北斗卫星系统在配电网灾害应急中的应用

李文军 傅宁 吴小鸥 许竞 张雨薇

摘 要：本文提出一种基于北斗卫星系统的配电网应急系统，集合电源充放电技术、无线接入技术、北斗短报文通信技术，通过改造并利用JP柜（配电变压器综合配电柜）中的电源给北斗WIFI设备供电。通过集成无线WIFI终端、北斗数传终端，在灾害发生时，解决灾害现场状况、人员信息等数据的回传问题，实现应急场景下故障及灾害信息的及时上报。

关键词：北斗卫星；应急；电力；通信

中图分类号：TM762.25 文獻标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）21-0143-03

近年来各种自然灾害频发，灾害发生时由于电力中断及通信线路受损导致运营商提供的通信系统受到影响，手机等通信设备无法使用可能会形成信息孤岛。而中国的农村数量多、分布广，农村人口依然占多数，加之农村独特的地理位置、防灾减灾体系不完善等原因[1-3]，当灾害发生时农村地区更容易形成信息孤岛，造成重大损失，给救援及应急处理带来了巨大的阻碍。需要建立一种救灾通信的方式，使受灾人员可直接向外界发送信息，及时向外界汇报受灾情况，从而保证高效地实现救援活动。借助配电变压器综合配电柜中的电源，建设基于WIFI技术和北斗短报文通信技术的应急通信系统，解决灾害发生时供电及通信系统互联互通问题。

1 现状与概述

1.1 现有电力应急通信分析

当前电力通信方式以载波通信、光纤通信和GPRS/CDMA，GPS通道为主，大型发电厂、变电站以及中低压配网自动化系统，基本上都采用此类通信技术[4-6]。但目前使用的技术在遇到突发情况时易受到严重影响，如光纤和载波线路容易受覆冰、洪水、山体崩裂等破坏，导致通信中断，故障排查和检修又极其困难；GPRS信号由于受发射功率的影响，基站的覆盖范围有限，并且信号易受地形、气候等因素的干扰，信号稳定性差；GPS系统只具备定位和授时功能，不具备报文通信能力，满足不了紧急情况下的实际需求，且GPS非国产系统对于电力这个关键行业存在着安全风险。

1.2 北斗卫星系统优势

综上情况，应用北斗卫星系统是配电网应对灾害突发情况更加稳定可靠的方式[7-11]。北斗卫星系统拥有中国自主知识产权，具有全天候、无死角、无盲区、抗灾害能力强的特点，系统具有三大主要功能：快速精准定位，灾害发生时可准确得到受灾地点坐标；精密授时，北斗系统可向用户提供20～100ns同步精度的时间信息；短报文通信，北斗卫星系统一大特色，可实现用户终端双向报文通信，通讯链路稳定可靠，灾害发生时能够利用北斗短报文实现受灾地区人员与应急指挥中心的双向通信，帮助指挥人员和抢修人员了解现场状况，提高应急抢险速度，最大限度的保护人民生命和财产，降低损失。

2 应用系统设计

2.1 系统总构架

北斗配电应急通信系统由北斗配电终端监测平台应急通信模块和北斗配电应急通信终端两大部分组成。系统主要构成如图1所示。其中，北斗配电应急通信终端由北斗数传终端、北斗无线模块及手机应用软件组成。

2.2 北斗配电应急通信单元

2.2.1 组成框架

北斗配电应急通信终端内置操作系统，控制北斗数传终端与无线模块之间的数据传输以及内置WEB服务器，提供WEB访问服务，且能够存储用户数据。北斗数传终端负责北斗数据的发送与接收，实现北斗短报文通信与位置采集服务功能。北斗数传终端在配电网出现断电后，将立即上报一条位置信息到配电网主站，以此通知平台当前配电网节点出现了断电现象。无线模块以WIFI热点的形式为移动端用户提供手机接入和访问现场应急通信通道的服务。北斗配电应急通信终端结构示意图如图2所示。

2.2.2 移动端与应急终端间通信

WIFI服务终端通过内置服务器提供一套完整的北斗通信WEB服务，当移动端接入终端后，通过WIFI向终端发送一系列的数据与指令。所有的数据与指令形式都以符合HTTP协议的请求方式发送，当终端WEB服务器接收到请求后经过处理，将向移动端返回请求结果，并在北斗终端用户卡通信频度可用时逐条向平台上报数据。同样，移动端通过查询并接收到平台下发数据后，按照北斗通信协议解析数据并显示在网页或者APP界面上，通过这种方式实现移动端与北斗配电应急通信终端的通信。

2.2.3 应急终端与监控平台间通信

应急终端接收到通信请求后，内置操作系统将按照北斗协议组装指令，转发至北斗数传终端内的北斗模块，再通过北斗卫星将数据发送至监控平台的北斗设备上。同样，应急终端接收到平台发来的信息后，北斗数传终端将会把数据转发至系统，系统解析后推送给移动端用户。北斗配电应急通信终端的整体通信数据流程如图3所示。

2.3 北斗配电终端监测平台系统

2.3.1 平台架构

北斗配电终端监测平台应急通信模块在北斗配电终端监测平台的基础上增加了应急短报文信息展示及信息交互。结合GIS地图，展示应急地点的位置信息及现场上报文字信息。组成如图4所示。

2.3.2 平台数据处理

电力监控平台搭建上北斗设备，便能接收到北斗配电应急通信终端发来的数据，接收的北斗数据传入北斗配电监测平台，平台根据北斗协议解析出信息，信息包括短报文内容和位置信息等。当获得位置信息时，平台将会在GIS地图上显示该坐标点位置，并作警报提示。当收到短报文通信内容，平台会根据接收到的应急终端北斗卡号，查询预先登记好的数据库数据，显示出该JP柜的信息，并将紧急信息显示出来，平台可根据当地情况安排检修。

3 系统应用

3.1 应用场景

当发生灾害并且电力中断时，JP柜开启内置蓄电池线路给北斗WIFI应急通信终端供电，激活北斗配电应急通信终端。终端启动后组建无线热点并自动上报系统位置信息，抢险人员及受灾用户可通过手机、移动终端等智能设备连接到北斗配电应急通信终端的无线网络，通过手机浏览器访问应急通信WEB网页，用户在网页中填写受灾及人员状况并提交或直接通过APP进行操作。信息通过北斗数传终端经由北斗卫星导航系统传送至后方应急指挥中心，应急指挥中心也可通过北斗卫星发送信息到受灾地区，用户可使用浏览器查看应急指挥中心返回的信息。

3.2 系统应用效果

移动端通过WIFI与应急终端连接后，有两种方式进行操作：通过安装手机APP，使用APP提供通信与定位操作界面，如图5所示；通过访问应急通信网页如图5所示，北斗应急终端内含一个WEB服務器，用户可直接打开移动端的网页浏览器，访问指定网站，在网页中进行紧急情况下的通信与定位操作。操作活动如图6所示。

4 系统分析

4.1 系统特点与作用

充分利用配电网的资源，在灾害发生时，实现WIFI近程覆盖，北斗短报文远程传输，第一时间将现场受灾情况、人员信息回传至后方指挥中心，提高应急响应效率。

利用北斗短报文不受地理限制、全国覆盖的特点，打造坚强配电网，提升灾害抵御能力，通过快速定位，缩短抢险及停电时间，快速抢救人民生命和财产，降低故障或灾害带来的损失。

4.2 系统适应性

北斗数传终端可全天候、全天时提供双向数字报文通信，而且还可将应急地点的位置信息进行返回，在灾害发生时将位置、灾害情况发送至后方指挥中心。北斗无线模块为手机、移动终端户提供接入点，在灾害情况下，供周边的抢修人员及居民连接，发送应急救援信号。在灾害发生导致电力中断时，电源可自动触发激活进入工作状态，并给北斗配网应急通信终端提供临时电源，迅速建立应急通信通道。

5 结语

北斗配电应急通信系统利用北斗卫星系统解决了配网设备的授时、定位和通信问题，实现了配电网设备运行的全面实时监控，实现了配网故障快速定位，通过GIS定位故障位置并合理规划抢修线路，缩短了故障停电时间，加快了故障处理速度，提升了用户满意度和客户服务水平，切实提高了用户供电可靠性。

参考文献

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