本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)管理，具體為一種基于北斗的電網(wǎng)應(yīng)急無(wú)線通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在當(dāng)今社會(huì)，電力供應(yīng)的穩(wěn)定性和可靠性對(duì)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會(huì)生活至關(guān)重要。然而，電網(wǎng)運(yùn)行常面臨各類突發(fā)狀況的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，使得高效、可靠的應(yīng)急通信成為保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵要素。電網(wǎng)運(yùn)行常面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)包括：

2、自然災(zāi)害頻發(fā)對(duì)電網(wǎng)通信的沖擊：

3、地震、洪水、臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，這些災(zāi)害往往會(huì)嚴(yán)重?fù)p毀地面通信基礎(chǔ)設(shè)施；例如，在2024年的一場(chǎng)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)襲擊中，沿海地區(qū)大量的通信基站因狂風(fēng)暴雨倒塌、斷電，導(dǎo)致公網(wǎng)通信全面癱瘓；而電網(wǎng)設(shè)施在受災(zāi)區(qū)域也遭受重創(chuàng)，此時(shí)由于缺乏可靠通信手段，電力搶修人員難以與指揮中心及時(shí)溝通，無(wú)法準(zhǔn)確獲取故障信息，導(dǎo)致?lián)屝薰ぷ鬟M(jìn)展緩慢，停電時(shí)間大幅延長(zhǎng)，給當(dāng)?shù)鼐用裆詈凸I(yè)生產(chǎn)造成了巨大損失；

4、山區(qū)、偏遠(yuǎn)地區(qū)等地理環(huán)境復(fù)雜區(qū)域，本身通信信號(hào)覆蓋就薄弱；一旦發(fā)生自然災(zāi)害，常規(guī)通信手段更是難以恢復(fù)，而這些地區(qū)的輸電線路又常常因地形原因更容易出現(xiàn)故障，急需可靠的應(yīng)急通信來(lái)保障電力維護(hù)和搶修工作；

5、電力系統(tǒng)自身特點(diǎn)對(duì)通信的高要求：

6、電力系統(tǒng)規(guī)模龐大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涵蓋發(fā)電、輸電、變電、配電等多個(gè)環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)之間需要實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地傳輸大量數(shù)據(jù)，如設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)、電力調(diào)度指令等；在應(yīng)急情況下，對(duì)通信的及時(shí)性、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性要求更高；例如，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，實(shí)時(shí)控制指令必須迅速傳達(dá)至相關(guān)設(shè)備，以避免故障擴(kuò)大；設(shè)備狀態(tài)信息也需及時(shí)反饋給監(jiān)控中心，為故障診斷和搶修決策提供依據(jù)；

7、隨著分布式能源在電網(wǎng)中的占比逐漸增加，如牧區(qū)、山區(qū)的風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等，對(duì)這些分布式能源的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理也需要可靠的通信支持；但這些地區(qū)往往公網(wǎng)通信覆蓋不足，傳統(tǒng)通信方式難以滿足需求；

8、現(xiàn)有通信技術(shù)在電網(wǎng)應(yīng)急中的局限性：

9、公網(wǎng)通信依賴地面基站等基礎(chǔ)設(shè)施，在自然災(zāi)害或其他突發(fā)事件中極易受損，導(dǎo)致通信中斷；且公網(wǎng)通信在帶寬、優(yōu)先級(jí)保障等方面，難以完全滿足電力應(yīng)急通信的特殊需求；

10、傳統(tǒng)的電力專用通信網(wǎng)絡(luò)，如光纖通信，雖然傳輸速率高、穩(wěn)定性好，但鋪設(shè)成本高，覆蓋范圍有限，在偏遠(yuǎn)地區(qū)和應(yīng)急場(chǎng)景下存在諸多不足；例如在山區(qū)鋪設(shè)光纖難度大、成本高，且一旦光纖受損，修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)；

11、一些單一的應(yīng)急通信技術(shù)，如短波通信，雖能在一定程度上實(shí)現(xiàn)中遠(yuǎn)距離通信，但存在通信質(zhì)量受環(huán)境影響大、頻譜資源有限等問(wèn)題；衛(wèi)星通信則存在成本高、傳輸延遲較大等缺陷，難以獨(dú)立滿足電網(wǎng)應(yīng)急通信復(fù)雜多樣的需求。

12、在這樣的背景下，研發(fā)一種能夠適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境、具備高可靠性和靈活性的電網(wǎng)應(yīng)急無(wú)線通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)迫在眉睫。本發(fā)明的基于北斗的電網(wǎng)應(yīng)急無(wú)線通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，旨在利用北斗系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，并結(jié)合多種通信技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)全面、高效的電網(wǎng)應(yīng)急通信解決方案，提升電網(wǎng)應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的能力，保障電力供應(yīng)的穩(wěn)定性和可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于北斗的電網(wǎng)應(yīng)急無(wú)線通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種基于北斗的電網(wǎng)應(yīng)急無(wú)線通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括：

4、北斗三號(hào)通信子系統(tǒng)，包括北斗數(shù)傳終端與北斗手持終端，用于通過(guò)北斗短報(bào)文實(shí)現(xiàn)電力業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的加密傳輸與定位，支持長(zhǎng)報(bào)文的分包、組包及斷點(diǎn)續(xù)傳；

5、短波通信子系統(tǒng)，包括自適應(yīng)短波電臺(tái)與便攜式業(yè)務(wù)終端，用于在無(wú)公網(wǎng)覆蓋場(chǎng)景下通過(guò)自主選頻技術(shù)建立中遠(yuǎn)距離話音及數(shù)據(jù)通信鏈路；

6、天通衛(wèi)星通信子系統(tǒng)，包括天通衛(wèi)星終端，用于通過(guò)天通一號(hào)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)提供語(yǔ)音通話及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；

7、融合通信控制模塊，集成多鏈路動(dòng)態(tài)選擇算法，根據(jù)信道質(zhì)量、業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)及能耗指標(biāo)，實(shí)時(shí)切換北斗、短波或天通通信鏈路；

8、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，用于將電力集抄協(xié)議報(bào)文封裝為北斗短報(bào)文協(xié)議格式，并在接收端還原為原始協(xié)議，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)數(shù)據(jù)與北斗通信的無(wú)縫適配；

9、無(wú)人機(jī)中繼擴(kuò)展模塊，包括搭載mavlink協(xié)議的無(wú)人機(jī)群與地面中繼基站，用于在通信盲區(qū)建立空中中繼鏈路，擴(kuò)展北斗信號(hào)覆蓋范圍。

10、作為一種優(yōu)選方案，北斗三號(hào)通信子系統(tǒng)進(jìn)一步包括：

11、北斗短報(bào)文數(shù)據(jù)包格式轉(zhuǎn)換單元，支持單次傳輸最大長(zhǎng)度14000bit，并采用crc校驗(yàn)與加密算法確保數(shù)據(jù)完整性；

12、北斗協(xié)議與電力集抄協(xié)議的映射規(guī)則庫(kù)，實(shí)現(xiàn)電力用戶用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議與北斗報(bào)文結(jié)構(gòu)的字段級(jí)轉(zhuǎn)換。

13、作為一種優(yōu)選方案，短波通信子系統(tǒng)的自主選頻技術(shù)包括：

14、基于改進(jìn)型頻譜預(yù)測(cè)算法的動(dòng)態(tài)頻率預(yù)測(cè)單元，其通過(guò)加權(quán)組合候選頻段的信噪比、誤碼率的倒數(shù)以及可用帶寬，選擇綜合評(píng)分最高的頻段作為最優(yōu)通信頻率，權(quán)重系數(shù)根據(jù)實(shí)時(shí)信道狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整且滿足歸一化條件；

15、鏈路質(zhì)量評(píng)估模型，根據(jù)信噪比snr、誤碼率ber及信道占用率生成可通信頻段列表；

16、主備電臺(tái)熱切換機(jī)制，當(dāng)主用電臺(tái)故障時(shí)，自動(dòng)啟用備用電臺(tái)并保持業(yè)務(wù)連續(xù)性。

17、作為一種優(yōu)選方案，融合通信控制模塊的多鏈路動(dòng)態(tài)選擇算法包括：

18、業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)分級(jí)單元，將電力應(yīng)急數(shù)據(jù)劃分為優(yōu)先級(jí)1、優(yōu)先級(jí)2和優(yōu)先級(jí)3，優(yōu)先級(jí)1為實(shí)時(shí)控制指令，優(yōu)先級(jí)2為設(shè)備狀態(tài)信息，優(yōu)先級(jí)3為歷史數(shù)據(jù)回傳；

19、基于模糊邏輯的信道質(zhì)量評(píng)分模型，通過(guò)加權(quán)計(jì)算鏈路的傳輸延遲倒數(shù)、信號(hào)穩(wěn)定性及剩余能量占比，生成綜合評(píng)分以選擇最優(yōu)鏈路，權(quán)重參數(shù)根據(jù)業(yè)務(wù)類型動(dòng)態(tài)調(diào)整；

20、能耗優(yōu)化策略，在低電量場(chǎng)景下優(yōu)先選擇北斗短報(bào)文通信以降低功耗。

21、作為一種優(yōu)選方案，無(wú)人機(jī)中繼擴(kuò)展模塊進(jìn)一步包括：

22、帶狀中繼基站部署方案，沿輸電線路每30km設(shè)置地面中繼基站，并與無(wú)人機(jī)群形成多跳通信網(wǎng)絡(luò)；

23、動(dòng)態(tài)頻譜分配算法，基于改進(jìn)型正交頻分復(fù)用技術(shù)，根據(jù)總帶寬與單子載波帶寬的比值及動(dòng)態(tài)調(diào)整因子，按指數(shù)衰減規(guī)律分配子載波數(shù)量，以適應(yīng)信道負(fù)載變化；

24、無(wú)人機(jī)軌跡優(yōu)化模型，結(jié)合能量消耗與通信質(zhì)量損失的最小化目標(biāo)，通過(guò)權(quán)重系數(shù)平衡兩者關(guān)系，生成最優(yōu)飛行路徑。

25、作為一種優(yōu)選方案，協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊的工作流程包括：

26、發(fā)送端將電力集抄協(xié)議報(bào)文按78字節(jié)/包進(jìn)行拆分，并添加北斗協(xié)議頭，北斗協(xié)議頭含分包序號(hào)、校驗(yàn)碼；

27、接收端根據(jù)分包序號(hào)重組原始報(bào)文，并通過(guò)crc校驗(yàn)剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)包；

28、支持雙向協(xié)議轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)主站端對(duì)現(xiàn)場(chǎng)終端的遠(yuǎn)程參數(shù)配置與控制指令下發(fā)。

29、由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的一種基于北斗的電網(wǎng)應(yīng)急無(wú)線通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，有益效果是：

30、強(qiáng)大的應(yīng)急通信能力：

31、高通信成功率：在“三斷”(斷電、斷網(wǎng)、斷路)極端場(chǎng)景下，通過(guò)多通信子系統(tǒng)協(xié)同及智能鏈路切換，通信成功率提升至95％以上，極大保障了應(yīng)急指令下達(dá)、設(shè)備狀態(tài)上報(bào)等關(guān)鍵通信需求，確保電力應(yīng)急工作順利推進(jìn)；

32、低傳輸延遲：數(shù)據(jù)傳輸延遲降低40％，使實(shí)時(shí)控制指令能夠快速傳達(dá)至執(zhí)行端，設(shè)備狀態(tài)信息及時(shí)反饋給監(jiān)控中心，提升電力系統(tǒng)應(yīng)急響應(yīng)速度，有效減少故障處理時(shí)間，降低停電范圍和時(shí)長(zhǎng)；

33、高效的數(shù)據(jù)傳輸性能：

34、大傳輸容量：支持單次傳輸1000漢字級(jí)電力業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，滿足了復(fù)雜電力業(yè)務(wù)場(chǎng)景下，如詳細(xì)設(shè)備故障報(bào)告、大量電力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)刃枨?，為全面了解電網(wǎng)運(yùn)行狀況提供充足信息；

35、低誤碼率：誤碼率低于1×10-5，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，避免因數(shù)據(jù)錯(cuò)誤導(dǎo)致的決策失誤、設(shè)備誤操作等問(wèn)題，提高電力應(yīng)急通信的可靠性和穩(wěn)定性；

36、廣泛的通信覆蓋：

37、遠(yuǎn)距離覆蓋：通過(guò)無(wú)人機(jī)中繼擴(kuò)展，通信覆蓋半徑增加至80km，能深入偏遠(yuǎn)山區(qū)、廣袤草原等傳統(tǒng)通信難以觸及的區(qū)域，為這些地區(qū)的電力設(shè)施巡檢、維護(hù)以及應(yīng)急處理提供可靠通信保障，確保電網(wǎng)覆蓋到哪里，通信就能延伸到哪里；

38、適應(yīng)復(fù)雜地形：系統(tǒng)融合了北斗、短波、天通衛(wèi)星等多種通信方式，各通信子系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，可適應(yīng)山區(qū)、峽谷、水域等復(fù)雜地形環(huán)境，有效解決了復(fù)雜地形對(duì)通信信號(hào)的阻擋、干擾等問(wèn)題，保障通信鏈路穩(wěn)定；

39、先進(jìn)的技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)：

40、創(chuàng)新性算法提升性能：引入改進(jìn)型頻譜預(yù)測(cè)算法、模糊邏輯信道評(píng)分模型、動(dòng)態(tài)ofdm子載波分配和無(wú)人機(jī)軌跡優(yōu)化模型等，分別在頻譜選擇準(zhǔn)確率、鏈路選擇準(zhǔn)確性、頻譜利用率以及無(wú)人機(jī)續(xù)航和通信質(zhì)量方面取得顯著提升，如頻譜選擇準(zhǔn)確率提升20％、頻譜利用率提高30％、無(wú)人機(jī)續(xù)航時(shí)間延長(zhǎng)25％等，全面優(yōu)化了系統(tǒng)性能；

41、協(xié)議轉(zhuǎn)換與系統(tǒng)融合：協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)電力集抄協(xié)議與北斗通信協(xié)議的無(wú)縫對(duì)接，使電力系統(tǒng)與北斗通信系統(tǒng)深度融合，充分利用北斗通信的優(yōu)勢(shì)，提升整個(gè)電網(wǎng)應(yīng)急通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的協(xié)同性和兼容性。