CN112713928B - 基于北斗通讯的配网自动化系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的基于北斗通讯的配网自动化系统，包括主站和馈线终端；还包括：北斗卫星通信数据传输终端：实现北斗卫星导航系统与馈线终端之间的数据通讯；北斗卫星通信数据传输终端用于将馈线终端采集的报文上传给北斗卫星导航系统；还用于接收北斗卫星导航系统的报文，将该报文下发给馈线终端；北斗卫星通信数据处理平台：实现北斗卫星导航系统与主站之间的数据通讯；北斗卫星通信数据处理平台用于对北斗卫星导航系统上的报文进行解析后下发给主站；还用于将来自主站的报文上传给北斗卫星导航系统。该配网自动化系统可靠性高，保密性好。

Description

基于北斗通讯的配网自动化系统

技术领域

本发明属于自动化技术领域，具体涉及基于北斗通讯的配网自动化系统。

背景技术

配电网自动化系统是利用现代计算机硬件、软件自动控制和数据通信等技术，将配电网络的实时数据、离线数据、地理信息进行集成，所构成完整的自动化管理系统。它的目标是实现对配电网的全面自动化管理。

随着社会经济的发展，我国电网对电能质量，供电可靠性的要求越来越高。近几年，我国的电网公司大力开展配电网自动化建设工作，但配套的通信系统建设成为制约其发展的瓶颈和薄弱环节。虽然现已经形成几乎覆盖各级变电站的电力通信网，但仍存在缺乏有效地理信息、偏远地区信号弱、稳定性差、丢包率高、成本高、维护不便、通信安全无法保障等一系列问题。

现有的配网自动化系统主要包括馈线终端和主站；主站主要实现配电网数据采集与监控等基本功能、以及配电网拓扑分析应用等扩展功能，并具有与其他应用信息系统进行信息交互的功能，为配电网调度指挥和生产管理提供技术支撑。馈线终端(简称FTU)，具有遥控、遥测、遥信，故障检测功能，并与主站通信，提供配电系统运行情况和各种参数，包括开关状态、电能参数、相间故障、接地故障以及故障时的参数,并执行配电主站下发的命令，对配电设备进行调节和控制，实现故障定位、故障隔离和非故障区域快速恢复供电等功能。

但是目前馈线终端和主站之间是通过移动通信网络(GPRS/GSM/3G/4G等)、光纤、载波、无线扩频、无线数传电台等通信方式进行数据传输，且大多数设备都是采用GPRS/GSM/4G移动通信网络进行数据传输。采用移动通信网络进行数据传输，易受到电信服务商移动通信基站架设覆盖范围、通信基站故障、通信供电等众多因素影响，系统稳定性、系统可靠性以及系统适用地区范围都受到一定限制，且由于传输链路较长，中间存在一定的安全风险。采用光纤通信具有数据传输容量大、效率高、稳定可靠等特点，但其施工难度大、成本高且易受到地面扰动(如工程施工、地面沉降、地震破坏等)影响。其他的通信方式均存在通信网络布设复杂、均受限于地面环境影响且建设和运行成本较高等特点，在实际工程中应用较少。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于北斗通讯的配网自动化系统，可靠性高，保密性好。

一种基于北斗通讯的配网自动化系统，包括主站和馈线终端；还包括：

北斗卫星导航系统；

北斗卫星通信数据传输终端：实现北斗卫星导航系统与馈线终端之间的数据通讯；北斗卫星通信数据传输终端用于将馈线终端采集的报文上传给北斗卫星导航系统；还用于接收北斗卫星导航系统的报文，将该报文下发给馈线终端；

北斗卫星通信数据处理平台：实现北斗卫星导航系统与主站之间的数据通讯；北斗卫星通信数据处理平台用于对北斗卫星导航系统上的报文进行解析后下发给主站；还用于将来自主站的报文上传给北斗卫星导航系统。

优选地，所述北斗卫星导航系统、北斗卫星通信数据传输终端和北斗卫星通信数据处理平台之间传输的报文格式包括：

通用头部：设置为Ox21；

标记字符：包括状态字符和关联字符；其中状态字符通过设置不同的字符表示单条数据、多条数据中的第一条数据和多条数据中的非第一条数据；如果状态字符为单条数据时，关联字符为空；如果状态字符为多条数据中的第一条数据时，关联字符为传输数据的长度；如果状态字符为多条数据中的非第一条数据时，关联字符为传输数据的序号；

传输数据。

优选地，所述北斗卫星通信数据传输终端包括北斗RDSS模块、MCU模块和天线模块；其中天线模块与北斗RDSS模块电连接，北斗RDSS模块和MCU模块电连接，MCU模块与馈线终端进行通信；所述北斗RDSS模块中还设有北斗民用智能卡。

优选地，所述北斗卫星通信数据传输终端具体用于将馈线终端采集的报文根据所述报文格式组包后，上传给北斗卫星导航系统；接收北斗卫星导航系统下发的报文，对所述报文进行格式反解析后下发给馈线终端。

优选地，所述北斗卫星通信数据传输终端设有中心卡号，北斗卫星通信数据传输终端还用于接收卡号设置指令，解析该卡号设置指令，得到中心卡号，根据该中心卡号进行设置；所述北斗卫星通信数据传输终端具体用于将所述报文下发给中心卡号对应的馈线终端。

优选地，所述北斗卫星通信数据传输终端设有设备密码，北斗卫星通信数据传输终端还用于接收密码修改指令，解析该密码修改指令，得到新密码，根据该新密码修改其设备密码。

优选地，所述北斗卫星通信数据传输终端还用于当接收到来自馈线终端的定位请求时，解析所述定位请求获得密码，当该密码与所述设备密码匹配时，向北斗卫星导航系统请求位置信息，将获得的位置信息下发给中心卡号对应的馈线终端。

优选地，所述北斗卫星通信数据传输终端还设有与馈线终端的通信串口参数，北斗卫星通信数据传输终端还用于接收串口参数设置指令，解析该串口参数设置指令，得到新串口参数，根据新串口参数修改其通信串口参数。

优选地，所述北斗卫星通信数据传输终端还用于当接收到来自馈线终端的波速请求时，解析所述波速请求获得密码，当该密码与所述设备密码匹配时，获取其设置的波速状态，将该波速状态下发给中心卡号对应的馈线终端。

优选地，所述北斗卫星通信数据处理平台包括北斗卫星接收机以及主处理平台；

其中北斗卫星接收机用于接收北斗卫星导航系统下发的报文，将该报文传输至主处理平台；

主处理平台用于对报文进行格式解析后，将获得的传输数据存储至缓存数据库以及关系数据库，将获得的传输数据传输给主站。

由上述技术方案可知，本发明提供的一种基于北斗通讯的配网自动化系统，结合北斗卫星导航系统的高可靠性、不受地面环境影响以及具备双向数据通信能力的特点，提高设备在线率、系统安全性、可靠性和保密性，降低运营成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明实施例提供的配网自动化系统的模块框图。

图2为本发明实施例提供的北斗卫星通信数据传输终端的模块框图。

图3为本发明实施例提供的北斗卫星通信数据处理平台的模块框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

实施例一：

一种基于北斗通讯的配网自动化系统，参见图1，包括主站和馈线终端；还包括：

北斗卫星导航系统；

具体地，北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System，简称BDS)由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠性定位、导航、授时服务，并具报文通信能力。北斗卫星导航系统具有以下特点：一是空间段为采用三种轨道卫星组成的混合星座，与其他卫星导航系统相比，高轨卫星更多，抗遮挡能力强，尤其低纬度地区性能特点更为明显。二是提供多个频点的导航信号，能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度。三是创新融合了导航与通信能力，具有实时导航、快速定位、精确授时、位置报告和报文通信服务五大功能。

北斗卫星通信数据传输终端：实现北斗卫星导航系统与馈线终端之间的数据通讯；北斗卫星通信数据传输终端用于将馈线终端采集的报文上传给北斗卫星导航系统；还用于接收北斗卫星导航系统的报文，将该报文下发给馈线终端；

北斗卫星通信数据处理平台：实现北斗卫星导航系统与主站之间的数据通讯；北斗卫星通信数据处理平台用于对北斗卫星导航系统上的报文进行解析后下发给主站；还用于将来自主站的报文上传给北斗卫星导航系统。

具体地，该配网自动化系统主要由北斗FTU终端和平台组成，其中北斗FTU终端主要由北斗卫星通信数据传输终端(北斗DTU)和馈线终端组成，平台由北斗卫星通信数据处理平台和主站组成。该配网自动化系统在现有的配网自动化系统上增加北斗卫星通信数据传输终端与北斗卫星通信数据处理平台，通过北斗卫星通信数据传输终端将馈线终端采集的数据发送至北斗卫星导航系统，同时北斗卫星通信数据传输终端也可接收北斗卫星导航系统下发的数据传输至馈线终端。北斗卫星通信数据处理平台主要负责对北斗卫星通信数据传输终端上传的数据进行解析，然后传输至主站，接收主站传输过来的数据下发至指定的北斗卫星通信数据传输终端。

该基于北斗通讯的配网自动化系统，结合北斗卫星导航系统的高可靠性、不受地面环境影响以及具备双向数据通信能力的特点，提高设备在线率、系统安全性、可靠性和保密性，降低运营成本。

目前，民用三级北斗卡发送报文时间频率为1分钟一次，通信容量为78字节/条，采用北斗卫星通信传输时通信容量有限。北斗卫星通信数据传输终端需满足数据透明传输、智能组包、高效安全等要求，所以需要提出一套高效可靠的数据传输协议，北斗卫星通信数据传输终端与北斗卫星通信数据处理平台之间均需要遵循该协议。所述北斗卫星导航系统、北斗卫星通信数据传输终端和北斗卫星通信数据处理平台之间传输的报文格式包括：

1、通用头部：设置为Ox21；

具体地，通用头部采用0x21(ASCII字符为“！”)表示，即所有报文头部加上该字符，用于通信中心以及相关设备进行识别。

2、标记字符：包括状态字符和关联字符；其中状态字符通过设置不同的字符表示单条数据、多条数据中的第一条数据和多条数据中的非第一条数据；如果状态字符为单条数据时，关联字符为空；如果状态字符为多条数据中的第一条数据时，关联字符为传输数据的长度；如果状态字符为多条数据中的非第一条数据时，关联字符为传输数据的序号；

具体地，如果传输单条数据，则标记字符设为S。如果传输多条数据的第一条数据，则标记字符设为M，关联字符设为分组的长度，关联字符采用4个字符进行表示，如长度为2则为0002，如长度为255则为00FF，最长分组长度不超过65535。如果传输多条数据的非第一条数据，则标记字符设为C，关联字符设为当前数据的序号，如当前序号为12则为000C，最多不能超过255条即00FF。

3、传输数据。

具体地，在标记字符之后为传输的数据。

假如北斗民用智能卡为三级用户卡，报文字符为78个，能传输155个十六进制字符，除去头部21、单条标记字符S、或多条标记字符M或C及4个长度字符，剩余155-2-1-4＝148个字符，即单条报文传输数据不能超过74个byte。

例如接收到的报文为[0x01 0x00 0x03 0x02 0x01 0x79 0x3C]，则报文中发送的十六进制字符串为：21S0100030201793C。如果时发送给0378988的中心卡号，则发送串口数据为：$CCTXA,0378988,1,2,A421S0100030201793C*4B。

例如接收到的报文为[0x01 0x00 0x03 0x02 0x01 0x79 0x3C 0x02 0x00 0x030x02 0x01 0x79 0x3D 0x03 0x00 0x03 0x02 0x01 0x79 0x3E 0x04 0x00 0x03 0x020x01 0x79 0x3F]分成四包进行发送，则分别为：

21M00040100030201793C
	21M00020200030201793D
21M00030300030201793E
	21M00040400030201793F

参见图2，所述北斗卫星通信数据传输终端包括北斗RDSS模块、MCU模块和天线模块；其中天线模块与北斗RDSS模块电连接，北斗RDSS模块和MCU模块电连接，MCU模块与馈线终端进行通信；所述北斗RDSS模块中还设有北斗民用智能卡。

具体地，北斗卫星通信数据传输终端由北斗RDSS模块、MCU模块、天线模块、北斗民用智能卡(北斗卡)以及其他外围电子元器件组成。北斗卫星通信数据传输终端要求遵循上述定义的报文格式，将馈线终端传输过来的数据经过上述格式组包，然后发送至北斗卫星导航系统。当北斗卫星通信数据传输终端接收到北斗卫星导航系统下发的报文时，将报文根据上述格式进行反解析，将解析结果传输至馈线终端。

北斗卫星通信数据传输终端除了具备以上根据格式实现的透明数据解析功能，还需考虑设备数据安全性以及扩展性等功能，因此北斗卫星通信数据传输终端还需要执行其他指令。

在安全性上，北斗卫星通信数据传输终端只接收由接收中心卡号下发的数据，对于其他馈线终端发送的数据直接忽略，且每个北斗卫星通信数据传输终端均内置独立的设备密码，在修改参数或获取相关数据时必须校验设备密码。所以北斗卫星通信数据传输终端除以遵循上述报文格式外，还需要遵循以字符A开头的设置指令，设置指令定义如下：

1、设置接收中心卡号。

所述北斗卫星通信数据传输终端设有中心卡号，北斗卫星通信数据传输终端还用于接收卡号设置指令，解析该卡号设置指令，得到中心卡号，根据该中心卡号进行设置；所述北斗卫星通信数据传输终端具体用于将所述报文下发给中心卡号对应的馈线终端。

具体地，卡号设置指令格式为：SC+设备密码+中心卡号。设备密码为北斗卫星通信数据传输终端内部的密码，长度为6位，默认密码为123456。如设置中心卡号为0378988，则指令格式为SC1234560378988。如果传输的密码与设备密码不匹配，北斗卫星通信数据传输终端将拒绝进行修改。

2、修改设备密码。

所述北斗卫星通信数据传输终端设有设备密码，北斗卫星通信数据传输终端还用于接收密码修改指令，解析该密码修改指令，得到新密码，根据该新密码修改其设备密码。

具体地，密码修改指令的命令格式为：CP+原始密码+新的密码。如果修改北斗卫星通信数据传输终端的原设备密码123456，新密码为888888，密码修改指令如下：CP123456888888。

3、修改通信串口参数

所述北斗卫星通信数据传输终端还设有与馈线终端的通信串口参数，北斗卫星通信数据传输终端还用于接收串口参数设置指令，解析该串口参数设置指令，得到新串口参数，根据新串口参数修改其通信串口参数。

具体地，通信串口参数是指北斗卫星通信数据传输终端与馈线终端通信时的串口参数，串口参数设置指令的格式为：CS+设备密码+频率。其中频率为6位数据宽度，比如9600秒，写作009600；比如115200秒，写作115200。默认频率为115200。

4、获取终端设备定位信息。

所述北斗卫星通信数据传输终端还用于当接收到来自馈线终端的定位请求时，解析所述定位请求获得密码，当该密码与所述设备密码匹配时，向北斗卫星导航系统请求位置信息，将获得的位置信息下发给中心卡号对应的馈线终端。

具体地，定位请求的格式为：GGPS+设备密码。头部采用“DG”标识符，格式采用“时间,经度,纬度,高程,速度”表示，中间用逗号(“，”)隔开。其中，时间格式为MMDDHHmmss。如上传2020年10月01日12:18:53时定位数据，则定位请求设置为：G1001121853,112.1524,30.441245,95.5,20.1。

5、获取终端设备的波速状态。

所述北斗卫星通信数据传输终端还用于当接收到来自馈线终端的波速请求时，解析所述波速请求获得密码，当该密码与所述设备密码匹配时，获取其设置的波速状态，将该波速状态下发给中心卡号对应的馈线终端。

具体地，波速请求的格式为：BR+设备密码。头部采用“DB”标识符，数据格式采用波速值，中间用逗号(“，”)隔开。如当前设备的波速状态为(4,1,0,2,4,2,4,3,4,1)，则传输内容为：DB4,1,0,2,4,2,4,3,4,1。

参见图3，所述北斗卫星通信数据处理平台包括北斗卫星接收机以及主处理平台；

其中北斗卫星接收机用于接收北斗卫星导航系统下发的报文，将该报文传输至主处理平台；

主处理平台(见图3中数据处理平台)用于对报文进行格式解析后，将获得的传输数据存储至缓存数据库以及关系数据库，将获得的传输数据传输给主站。

具体地，北斗卫星通信数据处理平台主要由北斗卫星接收机以及主处理平台组成。北斗卫星接收机接收北斗卫星导航系统下发的报文，然后通过串口(如RS485)、网口等方式将数据传输至主处理平台，北斗卫星通信数据处理平台用于处理接收到的报文以及进行相应的数据解析、存储和转发等。

主处理平台主要包括串口通信、数据库操作以及网络通信等。主处理平台通过串口通信或网络通信接收北斗卫星接收机传输的数据，然后根据定义的报文格式进行数据解析，同时将解析结果存储至缓存数据库以及关系数据库，将解析结果通过网络通信推送至主站。同时，通过网络通信接收由主站传输的数据，根据系统智能调度将数据通过北斗卫星导航系统发送至指定的北斗DTU设备。

综上所述，配网自动化系统实现对配网运行状态的实时全面监控，实现故障迅速定位，缩短配网抢修时间，节约了电网运行成本，切实提升了配网智能化水平。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (5)

1.一种基于北斗通讯的配网自动化系统，包括主站和馈线终端；其特征在于，还包括：

北斗卫星导航系统；

北斗卫星通信数据传输终端：实现北斗卫星导航系统与馈线终端之间的数据通讯；北斗卫星通信数据传输终端用于将馈线终端采集的报文上传给北斗卫星导航系统；还用于接收北斗卫星导航系统的报文，将该报文下发给馈线终端；

北斗卫星通信数据处理平台：实现北斗卫星导航系统与主站之间的数据通讯；北斗卫星通信数据处理平台用于对北斗卫星导航系统上的报文进行解析后下发给主站；还用于将来自主站的报文上传给北斗卫星导航系统；

所述北斗卫星通信数据传输终端设有中心卡号，北斗卫星通信数据传输终端还用于接收卡号设置指令，解析该卡号设置指令，得到中心卡号，根据该中心卡号进行设置；所述北斗卫星通信数据传输终端具体用于将所述报文下发给中心卡号对应的馈线终端；卡号设置指令格式为：SC+设备密码+中心卡号；

所述北斗卫星通信数据传输终端设有设备密码，北斗卫星通信数据传输终端还用于接收密码修改指令，解析该密码修改指令，得到新密码，根据该新密码修改其设备密码；密码修改指令的命令格式为：CP+原始密码+新的密码；

所述北斗卫星通信数据传输终端还用于当接收到来自馈线终端的定位请求时，解析所述定位请求获得密码，当该密码与所述设备密码匹配时，向北斗卫星导航系统请求位置信息，将获得的位置信息下发给中心卡号对应的馈线终端；定位请求的格式为：GGPS+设备密码；

所述北斗卫星通信数据传输终端还设有与馈线终端的通信串口参数，北斗卫星通信数据传输终端还用于接收串口参数设置指令，解析该串口参数设置指令，得到新串口参数，根据新串口参数修改其通信串口参数；串口参数设置指令的格式为：CS+设备密码+频率；

所述北斗卫星通信数据传输终端还用于当接收到来自馈线终端的波速请求时，解析所述波速请求获得密码，当该密码与所述设备密码匹配时，获取其设置的波速状态，将该波速状态下发给中心卡号对应的馈线终端；波速请求的格式为：BR+设备密码。

2.根据权利要求1所述配网自动化系统，其特征在于，

所述北斗卫星导航系统、北斗卫星通信数据传输终端和北斗卫星通信数据处理平台之间传输的报文格式包括：

通用头部：设置为Ox21；

标记字符：包括状态字符和关联字符；其中状态字符通过设置不同的字符表示单条数据、多条数据中的第一条数据和多条数据中的非第一条数据；如果状态字符为单条数据时，关联字符为空；如果状态字符为多条数据中的第一条数据时，关联字符为传输数据的长度；如果状态字符为多条数据中的非第一条数据时，关联字符为传输数据的序号；

传输数据。

3.根据权利要求1所述配网自动化系统，其特征在于，

所述北斗卫星通信数据传输终端包括北斗RDSS模块、MCU模块和天线模块；其中天线模块与北斗RDSS模块电连接，北斗RDSS模块和MCU模块电连接，MCU模块与馈线终端进行通信；所述北斗RDSS模块中还设有北斗民用智能卡。

4.根据权利要求1所述配网自动化系统，其特征在于，

所述北斗卫星通信数据传输终端具体用于将馈线终端采集的报文根据所述报文格式组包后，上传给北斗卫星导航系统；接收北斗卫星导航系统下发的报文，对所述报文进行格式反解析后下发给馈线终端。

5.根据权利要求2所述配网自动化系统，其特征在于，

所述北斗卫星通信数据处理平台包括北斗卫星接收机以及主处理平台；

其中北斗卫星接收机用于接收北斗卫星导航系统下发的报文，将该报文传输至主处理平台；

主处理平台用于对报文进行格式解析后，将获得的传输数据存储至缓存数据库以及关系数据库，将获得的传输数据传输给主站。

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