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)急無線通信監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

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

2、自然災(zāi)害頻發(fā)對電網(wǎng)通信的沖擊：

3、地震、洪水、臺風(fēng)等自然災(zāi)害時有發(fā)生，這些災(zāi)害往往會嚴重損毀地面通信基礎(chǔ)設(shè)施；例如，在2024年的一場強臺風(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溝通，無法準確獲取故障信息，導(dǎo)致?lián)屝薰ぷ鬟M展緩慢，停電時間大幅延長，給當?shù)鼐用裆詈凸I(yè)生產(chǎn)造成了巨大損失；

4、山區(qū)、偏遠地區(qū)等地理環(huán)境復(fù)雜區(qū)域，本身通信信號覆蓋就薄弱；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)急通信來保障電力維護和搶修工作；

5、電力系統(tǒng)自身特點對通信的高要求：

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、配電等多個環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)之間需要實時、準確地傳輸大量數(shù)據(jù)，如設(shè)備運行狀態(tài)參數(shù)、電力調(diào)度指令等；在應(yīng)急情況下，對通信的及時性、準確性和穩(wěn)定性要求更高；例如，當電網(wǎng)發(fā)生故障時，實時控制指令必須迅速傳達至相關(guān)設(shè)備，以避免故障擴大；設(shè)備狀態(tài)信息也需及時反饋給監(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，對這些分布式能源的實時監(jiān)測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，在偏遠地區(qū)和應(yīng)急場景下存在諸多不足；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)時間長；

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現(xiàn)中遠距離通信，但存在通信質(zhì)量受環(huán)境影響大、頻譜資源有限等問題；衛(wèi)星通信則存在成本高、傳輸延遲較大等缺陷，難以獨立滿足電網(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)急無線通信監(jiān)測系統(tǒng)迫在眉睫。本發(fā)明的基于北斗的電網(wǎng)應(yīng)急無線通信監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)運而生，旨在利用北斗系統(tǒng)的優(yōu)勢，并結(jié)合多種通信技術(shù)，構(gòu)建一個全面、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)急無線通信監(jiān)測系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實現(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)急無線通信監(jiān)測系統(tǒng)，包括：

4、北斗三號通信子系統(tǒng)，包括北斗數(shù)傳終端與北斗手持終端，用于通過北斗短報文實現(xiàn)電力業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的加密傳輸與定位，支持長報文的分包、組包及斷點續(xù)傳；

5、短波通信子系統(tǒng)，包括自適應(yīng)短波電臺與便攜式業(yè)務(wù)終端，用于在無公網(wǎng)覆蓋場景下通過自主選頻技術(shù)建立中遠距離話音及數(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，用于通過天通一號衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)提供語音通話及實時數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；

7、融合通信控制模塊，集成多鏈路動態(tài)選擇算法，根據(jù)信道質(zhì)量、業(yè)務(wù)優(yōu)先級及能耗指標，實時切換北斗、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)議報文封裝為北斗短報文協(xié)議格式，并在接收端還原為原始協(xié)議，實現(xiàn)電網(wǎng)數(shù)據(jù)與北斗通信的無縫適配；

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

10、作為一種優(yōu)選方案，北斗三號通信子系統(tǒng)進一步包括：

11、北斗短報文數(shù)據(jù)包格式轉(zhuǎn)換單元，支持單次傳輸最大長度14000bit，并采用crc校驗與加密算法確保數(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，實現(xiàn)電力用戶用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議與北斗報文結(jié)構(gòu)的字段級轉(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、基于改進型頻譜預(yù)測算法的動態(tài)頻率預(yù)測單元，其通過加權(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)實時信道狀態(tài)動態(tài)調(diào)整且滿足歸一化條件；

15、鏈路質(zhì)量評估模型，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、主備電臺熱切換機制，當主用電臺故障時，自動啟用備用電臺并保持業(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態(tài)選擇算法包括：

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

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

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

21、作為一種優(yōu)選方案，無人機中繼擴展模塊進一步包括：

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，并與無人機群形成多跳通信網(wǎng)絡(luò)；

23、動態(tài)頻譜分配算法，基于改進型正交頻分復(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)信道負載變化；

24、無人機軌跡優(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，通過權(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)議報文按78字節(jié)/包進行拆分，并添加北斗協(xié)議頭，北斗協(xié)議頭含分包序號、校驗碼；

27、接收端根據(jù)分包序號重組原始報文，并通過crc校驗剔除錯誤數(shù)據(jù)包；

28、支持雙向協(xié)議轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)主站端對現(xiàn)場終端的遠程參數(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)急無線通信監(jiān)測系統(tǒng)，有益效果是：

30、強大的應(yīng)急通信能力：

31、高通信成功率：在“三斷”(斷電、斷網(wǎng)、斷路)極端場景下，通過多通信子系統(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、設(shè)備狀態(tài)上報等關(guān)鍵通信需求，確保電力應(yīng)急工作順利推進；

32、低傳輸延遲：數(shù)據(jù)傳輸延遲降低40％，使實時控制指令能夠快速傳達至執(zhí)行端，設(shè)備狀態(tài)信息及時反饋給監(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間，降低停電范圍和時長；

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漢字級電力業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，滿足了復(fù)雜電力業(yè)務(wù)場景下，如詳細設(shè)備故障報告、大量電力監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)刃枨螅瑸槿媪私怆娋W(wǎng)運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)臏蚀_性，避免因數(shù)據(jù)錯誤導(dǎo)致的決策失誤、設(shè)備誤操作等問題，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、遠距離覆蓋：通過無人機中繼擴展，通信覆蓋半徑增加至80km，能深入偏遠山區(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)勢互補，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)雜地形對通信信號的阻擋、干擾等問題，保障通信鏈路穩(wěn)定；

39、先進的技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)勢：

40、創(chuàng)新性算法提升性能：引入改進型頻譜預(yù)測算法、模糊邏輯信道評分模型、動態(tài)ofdm子載波分配和無人機軌跡優(yōu)化模型等，分別在頻譜選擇準確率、鏈路選擇準確性、頻譜利用率以及無人機續(xù)航和通信質(zhì)量方面取得顯著提升，如頻譜選擇準確率提升20％、頻譜利用率提高30％、無人機續(xù)航時間延長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)換模塊實現(xiàn)電力集抄協(xié)議與北斗通信協(xié)議的無縫對接，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，提升整個電網(wǎng)應(yīng)急通信監(jiān)測系統(tǒng)的協(xié)同性和兼容性。