一城一北斗|基于北斗三代短报文的配电自动化终端数据交互应用

申报单位：国网新疆电力有限公司巴州供电公司

联合申报单位：新疆航创信息技术有限公司

主要完成人：王振、巴衣尔、杨杰、刘志伟、董国庆

一、案例简介

针对新疆巴州偏远地区无公网信号、通信延迟及数据丢包等问题，本案例基于北斗三代短报文技术， 构建电力数据交互系统，实现配网自动化业务的高可靠传输与精准研判，突破传统通信方式在配电自动化 终端接入的技术瓶颈。本案例在无网络覆盖区域部署13台北斗数传终端，主站侧配置1台北斗指挥机，

形成“终端-指挥机”双向通信架构，支撑配网设备状态监测、遥控指令下发及故障数据回传。为配网线路 故障隔离、自愈控制及实时研判提供数据支撑，显著提升供电可靠性，减少因信息差导致的停电范围扩大 问题。基于北斗三代短报文的配电自动化终端数据交互的技术方案与创新主要体现以下4个方面：长报文 可靠传输：通过指挥机侧定制化数据交互软件，突破北斗短报文单次传输长度限制，实现长数据分片传输 与重组，确保数据完整性和可靠性；精准时间同步：利用北斗三代高精度授时功能，终端上传“带时标” 消息，指挥机完整存储后与主站同步，消除主站与现场时间差，解决故障研判时序误差问题；多链路数据 优化：在指挥机侧扩展功能模块，预处理多链路延迟数据，优化主站研判策略，避免因通信延迟导致的误 判；自主可控通信：依托北斗三代国产化信道与加密传输技术，构建安全通信链路，解决偏远地区遥控隔 离故障的通信难题，降低对GPS及公网的依赖。

在配电自动化终端通信连接主要由北斗数传终端、北斗指挥机及数据交互平台组成，支持无网络区域 配网自动化数据回传、设备控制及实时通信，兼容电力行业标准协议，满足高安全、低时延业务需求。该项目攻克了北斗短报文与电力业务融合的三大难点：长数据分片传输与无丢包重组技术，解决传统短报文 容量限制；毫秒级时间同步与“带时标”数据融合，提升故障定位精度；多链路延迟数据边缘处理，增强 主站研判可靠性。该方案实现全链路国产化，技术自主可控，为无网络地区电力通信提供了创新范式，具 备行业领先水平。北斗三代在电力垂直领域的典型实践，推动我国能源基础设施通信技术自主化与智能化 转型

二、技术方案

针对电力自动化数据传输特点，考虑加密、压缩、可靠传输等机制，考虑北斗天线室外部署及可靠性 要求，项目搭建了北斗数据交互平台。

1)北斗三代短报文数传终端研制。从系统拓扑结构上分析，北斗三代短报文数传终端介于业务数据 处理终端和北斗三代卫星之间，负责完成电力业务数据的卫星信道传输，是系统的关键组成部分。为了便 于北斗三代卫星信号的接收，北斗三代短报文数传终端应部设在室外南向空旷无遮挡区域，设备本身加装 防护外壳，具备防雨、防尘、防潮室外防护能力。其次，北斗三代短报文数传终端实现电力业务数据北斗 三代短报文形式的传输，将满足电力规约的业务数据通过北斗三代短报文数传链路传输到北斗指挥数据处 理平台，可以实现偏远无信号覆盖地区配电终端设备电力业务数据回传功能。北斗三代短报文数传终端设

备，主要由MCU、北斗通信RNSS模块、北斗导航RNSS模块、北斗卡、电源模块、外壳和防护结构、 供电和通信线缆组成。

2)业务数据处理平台的研制。业务数据处理终端在北斗三代短报文电力自动化数传系统中，介于数 据产生设备和北斗三代数传终端之间。在实际应用场景中一方面连接FTU等数据发生设备，另一方面和指 挥机后端与配电自动化主站D5000平台对接，从物联网业务层面看，其处于设备和平台的中间层，集数据 汇聚、业务处理、数据分发为一体，是北斗三代短报文电力自动化数传系统的业务处理的核心枢纽。业务 数据处理终端根据电力规约数据产生的特点，对数据进行一定形式的拆分、组合、缓存和拼接。为实现电 力规约数据转发的同步，业务数据处理终端在接收到电力业务数据时，要对数据赋予时间戳，以保证业务 数据的时间同步。此外，业务数据处理终端还可以实现数据的国密加密和压缩，对业务数据进行本地保存 等功能。

3)北斗三代指挥机的研制。北斗三代卫星导航系统已组网成功正式运行，系统继承了原有定位技术 体制，通过“星间链路”也就是卫星与卫星之间的连接“对话”,解决了全球组网需要全球布站的问题。 北斗三代在北斗二号的基础上，进一步提升性能、扩展功能，为全球用户提供定位导航授时、全球短报文 通信和国际搜救等服务；同时在中国及周边地区提供星基增强、地基增强、精密单点定位和区域短报文通 信服务。在北斗三代短报文电力自动化数传系统中，北斗三代指挥机可以看做是北斗卫星的一个微型站点， 上行与通信管理机互联。接收北斗三代短报文数传终端发送的业务数据，并转发到指挥中心通信管理机， 同时支持与北斗三代数传终端一对一或一对多的通信和管理功能。

三、创新亮点

1)配网数传系统的研制。针对新疆等偏远地区网络盲区，研发适配软件突破北斗短报文单次传输容 量限制，通过数据分帧处理与电力-北斗协议融合技术，实现配网业务数据(电压、负荷等)与北斗三代编 码协议无缝对接，解决无信号区域设备监控难题，为北斗在配电自动化行业应用提供标准化范例。

2)多规约兼容分包组包策略。针对电力业务规约差异及北斗卡级传输限制，设计动态分包组包机制， 根据电力规约特征与北斗卡性能(单次容量、频次),智能优化数据缓存与分片策略，实现多源电力数据 与北斗短报文的高效适配，兼容IEC 60870-5-101/104等主流协议。

3)端到端国密加密传输。采用北斗三代自主可控卫星信道，结合北斗数传终端侧国密四级加密与指 挥机侧解密技术，规避4G/5G公网明文传输风险，抵御网络攻击，确保负荷数据、遥控指令等业务的全链 路安全，加密强度满足电力行业信息安全标准。4)智能丢包重传技术。针对长报文传输丢包问题，设计 多场景统一化重传策略：指挥机实时校验数据完整性并反馈缺失帧编号，终端基于优先级触发定向补传， 冗余率低于5%,关键业务数据(故障信号、控制指令)传输完整率达99.9%,保障遥控操作可靠性。

该方案攻克北斗短报文与电力业务融合的协议兼容、安全加密、低带宽高可靠传输三大技术瓶颈，实 现偏远地区配网终端100%可控可测，故障隔离效率提升40%,为智能配电网建设提供国产化通信底座。