一城一北斗|基于北斗三代短報文的配電自動化終端數據交互應用

申報單位：國網新疆電力有限公司巴州供電公司

聯合申報單位：新疆航創信息技術有限公司

主要完成人：王振、巴衣爾、楊杰、劉志偉、董國慶

一、案例簡介

針對新疆巴州偏遠地區無公網信號、通信延遲及數據丟包等問題，本案例基于北斗三代短報文技術， 構建電力數據交互系統，實現配網自動化業務的高可靠傳輸與精準研判，突破傳統通信方式在配電自動化 終端接入的技術瓶頸。本案例在無網絡覆蓋區域部署13臺北斗數傳終端，主站側配置1臺北斗指揮機，

形成“終端-指揮機”雙向通信架構，支撐配網設備狀態監測、遙控指令下發及故障數據回傳。為配網線路 故障隔離、自愈控制及實時研判提供數據支撐，顯著提升供電可靠性，減少因信息差導致的停電范圍擴大 問題。基于北斗三代短報文的配電自動化終端數據交互的技術方案與創新主要體現以下4個方面：長報文 可靠傳輸：通過指揮機側定制化數據交互軟件，突破北斗短報文單次傳輸長度限制，實現長數據分片傳輸 與重組，確保數據完整性和可靠性；精準時間同步：利用北斗三代高精度授時功能，終端上傳“帶時標” 消息，指揮機完整存儲后與主站同步，消除主站與現場時間差，解決故障研判時序誤差問題；多鏈路數據 優化：在指揮機側擴展功能模塊，預處理多鏈路延遲數據，優化主站研判策略，避免因通信延遲導致的誤 判；自主可控通信：依托北斗三代國產化信道與加密傳輸技術，構建安全通信鏈路，解決偏遠地區遙控隔 離故障的通信難題，降低對GPS及公網的依賴。

在配電自動化終端通信連接主要由北斗數傳終端、北斗指揮機及數據交互平臺組成，支持無網絡區域 配網自動化數據回傳、設備控制及實時通信，兼容電力行業標準協議，滿足高安全、低時延業務需求。該項目攻克了北斗短報文與電力業務融合的三大難點：長數據分片傳輸與無丟包重組技術，解決傳統短報文 容量限制；毫秒級時間同步與“帶時標”數據融合，提升故障定位精度；多鏈路延遲數據邊緣處理，增強 主站研判可靠性。該方案實現全鏈路國產化，技術自主可控，為無網絡地區電力通信提供了創新范式，具 備行業領先水平。北斗三代在電力垂直領域的典型實踐，推動我國能源基礎設施通信技術自主化與智能化 轉型

二、技術方案

針對電力自動化數據傳輸特點，考慮加密、壓縮、可靠傳輸等機制，考慮北斗天線室外部署及可靠性 要求，項目搭建了北斗數據交互平臺。

1)北斗三代短報文數傳終端研制。從系統拓撲結構上分析，北斗三代短報文數傳終端介于業務數據 處理終端和北斗三代衛星之間，負責完成電力業務數據的衛星信道傳輸，是系統的關鍵組成部分。為了便 于北斗三代衛星信號的接收，北斗三代短報文數傳終端應部設在室外南向空曠無遮擋區域，設備本身加裝 防護外殼，具備防雨、防塵、防潮室外防護能力。其次，北斗三代短報文數傳終端實現電力業務數據北斗 三代短報文形式的傳輸，將滿足電力規約的業務數據通過北斗三代短報文數傳鏈路傳輸到北斗指揮數據處 理平臺，可以實現偏遠無信號覆蓋地區配電終端設備電力業務數據回傳功能。北斗三代短報文數傳終端設

備，主要由MCU、北斗通信RNSS模塊、北斗導航RNSS模塊、北斗卡、電源模塊、外殼和防護結構、 供電和通信線纜組成。

2)業務數據處理平臺的研制。業務數據處理終端在北斗三代短報文電力自動化數傳系統中，介于數 據產生設備和北斗三代數傳終端之間。在實際應用場景中一方面連接FTU等數據發生設備，另一方面和指 揮機后端與配電自動化主站D5000平臺對接，從物聯網業務層面看，其處于設備和平臺的中間層，集數據 匯聚、業務處理、數據分發為一體，是北斗三代短報文電力自動化數傳系統的業務處理的核心樞紐。業務 數據處理終端根據電力規約數據產生的特點，對數據進行一定形式的拆分、組合、緩存和拼接。為實現電 力規約數據轉發的同步，業務數據處理終端在接收到電力業務數據時，要對數據賦予時間戳，以保證業務 數據的時間同步。此外，業務數據處理終端還可以實現數據的國密加密和壓縮，對業務數據進行本地保存 等功能。

3)北斗三代指揮機的研制。北斗三代衛星導航系統已組網成功正式運行，系統繼承了原有定位技術 體制，通過“星間鏈路”也就是衛星與衛星之間的連接“對話”,解決了全球組網需要全球布站的問題。 北斗三代在北斗二號的基礎上，進一步提升性能、擴展功能，為全球用戶提供定位導航授時、全球短報文 通信和國際搜救等服務；同時在中國及周邊地區提供星基增強、地基增強、精密單點定位和區域短報文通 信服務。在北斗三代短報文電力自動化數傳系統中，北斗三代指揮機可以看做是北斗衛星的一個微型站點， 上行與通信管理機互聯。接收北斗三代短報文數傳終端發送的業務數據，并轉發到指揮中心通信管理機， 同時支持與北斗三代數傳終端一對一或一對多的通信和管理功能。

三、創新亮點

1)配網數傳系統的研制。針對新疆等偏遠地區網絡盲區，研發適配軟件突破北斗短報文單次傳輸容 量限制，通過數據分幀處理與電力-北斗協議融合技術，實現配網業務數據(電壓、負荷等)與北斗三代編 碼協議無縫對接，解決無信號區域設備監控難題，為北斗在配電自動化行業應用提供標準化范例。

2)多規約兼容分包組包策略。針對電力業務規約差異及北斗卡級傳輸限制，設計動態分包組包機制， 根據電力規約特征與北斗卡性能(單次容量、頻次),智能優化數據緩存與分片策略，實現多源電力數據 與北斗短報文的高效適配，兼容IEC 60870-5-101/104等主流協議。

3)端到端國密加密傳輸。采用北斗三代自主可控衛星信道，結合北斗數傳終端側國密四級加密與指 揮機側解密技術，規避4G/5G公網明文傳輸風險，抵御網絡攻擊，確保負荷數據、遙控指令等業務的全鏈 路安全，加密強度滿足電力行業信息安全標準。4)智能丟包重傳技術。針對長報文傳輸丟包問題，設計 多場景統一化重傳策略：指揮機實時校驗數據完整性并反饋缺失幀編號，終端基于優先級觸發定向補傳， 冗余率低于5%,關鍵業務數據(故障信號、控制指令)傳輸完整率達99.9%,保障遙控操作可靠性。

該方案攻克北斗短報文與電力業務融合的協議兼容、安全加密、低帶寬高可靠傳輸三大技術瓶頸，實 現偏遠地區配網終端100%可控可測，故障隔離效率提升40%,為智能配電網建設提供國產化通信底座。