口內(nèi)部集成了多種TCP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,也支持多種參數(shù)調(diào)整與軟件配置的需要,具有雙向轉(zhuǎn)換功能,使這些接口設(shè)備在其完整的壽命周期內(nèi),能夠永遠(yuǎn)被就近的配電主站識(shí)別[16]。

通信終端中的STM型的GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊,支持3種通用型的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和嵌入式的TCP/IP協(xié)議,在電力數(shù)據(jù)的采集與通信傳輸中通過(guò)芯片引腳控制接口的開合,其中RXD引腳主要負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程指令的接收,而TXD引腳主要負(fù)責(zé)電力采集數(shù)據(jù)的發(fā)送和傳遞。配電主站的工作人員利用北斗一號(hào)衛(wèi)星發(fā)送ATX型通信信號(hào)指令集,并利用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的GPRS信息處理功能,進(jìn)行與電力數(shù)據(jù)接口模塊的對(duì)接工作[17]。無(wú)線通信數(shù)據(jù)傳輸接口模塊在通信設(shè)計(jì)方面采用了機(jī)卡分離的模式,在終端模塊系統(tǒng)工作時(shí)先將SIM卡插入,并將模塊的電路系統(tǒng)置于低電平的狀態(tài),然后調(diào)整接口其他引腳的參數(shù),實(shí)現(xiàn)電力通信數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集與控制工作。數(shù)據(jù)傳輸接口使用了當(dāng)前市面上應(yīng)用最為廣泛,性能也最為穩(wěn)定的RS-485型號(hào)總線接口,RS-485總線的理論最大輸出功率和數(shù)據(jù)通信穩(wěn)定性都優(yōu)于其他類型的并行總線,同時(shí)還具有更好的抗電磁干擾特性[18]。RS-485總線接口電路芯片型號(hào)為MAX856,理論通信距離最遠(yuǎn)能夠達(dá)到35 km。由于電力數(shù)據(jù)通信終端模塊在多模的狀態(tài)下可能會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的電磁干擾,進(jìn)而影響到終端的電力數(shù)據(jù)傳輸基本性能,因此在電路設(shè)計(jì)中需要增加多個(gè)10 kΩ的電阻器和雙通道數(shù)字信號(hào)隔離器,以保護(hù)終端模塊電路系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。

電源管理模塊主要為電力數(shù)據(jù)通信終端系統(tǒng)提供能量,并實(shí)現(xiàn)直流電與交流電之間的轉(zhuǎn)換與調(diào)整,電源管理模塊的能力靠電池供應(yīng),且電池采用可更換的充電式鋰電電池,無(wú)論是續(xù)航還是體積,鋰電池都優(yōu)于傳統(tǒng)的鉛酸電池和鎳氫電池[19]。電源模塊在工作中通過(guò)三相電路將電池供應(yīng)的5 V直流電轉(zhuǎn)化為12 V的交流電,因?yàn)榻涣麟姷碾妷恨D(zhuǎn)換效率更高,能夠使終端模塊的電壓穩(wěn)定輸出。電源管理模塊不僅為MCU主控芯片供電,還為各種其他的接口電路供電,其中主控芯片的電壓為3.6 V，其他接口電路的供電電壓為2.0 V。在電力數(shù)據(jù)通信終端模塊的工作過(guò)程中,主控芯片和其他的接口電路會(huì)受到不同程度的環(huán)境噪聲干擾和電磁干擾,為此在設(shè)計(jì)終端模塊的過(guò)程中增加了輔助接口的數(shù)字信號(hào)濾波功能,數(shù)字時(shí)鐘功能、電路復(fù)位功能以保證終端模塊系統(tǒng)的正常運(yùn)行。其中JTAG接口兼具了系統(tǒng)總體調(diào)試功能和對(duì)主控芯片的綜合檢測(cè)功能。在數(shù)據(jù)采集、上位機(jī)指令的傳達(dá)與訪問(wèn)、通信協(xié)議檢測(cè)和數(shù)據(jù)安全性預(yù)警過(guò)程中終端系統(tǒng)的JTAG接口起到了關(guān)鍵性的作用,一旦有惡意數(shù)據(jù)入侵能夠提前發(fā)出預(yù)警指令。終端模塊的時(shí)鐘接口電路和復(fù)位電路都內(nèi)置于STM32F107V型芯片中,輔助系統(tǒng)的軟件程序完成電力數(shù)據(jù)采集終端的軟流適配工作。其中時(shí)鐘接口內(nèi)部擁有功能強(qiáng)大的獨(dú)立定時(shí)功能,供電模式由電源模塊獨(dú)立供電,在有外部電源參與供電時(shí)電源管理模塊處于充電的狀態(tài),而斷開外接電源時(shí)由電源管理模塊參與供電[20]。復(fù)位電路與主控芯片之間采用I/O接口連接,具有一鍵啟動(dòng)和一鍵復(fù)位的功能,并協(xié)助時(shí)鐘電路讀取時(shí)鐘信息和終端的工作信息,此外復(fù)位電路還能夠控制軟件系統(tǒng)初始化及參數(shù)調(diào)整功能,使終端通信系統(tǒng)始終處于最優(yōu)的工作狀態(tài)。

3 軟件實(shí)現(xiàn)流程

基于北斗一代衛(wèi)星系統(tǒng)的電信數(shù)據(jù)通信終端設(shè)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)流程,主要包括配電中心控制程序、終端控制程序和監(jiān)控程序。配電中心程序在云端的虛擬機(jī)上運(yùn)行,而終端控制程序則在嵌入式ARM主板上運(yùn)行,電力通信數(shù)據(jù)的軟件程序采用C/S的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),即客戶端與服務(wù)器直接連接的方式,能夠合理分配多個(gè)終端的數(shù)據(jù)采集與傳輸任務(wù),并能夠充分地發(fā)揮出客戶端在電力數(shù)據(jù)通信中的作用。電力數(shù)據(jù)配電中心主要負(fù)責(zé)指令的發(fā)出和反饋工作,應(yīng)用系統(tǒng)的主程序與配電控制中心、終端模塊及監(jiān)控模塊分別對(duì)應(yīng),因此軟件實(shí)現(xiàn)流程的設(shè)計(jì)也分為2個(gè)主要的層次：第一級(jí)是配電指揮中心通過(guò)北斗通信衛(wèi)星與終端模塊之間通信,具體的通信連接包括上位機(jī)指令的下達(dá)和終端模塊的應(yīng)答反饋,該層次以配電中心為主導(dǎo),進(jìn)行電力數(shù)據(jù)采集和傳輸任務(wù)的分配及總體采集任務(wù)的布置,配電中心與終端模塊之間的連接通過(guò)北斗通信定位系統(tǒng)完成,采用無(wú)線傳輸?shù)姆绞?；第二?jí)是終端模塊與電力數(shù)據(jù)監(jiān)控程序之間的聯(lián)系,配電中心可以通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控程序控制和監(jiān)督電力數(shù)據(jù)通信終端的工作狀態(tài),并轉(zhuǎn)發(fā)配電中心上位機(jī)系統(tǒng)的指令。

電力數(shù)據(jù)通信多模終端程序是整個(gè)軟件實(shí)現(xiàn)流程的核心子程序,也是連接配電主站和電力數(shù)據(jù)監(jiān)控端的中樞。多模終端程序主要基于北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的基本要求設(shè)計(jì),可以轉(zhuǎn)發(fā)配電中心的指令和傳遞終端監(jiān)控程序的應(yīng)答,終端程序還負(fù)責(zé)與其他設(shè)備模塊之間的通信工作,維護(hù)通信列表的完整性和真實(shí)性。多模終端模塊的工作程序要進(jìn)行電力通信數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送、與配電主站之間的資源管理。終端模塊的主要工作流程如圖2所示。

圖 2電力數(shù)據(jù)終端系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)流程Fig.2 Software implementation flow of power data terminal system

終端模塊系統(tǒng)程序啟動(dòng)后,分別將終端系統(tǒng)的界面和各種參數(shù)初始化,并調(diào)整接口的各類型控件。如果主控芯片和各接口出現(xiàn)異常提示,需要關(guān)閉系統(tǒng)檢測(cè),并且重新啟動(dòng)。完成數(shù)據(jù)傳輸，列表選定后開始利用北斗衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行電力通信數(shù)據(jù)傳輸,在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中要實(shí)時(shí)監(jiān)控傳輸是否出現(xiàn)異常,如果出現(xiàn)異常及時(shí)返回到初始界面。多模終端模塊采用一種響應(yīng)式的工作模式,即按照配電指揮中心的總體任務(wù)布置計(jì)劃工作,接收到指令后將采集到的電力數(shù)據(jù)信息通過(guò)北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)傳輸?shù)街笓]中心,并按照新的指令開展下一步的工作。在網(wǎng)絡(luò)資源管理方面,終端模塊主要采用4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行指令的傳輸與數(shù)據(jù)的傳輸,在局部范圍內(nèi)臨近終端模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸采用WiFi模式,可以提高信號(hào)的強(qiáng)度并節(jié)省能耗。由于電力通信數(shù)據(jù)傳輸終端模塊的數(shù)量較多,這些終端模塊采集到的全部信息才是某個(gè)地區(qū)完整的電力通信數(shù)據(jù),因此有必要對(duì)全部的電力通信數(shù)據(jù)終端進(jìn)行標(biāo)號(hào)管理,賦予每一個(gè)終端模塊一個(gè)固定的ID、網(wǎng)絡(luò)類型及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,以便于系統(tǒng)列表的實(shí)時(shí)更新,并保證終端模塊系統(tǒng)采集到的電力數(shù)據(jù)真實(shí)、完整。

綜上所述,在對(duì)基于北斗一代衛(wèi)星定位系統(tǒng)的電力數(shù)據(jù)通信總體框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),建立一個(gè)連接配電總站與配電終端無(wú)限數(shù)據(jù)通信的聯(lián)系渠道,以此來(lái)提高電力數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性。在此基礎(chǔ)上對(duì)電力通信終端的硬件結(jié)構(gòu)以及軟件實(shí)現(xiàn)流程進(jìn)行分析與研究,最終實(shí)現(xiàn)對(duì)基于北斗一代的電力數(shù)據(jù)通信終端的設(shè)計(jì)。

4 實(shí)驗(yàn)分析

為了驗(yàn)證基于北斗一代的電力數(shù)據(jù)通信終端的有效性需進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。 實(shí)驗(yàn)以電力通信數(shù)據(jù)的傳輸損失率和通信成本作為實(shí)驗(yàn)指標(biāo),對(duì)傳統(tǒng)終端與本文所設(shè)計(jì)的終端進(jìn)行對(duì)比。 為保證電力傳輸終端系統(tǒng)各功能模塊的正常工作, 需要先搭建測(cè)試環(huán)境。 用于通信測(cè)試的4G網(wǎng)絡(luò)、 WiFi網(wǎng)絡(luò)的地址和作用具體如下：(1) 4G網(wǎng)絡(luò)，IP地址為10.3.4.49.5,接口采用eth2接口,其作用為連接北斗衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)；(2) WiFi網(wǎng)絡(luò)，IP地址為192.168.4.1,接口采用wlan0接口,其作用為實(shí)現(xiàn)本地終端模塊之間的通信。

4.1電力通信數(shù)據(jù)的傳輸損失率對(duì)比

在無(wú)線數(shù)據(jù)通信中存在不同程度的損耗,如果損耗過(guò)大將對(duì)電力數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾栽斐刹焕绊?文中提出的基于北斗一代衛(wèi)星定位系統(tǒng)的終端設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比，在一定時(shí)間內(nèi)比較通信數(shù)據(jù)的損耗情況,數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖3所示,監(jiān)測(cè)時(shí)間為24 min。

圖 3固定時(shí)間條件下電力通信數(shù)據(jù) 的損耗率對(duì)比Fig.3 Loss rate comparison of electric power communication data under fixed time conditions

在初始階段,文中設(shè)計(jì)的終端與傳統(tǒng)GPRS終端在數(shù)據(jù)損失率上相當(dāng),隨著監(jiān)測(cè)時(shí)間的延長(zhǎng)終端系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高,通信數(shù)據(jù)損失率也在不斷地降低,當(dāng)文中設(shè)計(jì)系統(tǒng)在損失率的收斂速度上要更快,在第5 min損失率降低到0.05%,并穩(wěn)定在0.03%;而傳統(tǒng)終端設(shè)計(jì)的損失率收斂性能不及本文設(shè)計(jì)的終端,在各時(shí)間點(diǎn)位的損失率具體數(shù)值也更高。進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)在不同的時(shí)間點(diǎn)上電力通信數(shù)據(jù)的收發(fā)情況,統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

表 1電力通信數(shù)據(jù)收發(fā)損失對(duì)比Table 1 Comparisons of transmission and reception losses of power communication data

從隨機(jī)抽取的時(shí)間點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)能夠分析出,基于北斗一代衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)送與接收的損耗率極低,不影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?，而傳統(tǒng)終端模式發(fā)送1 GB左右的數(shù)據(jù)文件時(shí),丟失數(shù)據(jù)超過(guò)了10 MB,會(huì)影響到電力數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院蜏?zhǔn)確性。

4.2通信成本對(duì)比

統(tǒng)計(jì)時(shí)間為2017年6月—2018年5月,基于北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的電力數(shù)據(jù)終端、基于GPRS系統(tǒng)的終端及傳統(tǒng)布線網(wǎng)絡(luò)下的通信成本的分布情況,統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果如圖4所示(通信終端的數(shù)量為120個(gè))。

從通信成本的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看,基于GPRS系統(tǒng)的終端通信成本最高為18.45萬(wàn)元,最低為7.21萬(wàn)元;基于傳統(tǒng)布線網(wǎng)絡(luò)的電力數(shù)據(jù)通信終端通信成本最高為23.30萬(wàn)元,最低為8.83萬(wàn)元;而本文設(shè)計(jì)的基于北斗通信系統(tǒng)的終端通信成本最高為5.15萬(wàn)元,最低為3.25萬(wàn)元。分析上述數(shù)據(jù)可知,本文設(shè)計(jì)的終端在使用和維護(hù)成本上更低,從長(zhǎng)期來(lái)看，利用北斗一代衛(wèi)星系統(tǒng)在通信成本控制上更有優(yōu)勢(shì),能夠?yàn)殡娏ζ髽I(yè)節(jié)省更多的運(yùn)營(yíng)成本。

圖 4基于不同通信技術(shù)的終端通信成本統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析Fig.4 Analysis of statistical results of terminal communication costs based on different communication technologies

5 結(jié) 語(yǔ)

電力通信終端在保證電力網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性方面,發(fā)揮了突出的作用。為解決傳統(tǒng)電力通信數(shù)據(jù)終端設(shè)計(jì)在傳輸中存在損耗過(guò)高,設(shè)計(jì)了基于北斗一代的電力數(shù)據(jù)通信終端。由于傳統(tǒng)方法在設(shè)計(jì)終端時(shí)對(duì)通信不發(fā)達(dá)地區(qū)的條件因素考慮不充分,因此會(huì)出現(xiàn)布線難度較大以及傳輸不穩(wěn)定的情況。本文所設(shè)計(jì)終端在現(xiàn)有終端的基礎(chǔ)上,建立連接配電總站與配電終端的無(wú)線數(shù)據(jù)通信聯(lián)系,通過(guò)該方法不僅能夠提升傳輸?shù)姆€(wěn)定性,還可以提高安全性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,利用北斗一代衛(wèi)星定位系統(tǒng)能夠提高通信的準(zhǔn)確率,降低電力通信收發(fā)中損耗和電網(wǎng)運(yùn)行中的成本損耗,相對(duì)于傳統(tǒng)的布線方式和GPRS方式更有優(yōu)勢(shì)。未來(lái)會(huì)將研究重點(diǎn)放在提升傳輸速率方面,爭(zhēng)取進(jìn)一步提高該終端的性能。