電力北斗應(yīng)用體系設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

陳向東，趙建偉，傅寧

( 國網(wǎng)思極位置服務(wù)有限公司, 北京 102211 )

0 引言

2021年3月中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議提出構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的必然選擇. 從傳統(tǒng)電力系統(tǒng)向新型電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的過程，是國家電網(wǎng)有限公司(以下簡(jiǎn)稱：國網(wǎng)公司)實(shí)現(xiàn)“具有中國特色國際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)”戰(zhàn)略目標(biāo)的關(guān)鍵時(shí)期，也是貫徹落實(shí)“一體四翼”總體產(chǎn)業(yè)布局、培育戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)基業(yè)長(zhǎng)青的關(guān)鍵時(shí)期.

新型電力系統(tǒng)是以確保能源電力安全為基本前提，以滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展電力需求為首要目標(biāo)，以堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)為樞紐平臺(tái)，以“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”互動(dòng)與“風(fēng)光水火”多能互補(bǔ)為支撐，具有清潔低碳、安全可控、靈活高效、智能友好、開放互動(dòng)基本特征的電力系統(tǒng).

新型電力系統(tǒng)建設(shè)事關(guān)國計(jì)民生，其重要的組成部分是智能電網(wǎng). 電網(wǎng)具有天然的時(shí)空屬性，精準(zhǔn)地解決電網(wǎng)資源設(shè)施設(shè)備“什么時(shí)間，什么地點(diǎn)、什么狀態(tài)”是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ). 2021年首屆北斗規(guī)模應(yīng)用國際峰會(huì)賀信中提出的“時(shí)空信息、定位導(dǎo)航服務(wù)”已成為“重要的新型基礎(chǔ)設(shè)施”.

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou Satellite Navigation System, BDS)是我國自主設(shè)計(jì)和建設(shè)的GNSS，可為電力系統(tǒng)，特別是新型電力系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行提供可靠、可信的時(shí)空信息服務(wù). 應(yīng)用領(lǐng)域包括電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、基建、安全監(jiān)管、設(shè)備管理、營銷、物資管理、后勤等，同時(shí)，能夠很好地支撐企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展，包括數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)，以及數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用等.隨著北斗國家戰(zhàn)略的全面實(shí)施，北斗規(guī)?；瘧?yīng)用成為當(dāng)前的首要工作任務(wù)，因此要加快推動(dòng)北斗在國家關(guān)鍵行業(yè)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用步伐，特別是能源電力領(lǐng)域，構(gòu)建起相應(yīng)完備的應(yīng)用體系.

1 電力北斗應(yīng)用體系總體架構(gòu)

國網(wǎng)公司電力北斗應(yīng)用體系總體架構(gòu)設(shè)計(jì)按照“戰(zhàn)略引領(lǐng)、聚焦需求、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、統(tǒng)建統(tǒng)管”的原則，采取強(qiáng)化頂設(shè)、分步實(shí)施、全面帶動(dòng)的策略開展. 電力北斗應(yīng)用體系總體架構(gòu)是公司電力物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集、智能巡檢和智能調(diào)度等的重要依托，是電力北斗應(yīng)用的基礎(chǔ)和支撐. 主要包括“兩網(wǎng)一平臺(tái)”，即電力北斗精準(zhǔn)位置服務(wù)網(wǎng)、電力北斗時(shí)頻服務(wù)網(wǎng)和北斗時(shí)空智能綜合服務(wù)平臺(tái)[1]，以及各類標(biāo)準(zhǔn)化接入的電力北斗導(dǎo)航定位終端、授時(shí)終端、短報(bào)文通信終端和上層的電力業(yè)務(wù)應(yīng)用等，應(yīng)用體系總體架構(gòu)如圖1所示.

圖1 電力北斗應(yīng)用體系總體架構(gòu)圖

應(yīng)用層，通過北斗時(shí)空智能綜合服務(wù)平臺(tái)以及統(tǒng)一運(yùn)維、統(tǒng)一運(yùn)營等，實(shí)現(xiàn)電力業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)的持續(xù)性和安全性.

平臺(tái)層，通過企業(yè)中臺(tái)的北斗時(shí)空智能綜合服務(wù)平臺(tái)，為企業(yè)中臺(tái)和各類業(yè)務(wù)應(yīng)用提供開放、標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)空信息服務(wù)，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)資產(chǎn)價(jià)值.

網(wǎng)絡(luò)層，通過使用無線公網(wǎng)、無線專網(wǎng)、衛(wèi)星通信、電力光纖等傳輸通道，實(shí)現(xiàn)終端與北斗時(shí)空智能綜合服務(wù)平臺(tái)互聯(lián)互通.

感知層，統(tǒng)籌輸電、配電、變電等泛在物聯(lián)和深度感知需求，通過邊緣物聯(lián)代理、衛(wèi)星通信方式并通過加密設(shè)備和相應(yīng)的協(xié)議規(guī)約，實(shí)現(xiàn)電力北斗導(dǎo)航定位終端、授時(shí)終端、短報(bào)文通信終端接入，服務(wù)于電網(wǎng)業(yè)務(wù).

基礎(chǔ)層，通過建設(shè)電力北斗精準(zhǔn)位置服務(wù)網(wǎng)，電力北斗時(shí)頻服務(wù)網(wǎng)兩大北斗時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施，為北斗時(shí)空智能綜合服務(wù)平臺(tái)提供基礎(chǔ)時(shí)空數(shù)據(jù).

1.1 電力北斗精準(zhǔn)位置服務(wù)網(wǎng)

根據(jù)電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)及安全要求，充分分析電網(wǎng)規(guī)劃、基建、運(yùn)檢、營銷、調(diào)度、安監(jiān)、后勤、物資等專業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用需求基礎(chǔ)能力要求，按照“統(tǒng)一規(guī)劃、分步實(shí)施、持續(xù)發(fā)展”的思路，建設(shè)電力北斗精準(zhǔn)位置服務(wù)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分布合理、性能先進(jìn)、穩(wěn)定可靠，可以為電網(wǎng)業(yè)務(wù)及其他行業(yè)應(yīng)用提供完好、連續(xù)、可靠、安全的實(shí)時(shí)米級(jí)、分米級(jí)、厘米級(jí)以及事后毫米級(jí)位置服務(wù)[1-2]. 電力北斗精準(zhǔn)位置服務(wù)網(wǎng)架構(gòu)圖如圖2所示.

圖2 電力北斗精準(zhǔn)位置服務(wù)網(wǎng)架構(gòu)圖

平臺(tái)層主要負(fù)責(zé)電力北斗精準(zhǔn)位置服務(wù)網(wǎng)基準(zhǔn)站觀測(cè)數(shù)據(jù)的解算和播發(fā)，并提供精準(zhǔn)時(shí)空信息服務(wù).

網(wǎng)絡(luò)層主要包括電力光纖和地面專線，對(duì)于利用國網(wǎng)公司變電站或營業(yè)廳等資源建立的電力北斗基準(zhǔn)站優(yōu)先使用內(nèi)網(wǎng)光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；對(duì)于外部合作單位的接入站通過建立地面專線形式接入電力內(nèi)網(wǎng).

基礎(chǔ)層主要包括電力北斗精準(zhǔn)位置服務(wù)網(wǎng)已建成和規(guī)劃中的電力北斗基準(zhǔn)站、監(jiān)測(cè)站和接入站，按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)采集北斗/GNSS衛(wèi)星原始觀測(cè)數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)上傳.

1.2 電力北斗時(shí)頻服務(wù)網(wǎng)

國網(wǎng)公司電力北斗時(shí)頻服務(wù)網(wǎng)應(yīng)用基礎(chǔ)體系包括終端感知層、傳輸網(wǎng)絡(luò)層和管理平臺(tái)層. 建設(shè)“集中守時(shí)、分布授時(shí)、天基為主、地基為輔、天地互備”的電力北斗時(shí)頻服務(wù)網(wǎng)，打造自主的、具有獨(dú)立保持能力的世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間(coordinated universal time, UTC)，為電網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用提供安全可靠的高精度時(shí)間服務(wù). 電力北斗時(shí)頻服務(wù)網(wǎng)架構(gòu)圖如圖3所示.

圖3 電力北斗時(shí)頻服務(wù)網(wǎng)架構(gòu)圖

平臺(tái)層部署了電力北斗時(shí)頻網(wǎng)系統(tǒng)，集成到北斗時(shí)空智能綜合服務(wù)平臺(tái)，用于解算北斗共視比對(duì)數(shù)據(jù)和管理服務(wù)授時(shí)應(yīng)用設(shè)備. 通過終端、網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)打造形成電力北斗時(shí)頻服務(wù)網(wǎng)應(yīng)用基礎(chǔ)體系架構(gòu).

傳輸網(wǎng)絡(luò)層包括了電力光纖、無線專網(wǎng)、無線公網(wǎng)和衛(wèi)星通信，用于傳輸北斗衛(wèi)星共視時(shí)頻比對(duì)數(shù)據(jù).

終端感知層包括時(shí)間同步裝置、頻率同步裝置、時(shí)頻溯源裝置、原子鐘組等時(shí)頻設(shè)備，用于獲取北斗衛(wèi)星授時(shí)信號(hào)和北斗衛(wèi)星共視原始觀測(cè)數(shù)據(jù).

1.3 北斗時(shí)空智能綜合服務(wù)平臺(tái)

北斗時(shí)空智能綜合服務(wù)平臺(tái)采用國網(wǎng)公司-省側(cè)兩級(jí)部署，按照數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層、服務(wù)層、應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)四層設(shè)計(jì)模式，建設(shè)位置解算、短報(bào)文傳輸、時(shí)頻處理三大核心服務(wù)及運(yùn)維管理、運(yùn)營管理兩大關(guān)鍵配套功能模塊.

基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、電力北斗精準(zhǔn)位置服務(wù)網(wǎng)，結(jié)合邊緣智能代理裝置，在管理信息大區(qū)，為國網(wǎng)公司及省市公司終端用戶提供穩(wěn)定的高精度實(shí)時(shí)亞米、厘米級(jí)定位、后處理毫米級(jí)定位、時(shí)頻服務(wù)、短報(bào)文解析、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)回傳等系統(tǒng)服務(wù)；在互聯(lián)網(wǎng)大區(qū)提供高精度實(shí)時(shí)亞米、厘米級(jí)定位、后處理毫米級(jí)定位、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)回傳等系統(tǒng)服務(wù). 平臺(tái)系統(tǒng)與國網(wǎng)公司物聯(lián)管理平臺(tái)集成，用于獲取終端上行數(shù)據(jù)，與業(yè)務(wù)中臺(tái)集成，推送終端位置數(shù)據(jù)，支撐運(yùn)檢、基建、安監(jiān)等電網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用.

1.4 電力北斗應(yīng)用架構(gòu)

電力北斗應(yīng)用遵循國網(wǎng)公司電力北斗應(yīng)用體系總體架構(gòu)，按照“精準(zhǔn)感知、邊緣智能、統(tǒng)一物聯(lián)、中臺(tái)支撐、開放共享”的設(shè)計(jì)思路，結(jié)合北斗技術(shù)特點(diǎn)，形成針對(duì)電力北斗技術(shù)應(yīng)用的“感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層”總體架構(gòu)，形成業(yè)務(wù)場(chǎng)景全、技術(shù)融合新、應(yīng)用范圍廣的電力北斗技術(shù)深度應(yīng)用新態(tài)勢(shì). 電力北斗應(yīng)用架構(gòu)圖如圖4所示.

圖4 電力北斗應(yīng)用架構(gòu)圖

2 電力北斗典型應(yīng)用

2.1 在電力規(guī)劃建設(shè)方面的應(yīng)用

2.1.1 勘測(cè)數(shù)據(jù)采集

利用電力北斗精準(zhǔn)位置服務(wù)網(wǎng)所提供的實(shí)時(shí)三維定位精度優(yōu)于5 cm的高精度位置服務(wù)及北斗高精度定位信息采集裝置，開展可研、設(shè)計(jì)、施工各類勘測(cè)階段的數(shù)據(jù)采集工作，建立統(tǒng)一的電網(wǎng)工程勘測(cè)坐標(biāo)基準(zhǔn)，提升輸電線路控制測(cè)量效率，保障控制測(cè)量成果可靠性和一致性.

2.1.2 輸電線路選線及竣工質(zhì)量核查

基于電力北斗精準(zhǔn)位置服務(wù)網(wǎng)，通過激光點(diǎn)云掃描或航空攝影測(cè)量獲取輸電線路規(guī)劃建設(shè)區(qū)域的高精度點(diǎn)云數(shù)據(jù)或三維傾斜模型. 對(duì)預(yù)建設(shè)線路參數(shù)與規(guī)劃建設(shè)區(qū)域的組合分析，選擇合理的輸電線路建設(shè)方案，減少人員外業(yè)勘測(cè)的難度，提高輸電線路規(guī)劃的合理性和科學(xué)性. 同理將輸電線路工程通道走廊內(nèi)的高精度的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)與桿塔或?qū)Ь€設(shè)計(jì)成果進(jìn)行疊加分析，對(duì)桿塔橫擔(dān)尺寸大小、桿塔姿態(tài)角度、導(dǎo)線弧垂等進(jìn)行校驗(yàn)核查實(shí)現(xiàn)輸電線路竣工質(zhì)量核查，提高基建驗(yàn)收效率.

2.1.3 基建現(xiàn)場(chǎng)人員安全管控

通過利用電力北斗精準(zhǔn)位置服務(wù)網(wǎng)的服務(wù)和地理信息數(shù)據(jù)，依托北斗高精度智能安全帽、北斗高精度智能手表、北斗智能工卡等穿戴設(shè)備，開展基建現(xiàn)場(chǎng)人員作業(yè)安全管控. 結(jié)合電力設(shè)施安全作業(yè)距離，在作業(yè)人員安全管控系統(tǒng)中對(duì)空間進(jìn)行安全區(qū)域劃分，構(gòu)建高精度二、三維空間虛擬電子安全圍欄. 同時(shí)，北斗高精度智能安全帽和北斗高精度智能手表能夠?qū)崟r(shí)精準(zhǔn)采集作業(yè)人員精準(zhǔn)位置信息與行動(dòng)軌跡.當(dāng)作業(yè)人員超出允許作業(yè)時(shí)空區(qū)域或踏入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，北斗高精度智能安全帽和北斗高精度智能手表通過聲光、震動(dòng)方式自動(dòng)告警，有效預(yù)防作業(yè)人員違章行為，減少基建現(xiàn)場(chǎng)人員觸電、跌落風(fēng)險(xiǎn). 通過北斗高精度智能安全帽的視頻或圖片傳輸功能，實(shí)現(xiàn)后臺(tái)系統(tǒng)遠(yuǎn)程指揮作業(yè)或作業(yè)信息采集，為作業(yè)準(zhǔn)確性、安全性提供輔助支撐. 提高施工現(xiàn)場(chǎng)安全管控能力和安全管理水平，落實(shí)安全管理責(zé)任，保障施工現(xiàn)場(chǎng)安全.

2.1.4 電網(wǎng)數(shù)字化施工及設(shè)備管理

依托電力北斗高精度導(dǎo)航定位及授時(shí)功能，在施工和設(shè)備管理方面開發(fā)應(yīng)用基于北斗的綜合管理應(yīng)用，建立數(shù)字化基礎(chǔ)平臺(tái)、地理信息系統(tǒng)、工地現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、工地現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械控制系統(tǒng)等基礎(chǔ)平臺(tái)，依靠數(shù)字化的施工過程輔助及監(jiān)控，解決施工質(zhì)量管理、成本管理相關(guān)問題，提高工作效率，提升工地管理水平，優(yōu)化施工方案的最佳選擇，同時(shí)提高施工進(jìn)程透明度、實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)和有效監(jiān)督. 在電力基建施工中應(yīng)用安裝北斗高精度定位設(shè)備的挖掘機(jī)、推土機(jī)、樁基、壓實(shí)作業(yè)引導(dǎo)系統(tǒng)及防外破報(bào)警系統(tǒng)，對(duì)施工位置和作業(yè)精度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，減少因人工導(dǎo)致的施工誤差，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確高效作業(yè)，有效提高并保障工程建設(shè)效率. 通過將北斗聲光報(bào)警器安裝在電網(wǎng)附近工程車輛駕駛室內(nèi)，結(jié)合防外破平臺(tái)對(duì)設(shè)備周邊設(shè)置分級(jí)圍欄，車輛進(jìn)出圍欄對(duì)駕駛?cè)藛T實(shí)時(shí)聲光提示，主動(dòng)防控電網(wǎng)設(shè)備因施工建設(shè)造成的外力破壞事件.

2.2 在電力設(shè)施設(shè)備管理方面的應(yīng)用

2.2.1 無人機(jī)自主巡檢

目前，國網(wǎng)公司電力巡檢無人機(jī)均已具備北斗單點(diǎn)定位和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(real-time kinematic，RTK)定位功能，能夠?qū)崟r(shí)傳送無人機(jī)的經(jīng)緯度、高程、方向、速度等信息，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的實(shí)時(shí)跟蹤和飛行軌跡繪制，并利用北斗無人機(jī)導(dǎo)航定位終端提供的位置數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)墜機(jī)事故發(fā)生后的機(jī)體搜尋. 在飛行作業(yè)中，也可以利用無人機(jī)定位信息開展空域飛行管理，一旦無人機(jī)飛行的區(qū)域存在直升機(jī)作業(yè)，則對(duì)應(yīng)地發(fā)送作業(yè)提醒，保障無人機(jī)飛行安全. 同時(shí)，利用電力北斗精準(zhǔn)位置服務(wù)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無人機(jī)實(shí)時(shí)厘米級(jí)高精度定位，從而實(shí)現(xiàn)無人機(jī)自主巡檢. 結(jié)合變電站安裝的固定式機(jī)巢和巡檢移動(dòng)式機(jī)巢，實(shí)現(xiàn)大范圍全流程自主巡檢.利用北斗高精度定位支撐無人機(jī)自主巡檢，巡檢效率由40～60 min，基桿塔提升到5～8 min，人員配置由2～4人降低到1～2人；同時(shí)，無人機(jī)巡檢的安全風(fēng)險(xiǎn)成本也大幅降低.

2.2.2 地質(zhì)災(zāi)害和桿塔位移監(jiān)測(cè)

利用建立的北斗基準(zhǔn)站和監(jiān)測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)，開展基于北斗高精度定位技術(shù)的輸電線路地質(zhì)災(zāi)害和輸、配電桿塔的位移、傾斜監(jiān)測(cè)工作，并與電力北斗精準(zhǔn)位置服務(wù)網(wǎng)的電力北斗基準(zhǔn)站部分復(fù)用，可節(jié)省傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)站的投資建設(shè). 通過布設(shè)于桿塔塔基的位移監(jiān)測(cè)終端數(shù)據(jù)，以及外設(shè)的土壤濕度、雨量、裂縫傳感器等多源傳感器數(shù)據(jù)，統(tǒng)一解算和分析處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)桿塔位移毫米級(jí)監(jiān)測(cè)分析預(yù)警，提升災(zāi)害監(jiān)測(cè)防控能力，為生產(chǎn)運(yùn)維提供更精準(zhǔn)的災(zāi)害預(yù)警，有效提升電網(wǎng)災(zāi)害全過程的監(jiān)測(cè)、預(yù)警、評(píng)估和決策能力.

2.2.3 水電站壩體變形實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

集成高精度北斗接收機(jī)、多種網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，開發(fā)對(duì)大范圍水庫群的壩體全天候?qū)崟r(shí)高精度位移和沉降等的監(jiān)測(cè)與預(yù)警軟硬件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)水庫群壩體外觀安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè).

2.2.4 變電站作業(yè)人員行為安全管控

構(gòu)建基于北斗高精度定位的變電站作業(yè)人員行為安全管控應(yīng)用系統(tǒng). 利用先進(jìn)的三維激光掃描技術(shù)對(duì)變電站進(jìn)行三維建模，構(gòu)建三維數(shù)字地圖，并利用超寬帶(ultra wideband, UWB)+電力北斗高精度定位技術(shù)、北斗偽衛(wèi)星定位技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)變電站室內(nèi)外高精度定位要求，將北斗智能手表與電力工作票相關(guān)聯(lián)，通過佩戴北斗智能手表的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站作業(yè)人員行為進(jìn)行安全管控.

2.2.5 基于北斗短報(bào)文通信的電網(wǎng)覆冰預(yù)警

利用北斗短報(bào)文通信功能，在無4G信號(hào)的地域，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集回傳覆冰監(jiān)測(cè)主站，并將北斗通信服務(wù)器部署在安全緩沖區(qū)，通過正反向隔離裝置后，進(jìn)入安全區(qū)內(nèi)，與覆冰監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)主站交互數(shù)據(jù). 同時(shí)，實(shí)現(xiàn)全區(qū)域北斗授時(shí)精準(zhǔn)同步以及精確定位.

2.2.6 輸電線路接地線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

利用電力北斗高精度定位和北斗短報(bào)文通信功能，實(shí)現(xiàn)接地線從出庫、掛設(shè)到拆除、歸庫全流程監(jiān)控追蹤，避免發(fā)生接地線未掛、誤掛及漏拆情況，并通過移動(dòng)終端向作業(yè)人員實(shí)時(shí)反饋異常狀態(tài)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)不同工作環(huán)境下接地線的遠(yuǎn)程化、實(shí)時(shí)化、全過程監(jiān)測(cè)，從而有效提升作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安全性與管控效率.

2.3 在電力營銷方面的應(yīng)用

2.3.1 營銷計(jì)量授時(shí)

通過在臺(tái)區(qū)集中器加裝電力營銷北斗授時(shí)定位終端，利用北斗高精度授時(shí)功能，直接給臺(tái)區(qū)集中器授時(shí)，再通過高速電力線載波(high-speed power line carrier，HPLC)通信給智能電表授時(shí)，解決現(xiàn)場(chǎng)表計(jì)設(shè)備因電池欠壓導(dǎo)致時(shí)鐘漂移，以及由于主站服務(wù)器處理能力有限，對(duì)時(shí)指令和召測(cè)指令無法高效下發(fā)，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)二級(jí)電能表時(shí)間偏差未能及時(shí)校準(zhǔn)，影響主站側(cè)采集數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度的問題. 確保分時(shí)計(jì)價(jià)、線損計(jì)算的準(zhǔn)確性.

2.3.2 營銷計(jì)量數(shù)據(jù)采集

利用北斗短報(bào)文通信實(shí)現(xiàn)無公網(wǎng)通信環(huán)境下的電力計(jì)量終端數(shù)據(jù)傳輸，消除計(jì)量數(shù)據(jù)采集盲區(qū). 北斗短報(bào)文通信模塊采用與現(xiàn)有電力計(jì)量終端的GPRS/4G公網(wǎng)遠(yuǎn)程通信模塊同樣的接口設(shè)計(jì)，可以直接實(shí)現(xiàn)北斗短報(bào)文通信模塊的替代，即插即用，提升營銷設(shè)備數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確度和及時(shí)率，提升計(jì)量業(yè)務(wù)水平和能力.

2.3.3 營配全業(yè)務(wù)融合管控

以電力北斗精準(zhǔn)位置服務(wù)網(wǎng)和全方位地理信息為基礎(chǔ)支撐，將終端通信、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分發(fā)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)訪問等服務(wù)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建涵蓋基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、物聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、服務(wù)總線搭建、營配業(yè)務(wù)應(yīng)用的精準(zhǔn)時(shí)空服務(wù)體系，對(duì)營配智能化終端設(shè)備提供統(tǒng)一的授時(shí)授頻服務(wù)、短報(bào)文通信服務(wù)及高精度位置服務(wù)，并實(shí)現(xiàn)營銷高(低)壓數(shù)據(jù)、營銷服務(wù)數(shù)據(jù)、智能感知設(shè)備數(shù)據(jù)等的接入、監(jiān)控、結(jié)算、存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)及消息推送等.

2.4 在電力調(diào)度控制方面的應(yīng)用

2.4.1 配電網(wǎng)FTU數(shù)據(jù)傳輸和授時(shí)

基于北斗短報(bào)文通信在配電網(wǎng)饋線終端裝置(feeder terminal unit，F(xiàn)TU)中實(shí)現(xiàn)“三遙”數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用，有效解決電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)盲問題以及應(yīng)急通信問題. 同時(shí)，通過在配電網(wǎng)FTU中加裝北斗授時(shí)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)FTU的精確授時(shí).

2.4.2 變電站時(shí)鐘同步

在變電站采用統(tǒng)一時(shí)鐘裝置[3-4]，實(shí)現(xiàn)對(duì)站內(nèi)各系統(tǒng)和設(shè)備對(duì)時(shí). 主時(shí)鐘采用雙機(jī)冗余配置，完成對(duì)北斗衛(wèi)星信號(hào)的接收、處理，及向時(shí)間擴(kuò)展設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)同步時(shí)間信號(hào). 每臺(tái)主時(shí)鐘同時(shí)具有接收另一臺(tái)主時(shí)鐘的IRIG-B時(shí)間信息功能，達(dá)到兩臺(tái)主時(shí)鐘之間能夠互為備用. 其他小室配置擴(kuò)展時(shí)鐘，通過接收主時(shí)鐘的IRIG-B碼信號(hào)的接收、處理，再給其他設(shè)備對(duì)時(shí).

2.4.3 解決小水電盲調(diào)

由于小水電都處于比較偏遠(yuǎn)的山區(qū)，其通信通道一直是難以解決的問題，因此小水電一直以來都存在盲調(diào)運(yùn)行方式，給小水電電源并網(wǎng)發(fā)電帶來很大不便. 通過利用北斗短報(bào)文通信和授時(shí)功能，有效解決小水電的數(shù)據(jù)通信和本地授時(shí)及時(shí)頻同步，確保小水電具備遠(yuǎn)程通信通道和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)頻，從而具備并網(wǎng)發(fā)電和調(diào)度的實(shí)時(shí)性和可靠性，實(shí)現(xiàn)高效并網(wǎng)發(fā)電.

2.5 在電力物資后勤管理方面的應(yīng)用

2.5.1 物資管理和運(yùn)輸監(jiān)控

電力物資倉庫存在物資數(shù)量多、種類雜亂、難于管理的現(xiàn)象，且現(xiàn)有的物資管理多以人工管理為主，一旦出現(xiàn)一線作業(yè)人員急需應(yīng)用物資而管理人員不在場(chǎng)無法登記的情況，容易導(dǎo)致物資設(shè)備丟失或損壞. 通過安裝基于北斗、藍(lán)牙和UWB組合的物資定位終端，并結(jié)合電子圍欄實(shí)現(xiàn)物資的自動(dòng)出入庫管理. 同時(shí)，通過給運(yùn)輸設(shè)備的車輛安裝基于北斗、慣性傳感器(inertial measurement unit, IMU)組合并集成振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器的終端，實(shí)時(shí)回傳位置信息開展運(yùn)輸流轉(zhuǎn)全流程軌跡管理，利用振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸路途中由于震動(dòng)導(dǎo)致的設(shè)備損壞定責(zé)，保障資產(chǎn)安全.

2.5.2 后勤車輛管理

在電力后勤方面，主要應(yīng)用北斗技術(shù)于車輛的管理，除管理自有公務(wù)和生產(chǎn)車輛外，電力各業(yè)務(wù)領(lǐng)域也存在著較多的外來車輛需要管理，防止車輛撞線、誤入危險(xiǎn)區(qū)域等情況的出現(xiàn)，解決安全管控存在監(jiān)控不到位、報(bào)警不及時(shí)等傳統(tǒng)安全管控模式的問題. 通過安裝集成北斗定位、慣導(dǎo)等技術(shù)的車輛高精度定位終端，實(shí)時(shí)掌握公務(wù)、生產(chǎn)車輛或外來車輛的信息，根據(jù)終端回傳的狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)車輛的運(yùn)行軌跡管理、電子圍欄管理、作業(yè)記錄管理以及防止外來車輛的破壞，為數(shù)字化管理提供管理手段，提高車輛管理水平.

3 電力北斗應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)分析和建議

國網(wǎng)公司大力推動(dòng)電力北斗應(yīng)用發(fā)展，通過構(gòu)建“兩網(wǎng)一平臺(tái)”的電力北斗應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施，充分發(fā)揮北斗高精度定位導(dǎo)航、授時(shí)、短報(bào)文通信等功能的應(yīng)用，持續(xù)提升產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展能力，為實(shí)現(xiàn)電力北斗全覆蓋、全替代奠定基礎(chǔ). 經(jīng)過十余年的電力北斗應(yīng)用發(fā)展，目前已取得一定的成效，截止目前，已推廣應(yīng)用北斗終端超25萬臺(tái)，廣泛應(yīng)用在17萬車輛、1300多條輸電線路、13個(gè)省公司基建現(xiàn)場(chǎng)、2萬余座變電站的調(diào)度控制系統(tǒng)，以及13個(gè)省1萬多個(gè)用電信息采集裝置、12個(gè)省公司無人機(jī)巡檢中，提升了電力搶修、監(jiān)控和服務(wù)效率. 同時(shí)，國網(wǎng)公司發(fā)揮北斗精準(zhǔn)授時(shí)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了北斗授時(shí)功能覆蓋電力系統(tǒng)的大部分110 kV 及以上重要變電站，變電站授時(shí)以BDS為主用，GPS為備用，結(jié)束了長(zhǎng)期依賴 GPS授時(shí)的局面，提高了電力設(shè)備安全穩(wěn)定水平.

隨著新型電力系統(tǒng)和數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)和發(fā)展，電力北斗將會(huì)成為其重要的時(shí)空數(shù)字底座，發(fā)揮越來越大的作用. 未來電力北斗應(yīng)用發(fā)展將呈現(xiàn)出如下趨勢(shì)：

1)電力北斗應(yīng)用將全面取代GPS成為主導(dǎo)；

2)電力北斗應(yīng)用將進(jìn)一步拓展并向規(guī)?；l(fā)展；

3)電力北斗建設(shè)管理運(yùn)營將向?qū)I(yè)化和服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展；

4)電力北斗應(yīng)用將更強(qiáng)調(diào)安全性和可靠性；

5)電力北斗應(yīng)用將成為電力數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要基礎(chǔ)支撐；

6)電力北斗將于其他技術(shù)進(jìn)一步融合應(yīng)用[5].

針對(duì)上述趨勢(shì)分析，建議電力北斗的應(yīng)用一是加快規(guī)模化應(yīng)用與替代GPS的步伐；二是不斷挖掘應(yīng)用場(chǎng)景，并基于電力北斗實(shí)現(xiàn)電力裝備的自動(dòng)化和智能化；三是適應(yīng)業(yè)數(shù)融合的要求，加快實(shí)現(xiàn)電力北斗終端設(shè)備融入業(yè)務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)；四是深入開展創(chuàng)新研究和技術(shù)推動(dòng)，不斷提高電力北斗應(yīng)用的可靠性和安全性.