北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在電力行業(yè)的應(yīng)用

［關(guān)鍵詞］北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；電力行業(yè)；具體應(yīng)用

［中圖分類號(hào)］TM7 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）11–0111–03

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“北斗系統(tǒng)”）是我國戰(zhàn)略發(fā)展的重要構(gòu)成，與國家安全有著密切聯(lián)系。

電力行業(yè)是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)支柱，通過將北斗系統(tǒng)應(yīng)用于電力行業(yè)，能夠?yàn)殡娏δ茉撮_發(fā)及基礎(chǔ)建設(shè)提供更多技術(shù)支持。隨著信息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，北斗系統(tǒng)不斷優(yōu)化與完善，對(duì)于電力行業(yè)的整體發(fā)展促進(jìn)作用越發(fā)顯著。因此必須要加強(qiáng)對(duì)該系統(tǒng)在電力行業(yè)中的應(yīng)用研究，以為電力行業(yè)智能化、信息化發(fā)展提供更多動(dòng)力支持。

1北斗系統(tǒng)概述

1.1系統(tǒng)構(gòu)成

北斗系統(tǒng)是我國為了社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及國家安全而自主研發(fā)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，屬于我國非常重要的時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施[1]。2020年6月23日，北斗三號(hào)系統(tǒng)最后一顆組網(wǎng)衛(wèi)星發(fā)射成功，標(biāo)志著北斗系統(tǒng)全球組網(wǎng)完成，能夠?yàn)槿蛴脩籼峁┤旌蚯腋呔鹊氖跁r(shí)服務(wù)及短報(bào)文通信服務(wù)。該系統(tǒng)主要包含3 種軌道并由此構(gòu)成混合星座，其中，北斗三號(hào)系統(tǒng)中共30 顆衛(wèi)星，24顆部署在中圓軌道上，軌道面夾角120°，高度21 528 km，傾角55°；3 顆屬于地球靜止軌道衛(wèi)星，軌道高度35 786 km，軌位80°、140°、110.5°，運(yùn)行周期24h ；3顆位于地球傾斜同步軌道位置，軌道面夾角120°，傾角55°，高度及運(yùn)行周期與其他軌道同步衛(wèi)星相一致。

1.2系統(tǒng)功能

在形成全球組網(wǎng)之后，能夠?qū)崿F(xiàn)全系統(tǒng)服務(wù)，從而為全球及中國周邊提供導(dǎo)航定位、授時(shí)服務(wù)、短報(bào)文通信等服務(wù)[2]。北斗系統(tǒng)服務(wù)功能見表1。

通過在我國及周邊地區(qū)分別增加3 顆地球同步軌道衛(wèi)星及傾斜同步軌道衛(wèi)星，能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)定位、短報(bào)文通信、星基增強(qiáng)等服務(wù)，從而大幅提高我國及周邊地區(qū)系統(tǒng)應(yīng)用效能。當(dāng)前，北斗三號(hào)系統(tǒng)所應(yīng)用的氫鐘及銣鐘都有著非常強(qiáng)的性能，從而提高了時(shí)鐘日穩(wěn)定性，能夠更好地滿足定位及時(shí)頻基準(zhǔn)要求，并進(jìn)一步優(yōu)化北斗三號(hào)系統(tǒng)服務(wù)性能，使得信息速率提升到400bit/s，服務(wù)能力達(dá)30 萬次/h，用戶單次能傳輸40個(gè)漢字[3]。同時(shí)，區(qū)域短報(bào)文又比北斗二號(hào)系統(tǒng)

有了更大提升，系統(tǒng)容量可提升至1 000 萬次/h，單詞傳輸漢字可達(dá)1 000 個(gè)漢字，報(bào)文傳輸容量可達(dá)到14 kbit，時(shí)延低于2 s。

隨著北斗系統(tǒng)建設(shè)持續(xù)完善，其計(jì)算誤差及算法也在不斷優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了整體系統(tǒng)服務(wù)性能的提升[4]。按照全球連續(xù)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)評(píng)估可知，當(dāng)前北斗系統(tǒng)導(dǎo)航定位授時(shí)服務(wù)中的定位精度、測(cè)速精度、授時(shí)精度及系統(tǒng)連續(xù)性都非常優(yōu)秀。

2北斗系統(tǒng)在電力行業(yè)中的總體應(yīng)用架構(gòu)

北斗系統(tǒng)在電力行業(yè)中的應(yīng)用應(yīng)當(dāng)基于智慧物聯(lián)總體架構(gòu)，根據(jù)“開放共享、邊緣智能、同一物聯(lián)”的設(shè)計(jì)理念，同時(shí)結(jié)合北斗技術(shù)特點(diǎn)形成總體架構(gòu)，如圖1所示。

3北斗系統(tǒng)在電力行業(yè)中的具體應(yīng)用

3.1桿塔變形監(jiān)測(cè)

桿塔變形通常是由于長時(shí)間侵蝕或者車輛撞擊所致，且如果地勢(shì)出現(xiàn)沉降也會(huì)導(dǎo)致桿塔出現(xiàn)微小傾斜，進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)倒桿隱患。傳統(tǒng)處理過程中，運(yùn)維人員通常難以在第一時(shí)間掌握設(shè)備情況，大幅降低了搶修效率。通過應(yīng)用北斗系統(tǒng)能夠?qū)旊姉U塔變形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以確保輸電線路穩(wěn)定安全，尤其對(duì)位于道路轉(zhuǎn)角或路邊易受車輛撞擊的桿塔進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯得尤為重要，同時(shí)也可解決對(duì)于桿塔受損或傾斜的延遲識(shí)別問題，避免了安全隱患。通過在選定的桿塔上安裝特定傾斜監(jiān)控終端以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)桿塔坐標(biāo)位置及傾斜情況，將終端設(shè)備固定在桿身中部并且自帶電池供電，以保證設(shè)備持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行[5]。當(dāng)桿塔發(fā)生傾斜或形變時(shí)監(jiān)控設(shè)備可通過GPRS 及時(shí)將預(yù)警信息發(fā)送到監(jiān)控管理中心，從而使得運(yùn)維人員可迅速得到通知并快速定位故障點(diǎn)，大幅提高搶修效率。此外，北斗系統(tǒng)設(shè)備還具備自檢功能，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、通信及信號(hào)處理等操作。若監(jiān)測(cè)到設(shè)備本身發(fā)生故障，系統(tǒng)將采取相應(yīng)措施確保恢復(fù)正常運(yùn)行，具體的桿塔監(jiān)測(cè)架構(gòu)如圖2 所示。

3.2用電信息采集

在電網(wǎng)發(fā)展過程中，通過利用北斗系統(tǒng)中的短報(bào)文功能進(jìn)行用電信息采集，能夠確保實(shí)時(shí)獲取數(shù)據(jù)，從而保障用電信息采集質(zhì)量及效率的最大限度提升?；诙虉?bào)文通信的用電信息采集系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。在圖3中，主站與集中器通信應(yīng)根據(jù)主站所約定的數(shù)據(jù)采集項(xiàng)開展采集工作，包括RS485、載波及微功率無線方式。圖3中的①和②為DL/T645 協(xié)議，③和⑥為1376.1 協(xié)議。當(dāng)前廣東電網(wǎng)公司已安裝萬臺(tái)北斗數(shù)傳終端，通過采集并分析電能信息，能夠動(dòng)態(tài)化了解線損及終端監(jiān)控情況，從而提高應(yīng)急預(yù)警能力，實(shí)現(xiàn)了人力、財(cái)力、物力的大幅度節(jié)約，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

3.3無人機(jī)電力巡線

隨著電網(wǎng)建設(shè)范圍持續(xù)擴(kuò)大，電力線路的巡視工作量也在不斷加大，無人機(jī)在電力巡線中得到了廣泛應(yīng)用，而北斗系統(tǒng)在無人機(jī)飛行中占據(jù)著不可替代的作用。例如，隨著北斗系統(tǒng)在廣東電網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用，目前已建立起31 座北斗地面電力增強(qiáng)基站，同時(shí)通過加速建設(shè)北斗綜合服務(wù)平臺(tái)，并基于北斗精準(zhǔn)服務(wù)網(wǎng)開展無人機(jī)自主巡檢工作，已實(shí)現(xiàn)了“北斗+ 無人機(jī)”。在具體無人機(jī)巡檢過程中，可通過無人機(jī)進(jìn)行厘米級(jí)自主飛行定位，由此避免誤操作情況發(fā)生。通過無人機(jī)自動(dòng)巡檢僅需20 min 便能完成，而且在巡檢過程中還能夠通過變電站局限的空間對(duì)飛行路線進(jìn)行判斷以靈活躲避各種障礙物，從而確保無人機(jī)在飛向避雷器、巡檢套管及變壓器的過程中保持安全穩(wěn)定。

3.4電力線路監(jiān)管

基于北斗系統(tǒng)，當(dāng)前電力公司已研發(fā)出故障自動(dòng)定位系統(tǒng)，從而便于運(yùn)維人員能夠及時(shí)查找出線路故障原因，實(shí)現(xiàn)供電可靠性的提升以及經(jīng)濟(jì)效益的提高。通過應(yīng)用北斗系統(tǒng)對(duì)電力線路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，技術(shù)人員位于電力機(jī)巡作業(yè)室，通過登陸機(jī)巡作業(yè)管控平臺(tái)便能夠?qū)ρ矙z照片進(jìn)行系統(tǒng)自動(dòng)分類和命名，同時(shí)識(shí)別出其中的缺陷，并將識(shí)別結(jié)果實(shí)時(shí)推至相關(guān)負(fù)責(zé)人，由此實(shí)現(xiàn)即時(shí)故障排查，大幅縮短了故障排查時(shí)間，也最大限度降低了電力線路故障給企業(yè)帶來的經(jīng)濟(jì)損失。在進(jìn)行應(yīng)急搶修的過程中，基于北斗系統(tǒng)所具備的實(shí)時(shí)監(jiān)控、雙向短信通訊、高精度定位功能，能夠使應(yīng)急指揮中心及時(shí)掌握發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)情況等內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)急搶修工作效率的大幅提高。此外，針對(duì)極端天氣及自然災(zāi)害，基于北斗系統(tǒng)的電力線路故障指示器及舞動(dòng)監(jiān)測(cè)終端能夠?qū)﹄娋W(wǎng)故障點(diǎn)及風(fēng)偏誤動(dòng)情況進(jìn)行精準(zhǔn)定位，由此大幅縮短了故障點(diǎn)的確認(rèn)時(shí)間，保障了線路監(jiān)管效能最大化提升。

4"結(jié)束語

通過將北斗系統(tǒng)應(yīng)用到電力行業(yè)中能夠?qū)崿F(xiàn)二者的深度融合，從而構(gòu)建北斗電力行業(yè)發(fā)展的新格局，為電力行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展提供新的指導(dǎo)與方向。因此在未來發(fā)展過程中，電力企業(yè)應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)北斗系統(tǒng)的研究，積極探索系統(tǒng)與電力行業(yè)各領(lǐng)域的融合發(fā)展，充分發(fā)揮北斗系統(tǒng)功能，從而為國家電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)支撐。