基于北斗通信的用电信息采集系统技术分析.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 23 日 作者简介：黄志娟（1989），女，汉族，广东韶关人，工程师，研究方向为计量自动化及电能量数据应用。-19-基于北斗通信的用电信息采集系统技术分析 黄志娟 罗杏强 广东电网有限责任公司阳江供电局，广东 阳江 529500 摘要：摘要：新时期下，北斗导航系统的应用与覆盖范围日益广泛，在稳定的信号下，为物联网、智能电网等领域的发展提供了坚实的技术基础。基于此，本文以提高用电信息采集效率、质量为出发点，简单对北斗通信技术内涵进行简单介绍，以此为基础分析用电信息采集系统，包括其系统技术结构、功能等，总结其使用价值，旨在提升数据采集质量，以最少的成本投入实现“全覆盖、全采集、全费控”目标。关键词：关键词：用电信息；北斗通信；信息采集；系统技术 中图分类号：中图分类号：TM73 0 引言 随着自动化、智能化技术的快速发展与广泛应用，国家电网向智慧电网的方向发展，在该背景下，国家电网公司在用电信息系统建设方面提出的要求也随之发生改变，即“实现经营区域内电力用户的 全覆盖、全采集”。由于我国幅员辽阔、地大物博，不少地区存在无光纤专网、信号弱等情况，难以实现稳定的上行通信网络，这给用电信息采集造成较大难度。但是通过引入北斗通信，能够减少甚至实现零人工抄表，优化用电信息采集流程。1 北斗通信技术 北斗通信为全球卫星定位与通信系统，由地面段、空间段和用户段构成，可提供 24 小时不间断的高精度定位、导航、授时服务，具有短报文通信能力。由此可见，实时通信是北斗通信的显著特点，若是将其应用于用电信息采集系统，能够实现水务数据的高效率采集与交互，借助上行通信信道实现远程通信，解决偏僻地区用电信息采集困难的问题，使相关人员无需远距离开展人工抄表，节约人力物力。不仅如此，在北斗通信技术的支持下，用电信息采集可直接实现多卫星备份，这为用电信息数据传输安全性、稳定性和可靠性提供有效保障。另外，北斗卫星导航系统具有独立控制的能力，可以实现数据的加密传输和授权管理，保证数据的安全性，将其引入用电信息采集系统，可以保障相关数据安全，确保数据的及时、完整传输1。2 分析北斗通信下的用电信息采集系统技术 2.1 系统技术架构 基于北斗通信的用电信息采集系统本质在于完成用电数据采集、传输，所以这一系统具有综合性特征，集数据采集、传输、传出、管理以及传感器等技术为一体。核心是传感器设备及技术，借助其自动化、智能化功能能够直接提高信息数据采集质量，从电力信息采集需求来看，这一优势特点主要作用于用电设备的实时运行状态与用电信息采集。基于北斗通信，其功能模块可用于与北斗卫星的通信、信息接收与处理、数据存储等，丰富的功能特性有助于用电信息采集人员快速掌握相关设备实际情况以及用户用电情况，从而为用电管理决策提供参考，提高管理效率与准确性。细化后的基于北斗通信的用电信息采集系统如下：（1）通信模块功能，主要负责传输信息数据并接收。该功能模块由发射机、天线、调制解调器、接收机、微处理器等构成，与其他信息数据传输系统相比，在信息数据传输稳定性方面更为可靠，而且，能够满足地面用户在当前时代背景下不断提高的对信息数据采集精度的要求。（2）前置系统。该系统负责对信息数据进行处理，处理工作以存储、过滤、校验等为主，经过初步处理，能够为后续工作的开展奠定良好基础，为信息数据的准确性、完整性和精度提供保障。在处理数据的同时，前置系统也在一同存储相关数据，极大保障了数据安全性。（3）北斗用采系统数据模型。负责信息采集与规范化管理和分析，在用电信息采集、处理、管理等模块功能作用充分发挥的情况下，能够高效管理采集到的各类数据，强化数据挖掘，提高信息价值及其利用率2。中国科技期刊数据库 工业 A-20-2.2 基于北斗通信模块的采集上传系统技术 北斗通信自身就具有全球覆盖性、高可靠性、高精度性以及高独立性等优势特点，将北斗通信引入用电信息采集系统后，北斗通信将成为采集系统的功能部分，在北斗通信功能作用的支持下，可以实现在任何地点、任何时间点与北斗卫星通信，传输各种数据信息。而且，还能够在用电信息采集工作中灵活应用各种功能，比如短报文通信功能，或是导航定位等功能等，频率同步骨干网已全部接收北斗授频，利用北斗系统短报文服务覆盖范围广、无信号盲区的优势，将其作为光纤网络和无线公网等传统通信方式的补充，彻底解决山区等偏远地区用电信息数据采集难度大、人工抄表压力大等问题。除此之外，在精准授时方面，北斗通信优于 GPS，通过增加北斗终端设备，即可实现变电站地理位置信息自动采集功能，提升调控中心和变电站的运行可靠性和自主可控能力。基于北斗通信的用电信息采集，主要是借助北斗通信模块上传用电信息，将北斗卫星作为信息传输的转接站，由它传输给数据中心，相较于地面基站传输，引入北斗通信系统的信息传输更加不受地区、地形的限制，即便是山区地形中的用电信息，也能够实现快速、高效的远程传输与管理。在用电信息采集方面，借助北斗通信功能，比如全球覆盖、高可靠性、高安全性等功能，能够在较低的成本投入下完成用电信息采集、处理与传输，在不影响电力数据采集质量的前提下节约企业通信费用。在一些位置偏僻、环境恶劣的区域开展用电信息采集时，借助以北斗通信模块为核心的数据传输系统，能够减少人力投入，确保信息采集完整性，降低此项工作危险水平。具体而言，不少野外环境较为恶劣，为给周围居民提供稳定、安全、可靠的电力服务，在恶劣地形上搭建电网是必要的，以往传统的用电信息采集需要相关工作人员驱车前往采集地区，在恶劣地形的影响下，采集人员往往需要骑车或步行前往最终地点，费时费力，还容易出现人工错漏。但是通过采用北斗通信模块，能够实现用电信息的远程采集与传输，用电信息采集工作无需与复杂地形等“打交道”，确保各类用电信息数据的及时传输。在实际采集过程中，尤其是用量、电压、电流等基础信息的采集，可搭建主站、搭设北斗用采设备采集电表数据，借助短报文功能，实现采集终端数据上传，解决区域信号差等问题。目前，常用的是北斗三号短报文，作为新一代卫星通信技术，相较于前一代，无论是通信成功率还是覆盖范围，均有所提升3。2.3 基于北斗通信模块的上传系统技术（北斗前置）北斗前置系统通过将已经搜集到的用户用电信息，以北斗通信模式的传递方式，将用电信息快速输送到北斗卫星上，进而为后续数据处理、转换和加密等系统操作创造有利条件。北斗前置系统其本身主要以指挥机、前置机共同构成，借助以太网的连接方式，顺利接入到目前已有的电力用户用电信息采集系统的前置层，也就是说，在北斗前置系统的作用下，相关部门不需要大费周章去调整和改动现有的电力用户用电信息采集系统。凭借自身的功能和应用优势，北斗前置系统能够在第一时间内，将已经收集到的电力用户实际日常用电信息，进行快速的实时处理，一方面能够有效确保电力用户信息的传输稳定性与安全性，另一方面还能切实带动总体工作效率的快速增长，从而顺利实现和达成预期既定的目标。北斗前置系统在功能上主要为数据传输、处理转换、信息加密和安全管理以及故障自检测维护，是当前用于电力用户信息传输的重要助力与有效保障。北斗前置系统在进行数据传输的过程中，主要负责建立起与北斗卫星的通信连接，从而确保数据信息能够及时得到准确传递和共享，在数据处理与转换时，其本身能够将所采集到的电力用户数据信息进行格式化转变，使其成为更加契合北斗卫星传输规范化要求的数据格式。而在数据加密和安全处理期间，北斗前置系统可以采用独特的加密方式，避免数据在传输过程中出现遗失或混乱，同时还能对系统进行实时监控，有效确保自身的稳定运行。也就是说，在使用北斗前置系统的基础上，能够轻松、快速且安全地实现和保障电力用户用电信息的实时处理与共享，再加上其本身能够对数据进行预处理，全方位保护电力用户的信息安全。北斗前置系统作为用采系统的重要组成，功能丰富，主要负责系统间的通信、各类数据的上传（主要以云端服务器数据输送为主）以及相关指令的下发，实时控制采集终端。其功能主要为：（1）数据采集功能。对于电量、功率、电压、电流等数据，利用前置系统与通信系统之间的通信功能，实时采集用电数据中国科技期刊数据库 工业 A-21-并上传，保证重要用电信息安全质量，其中，数据采集完成性致使用电时间、地点以及用户信息等也能够一并采集。（2）信息处理功能。对于采集的用电信息，前置系统对数据格式进行统一转换，针对存在的重复性内容合理剔除，然后压缩为数据包，提高后续传输效率。通过使用该系统初步处理数据，能够有效提高用电信息精准，一方面为后面的数据分析奠定基础，另一方面减少系统在数据传输方面的负载。（3）数据上传功能。通过通信系统，将采集到的用电信息上传到云端服务器。（4）下发指令功能。针对云端服务器下发的各项指令，实时接收并发给采集终端，实现用电信息采集等各项工作的远程控制。（5）系统管理功能。前置系统可管理系统参数、状态监测、日志管理等，从而为系统运作提供安全保障，保证地区用电信息的安全可靠性4。2.4 用采数据模型 针对采集、接收到的各类用电信息，基于北斗通信的系统技术将围绕此类信息进行数据模型的搭建，建立过程中以信息数据对象以及其之间的属性、关系为基础，模型能够描述数据结构，为用电分析提供支。规范化、标准化处理电量、用户、电流、电压等数据，根据数据属性分类存储，建立描述标签。围绕用电量与用电时间、用户信息与用电信息等关系开展数据关系描述，强化用电管理。3 总结系统优势及优化 3.1 优势总结 第一，其本身具有较高的可靠性。以北斗通信为核心的用电信息采集系统，凭借北斗通信技术，数据采集与传输过程具有较强安全稳定性，即便采集环境复杂，其卓越的抗干扰能力也能够相关工作的顺利推进。不仅如此，前置系统的快速处理和备份功能，及其系统管理和故障监测功能。自查自纠的运行模式，均有助于各类问题、异常的及时发现与解决，依托于针对性处理措施可确保用电信息可以顺利实现连续采集，从而增强电力信息的高度完整性与精准性。第二，基于北斗通信用电信息采集系统具有良好的实时性。其本身具备高宽带和实时性等优势特点，能够在采集用电信息的同时，将其快速整合上传，从而有效确保相关用电信息的及时处理与反馈。而且北斗前置系统可以快速响应和下发指令，搭配云端服务器的用电信息管理系统，能够随时随地实现用电细细的搞笑控制与综合管理，从而切实提高用电信息的实时性与工作效率。3.2 系统优化 以某偏远山区的用电采集项目为例，针对用户密度低、传统通信方式建设成本高的现状，当地电网公司从当地实际情况出发，选择北斗短报文通信技术。由于受限于区域地理特点，故作出以下设计优化：（1）通信规约转换设计。在该案例项目中，根据电力用户用电信息采集系统通信协议设计落实集中器与用电信息采集系统主站之间的数据传输协议，八个字节为一帧。其中，传输电流、电压、电量等数据时，低比特位和低字节在前、高比特位和高字节在后。在数据链路中，根据用户机数据接口要求确定通信协议，进行规约转换后方可解析报文信息，实现用电信息采集数据的顺利传输。本次项目主要优化环节为规约转换，引入封装和解封方法，前者用于处理现场设备采集到的用电信息，将其转换为符合北斗短报文传输要求的格式，后者主要由主站进行，通过解封，即可得到通信协议帧格式定义用电信息。在该情况下，通过下达相关指令（通信申请），即可保证信息类别、收信方地址、电文长度、是否应答、遵循国网用采协议的用电信息。在该情况下，真正实现自动化采集与传输5。4 结论 综上所述，为优化用电信息采集效率与质量，减少不必要的资源投入，可积极引入北斗通信技术，将其作为电力信息采集系统的技术核心，依托于卫星通信模块、前置系统以及用采模型等，实现偏远地区用电信息的高质量采集、分析与处理。参考文献 1刘圣飞,马晓磊,段鹏飞,等.基于北斗卫星短报文通信的变电站信息采集技术J.电子元器件与信息技术,2022,6(12):189-192.2陶雪峰,陈媛媛,奚超超.基于北斗短报文通信的小水电站用电采集系统设计J.农村电气化,2020(2):57-58.中国科技期刊数据库 工业 A-22-3冯驰,吴丽莎,丁蕾,等.基于 LoRa 自组网无线传输技术实现用电信息采集系统设计J.计算机测量与控制,2021,29(4):175-179.4钱奇,闫海峰,唐伟宁,等.基于分布式技术的用电信息采集主站系统设计与应用J.电力系统自动化,2021,45(23):170-178.5 肖 烨 辉,戴 缘 生,吴 欣 烨,等.基 于 北 斗 导 航 系 统 的 定 位 算 法 的 研 究 与 应 用 J.电 子 设 计 工程,2020,28(2):69-72,77.