基于北斗卫星通信的偏远地区用电信息采集

妙红英

（国网冀北电力有限公司 承德供电公司营销部，河北 承德 067000）

基于北斗卫星通信的偏远地区用电信息采集

妙红英

（国网冀北电力有限公司 承德供电公司营销部，河北 承德 067000）

目前电力公司在进行各类用户的用电数据采集上，通信方式主要有手机通信网络、光纤网络、电力微波网络等。本文针对广大人烟稀少山区、牧区中不具备以上通信条件的光伏电站、水电站和居民用户，采用北斗卫星导航系统中的短报文服务为通信通道，通过研发一种小型数据交换装置，在台变现场和电力公司主站系统前端同时部署，在不改变已投运设备和系统的前提下，透明的嵌入北斗通信链路，解决偏远地区的用电信息采集难题。

用电信息采集；北斗卫星；通信；偏远地区

在2011年，国网公司对各网省电力公司提出了对居民用电信息，各厂站电能量数据实现“全覆盖、全采集、全费控”的要求。

根据国网公司的要求，各网省公司需逐步加强对各类厂站的管控力度,对其发、售电量，供电可靠性等实时数据信息都急需了解，以利于全面掌握电力公司的经营情况。

在现有的居民用电信息采集模式中，采集用电信息的电能表将用电数据以载波方式就近上送到附近台式变压器下的集中器。集中器通过光纤、微波或手机网络将数据上送到部署在当地电力公司的用电信息采集主站系统。

在我国青海、新疆、西藏、四川、云贵、河北等地区，均存在大量的牧区、山区通信手段匮乏。这样地区的居民用电信息采集对当地供电公司来说是一个难题，只能每月一次驱车数十甚至数百公里进行人工抄表，这种方式非常不利于电力自动化管理。

本方案中，以廉价的北斗卫星短报文服务为通信通道，通过在现场抄表集中器端和用电信息采集系统主站端嵌入北斗数据转发装置，实现数据透传，完成用电信息采集系统与居民低压台变现场集中器的数据交互。

1 原理与设计

1.1 北斗通信原理

北斗通信终端通过安装IC卡方式，以卡号对卡号的，实现两台终端之间的短报文通信。而IC卡的类型决定了能单次发送报文的长度和发送频率。在国家推广的民用领域，发放最多的IC卡通信频率为每分钟一次，单次通信的报文长度不超过78.5字节。 即北斗通信的带宽为每分钟传输78.5字节。

1.2 电力抄表原理

电力上低压集中抄表系统是指由用电信息采集系统主站通过远程通讯信道（无线、有线、电力线载波等信道）将多个电能表电能量的记录值（窗口值）的信息集中抄读的系统。

其现场设备主要含：电表、采集器、集中器。集中器通过集中器将多块电表的数据汇集到自身，然后通过远程通信信道上送。在广大村庄，其上送通道主要为移动、联通、电信3大运营商手机网络。

1.3 北斗电力抄表设计

在大量移动、联通、电信3大运营商手机网络未覆盖的偏远山区、牧区，目前尚无法实现自动抄录。而具备双向通信功能的北斗短报文服务正好解决此通信难题。

其实现原理：研发一种小型数据交换装置，该装置实现北斗通信协议与电力抄表协议的规约转换，在低压台区现场和用电信息采集系统主站则同时部署，在低压台区现场通过RJ-45网口方式与电力集中器装置相连。在主站侧通过电力内网与主站信息进行TCP/IP通信。

本方案在不改变已投运设备和系统的前提下，透明的嵌入北斗通信链路，实现电力集中器与用电信息采集系统通过北斗卫星通道通信，如图1所示。

图1 基于北斗通信的用电数据采集系统架构Fig.1 System structure of electric energy data acquisition by Beidou satellite

低压台区现场子系统由计量装置 （电能表）、采集装置（采集器、集中器等）、电力北斗抄表终端组成，如图2所示。

图2 台区现场子系统结构Fig.2 Child system structure of transformer platform

主站系统由北斗通信子站和前置应用服务器、营销数据采集系统组成，采用网络方式连接。如图3所示。

图3 主站系统结构Fig.3 Structure of master station

在未采用北斗通信链路时，用电信息采集系统直接向低压台区现场电力集中器下发指令，现场电力集中器直接向主站回复指令执行结果。其通信流程如图4、图5所示。

图4 普通方式下主站指令下行流程Fig.4 The master station command downlink process by using the traditional way

图5 普通方式下现场终端指令上行流程Fig.5 The terminal command uplink process by using the traditional way

在采用北斗通信方式后，用电信息采集主站下行指令给电力北斗抄表终端，电力北斗抄表终端进行规约转换后将数据通过北斗卫星通道下行给低压台区现场的电力北斗抄表终端，进行再次的规约转换后下发给低压台区现场电力抄表集中器，抄表集中器完成指令执行。流程如图6所示。

图6 北斗方式下主站指令下行流程Fig.6 The master station command downlink process by using Beidou communication

电力抄表集中器回复时，将回复数据上行给电力北斗抄表终端，电力北斗抄表终端进行规约转换后将数据通过北斗卫星通道上行给主站侧的电力北斗抄表终端，进行规约转换后上行用电信息采集主站。流程如图7所示。

在以上方案中，主要需要处理两个技术点：1）国家电网标准下电力集抄协议与北斗卫星通信协议之间的规约转换；2）国家电网标准下电力集抄协议报文又长又短，长报文超过1000字节，在进行协议转换时，需要在两端进行拆包组包。其实现原理如下。

图7 北斗方式下现场终端指令上行流程Fig.7 The terminal command downlink process by using the traditional way

1.3.1 电力集抄协议与北斗通信协议规约转换

国网公司用电信息采集均按照 《电力用户用电信息采集系统通信协议 第一部分:主站与采集终端通信协议》（简称：国网抄表通信协议）规约进行，该规约数据包需转换成北斗协议数据包，经北斗通信链路送至主站端，在主站端将北斗协议数据包还原至国网通信协议的数据包。

以上规约转换在北斗通信链路两端进行，不影响原通信方式，实现数据透传。国网通信协议数据包格式,如下。

转换成北斗协议后，国网通信协议数据包将作为北斗协议的数据包，封装在北斗协议的帧格式中，数据包格式如下。

1.3.2 电力集抄协议长报文与北斗通信协议短板传输中拆包、组包

“北斗”卫星导航系统的报文长度有一定的限制，通信数据数量如果超过最大长度报文，必须分包进行发送。此外，利用“北斗”卫星导航系统进行大数据量数据通信时存在数据丢包现象，如果发送数据数量比较小，可以通过重复发送等方式以保证通信的可靠性，但对于数据数量比较大的情况不太合适。

北斗通信通常在单报文数据长度超过78.5字节时，电力北斗抄表终端将按照单帧报文78.5字节进行拆包，并重新组包，如图8所示。同时为程序上处理方便，通常取78字节作为最长单帧数据长度。

图8 数据拆包、组包传输架构图Fig.8 Structure of data packed and unpacked

例上：当现场集中器将长度为780字节的数据帧上送给电力北斗抄表终端时，电力北斗抄表终端将数据帧拆分成10个78字节的子包，并利用北斗通信链路，逐一上送给北斗通信前置机，北斗通信前置机在收完10个子包后，进行重新组包，还原成原数据包格式并送至用电信息采集系统主站。

2 结论

北斗卫星短报文服务是我国导航卫星系统与GPS、伽利略卫星等导线卫星系统相比的独有优势，其通信资费便宜，在中国范围内通信基本无盲区。同时此方案下现场安装极为简单，对电力施工技术人员进行简单培训后，即可独立完成台区的设备安装。该方案还具备不占用电力系统有限网络资源的优势：随着电力信息化、自动化的程度越来越高，有限的IP资源在分配应用上显得捉襟见肘。在采用其它方式通信通道建设时，需要在台区现场、变电站及电力公司内部添加大量的设备，势必占用大量的IP资源，同时采集数据需经过变电站走电力信息内网 需要增加电力信息内网的带宽。而北斗通信通道不占用电力内网IP，也不占用电力信息内网带宽。文中方案能很好的解决偏远地区的用电信息采集难题。参考文献：

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Electric energy data acquisition by Beidou satellite communication in remote region

MIAO Hong-ying
（State Grid Electric Power Co.,Northern Hebei Chengde Power Marketing Company，Chengde 067000,China）

In the power industry at present,power commpany get electric energy data of all kinds of user mainly by mobile communication network,optical network,power microwave network,and so on.This paper focuses on the aforesaid communication unequipped photovoltaic plants，hydropower plants and residents in the extensive sparsely populated mountain area and the pasturing area.By using the Short Message Service of Beidou satellite navigation system as the communications approach and developing a data exchange device set both in transformer platform and the front of the power company master station,this device is embed into the existing communication link without changing the equipments and systems in operation,to solve the difficulty of electric energy data acquisition in the remote region.

electric energy data acquisition;Beidou satellite;communication;remote region

TN915

A

1674－6236（2015）10-0152-03

2014-09-03 稿件编号：201409031

妙红英(1977—)，女，河北承德人，工程师。研究方向：电力自动化，电力计量。