北斗衛星導航系統在電力行業中的應用研究

摘要：北斗衛星導航系統（簡稱“北斗系統”）作為中國自主研發的全球衛星導航系統，自運行以來在多個領域得到了廣泛的應用。電力行業作為國民經濟的重要支柱，其現代化建設與運行的高效性、穩定性和精確性要求日益增長。該文旨在探討北斗系統在電力行業中的應用現狀及其潛在價值。首先簡述北斗系統的發展背景與技術特點，然后詳細分析北斗系統在電力工程勘測設計，電力工程項目施工，電力工程智慧運維和電力系統智能調度方面的應用，并在結語中討論北斗系統對電力行業現代化進程的推動作用。

關鍵詞：北斗衛星系統；電力行業；應用

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.08.057

中圖分類號：TM 7；TN 96" " " " " " " " "文獻標志碼：A" " " " " " 文章編碼：1672-7274（2024）08-0-03

The Application of Beidou Satellite Navigation System in the Power Industry

ZHANG Zongyi， PAN Jun， TIAN Xin， WANG Kai

（Carbon Neutrality Development Research Institute of CPECC， Beijing 100013， China）

Abstract： As a global satellite navigation system independently developed by China， the Beidou Navigation Satellite System （hereinafter referred to as the \"BDS\"） has been widely used in many fields since its operation. The power industry， as an important pillar of the national economy， requires increasing efficiency， stability， and accuracy in its modernization construction and operation. This paper aims to discuss the application status and potential value of the BDS in the power industry. Firstly， briefly described the development background and technical characteristics of the BDS， and then analyzed in detail the application of the BDS in power engineering survey and design， power engineering project construction， power engineering intelligent operation and power system intelligent scheduling. In the conclusion， the role of the BDS in promoting the modernization of the power industry was discussed.

Keywords： Beidou satellite system; electric-power industry; apply

0" "引言

隨著能源轉型和電力市場的開放，新型電力系統逐漸成為未來電力行業的發展趨勢，電力行業對于精準、高效、安全、穩定的時空信息的需求越來越高。作為我國自主研發的衛星導航系統，是重大空間和信息化基礎設施。正逐漸融合周圍感知與采集、智能處理與控制等技術，成為電力系統轉型升級、智能勘測規劃、數字化施工、城市信息模型（City Information Modeling，CIM）、建造信息模型（Building Information Modeling，BIM）等不可或缺的支撐基礎。因此，深入研究和探索北斗衛星導航系統在電力行業中的應用，有助于為北斗發展提供更多應用場景和實踐支持，同時也為電力行業發展提供更為可靠的技術保障。本文就北斗衛星導航系統在電力行業中的應用展開研究，旨在探索北斗系統在電力行業發展中的價值與意義，為其在實際應用中推廣提供可供借鑒的思路和參考方案。

1" "北斗系統概述

1.1 北斗系統發展背景

北斗系統是中國為減少對外部導航系統的依賴，提高國家安全保障能力，推動國內高新技術發展，特別是在如電力等關鍵領域的獨立控制能力，而自主研發的全球衛星導航系統。自1994年啟動建設以來，經過三個發展階段，北斗系統已經實現了從區域到全球的服務能力躍升。

《2023中國衛星導航與位置服務產業發展白皮書》顯示，截至2022年底，已完成了超過2 000多座電力北斗地基增強基準站的建設和部署。推廣各類北斗應用終端超過50萬臺（套），為無人機自主巡檢、變電站機器人巡檢、桿塔監測等業務應用的智能設備提供可靠的、精準的、穩定的高精度位置服務。

1.2 北斗系統技術特點

北斗目前可提供定位導航授時、全球短報文、國際搜救、區域短報文、精密單點定位、星級增強和地基增強等7項服務[1]。與其他衛星導航系統相比，北斗使用獨特的三頻信號，采用精度更高的原子鐘，配置了星間鏈路，使其具有定位精度高、信號穩定、抗干擾能力強等特點。北斗系統應用拓展能力強，可以與藍牙、Wi-Fi、5G、Zigbee等各種通信手段融合，在復雜地理環境下提供連續、穩定的通信服務；可以與溫濕度傳感器、水位計、傾角傳感器等各種感知終端融合，實現天地互通永不失聯的遠程監測；可以與其他數據融合形成動態大數據，作為智能化信息服務的核心資源。北斗的這些技術特點可以提供更加泛在、更加智能的服務，使得北斗系統在電力行業的應用研究顯得尤為重要。

2" "北斗系統在電力行業應用的具體分析

北斗衛星導航系統與電力行業結合有大量的應用場景，形成了多種解決方案，在能源生產和電力企業管理中產生著巨大的經濟效益。目前，國家電網、南方電網在北斗+5G、短報文+授時+定位、智能工器具等方面都展開了廣泛的科研項目合作，形成了《電力系統時間同步基本規定》等標準規范，南網公司制定了《南方電網公司北斗衛星導航系統“十四五”應用規劃》。中電工程中南電力設計院開展了“北斗系統及多星座聯合定位技術在電力工程中的應用”的科研探討，為北斗系統在電力行業的規模化應用提供了一些解決方案。

北斗衛星導航系統主要提供定位、導航和授時（簡稱PNT）以及短報文通信等服務，廣泛應用于能源電力領域內的基礎設施建設與維護、調度與運營等環節。基于北斗/GNSS的控制測量、施工動態監理等智慧施工體系已成為發電廠、變電站等基礎設施建設的重要技術方法，也是調度運營期間大型構造物變形以及地質災害監測、資產和人員調度指揮、時頻高效同步、基礎設施巡檢等運維保障的重要依托。

2.1 電力工程勘測設計

電力工程勘測設計對北斗的主要需求是支撐測量，一般通過北斗衛星偽距測量或載波相位測量的方式實現。結合3S集成技術，形成完整測量系統，應用于工程定位、測量距離、平面控制測量、水準測量、地形測量、沉降觀測等工程環節。操作簡便、測量精度高、測繪效率高。同時，利用北斗特有的短報文功能，還可以輔助電力勘測實現野外具體坐標、圖片等數據的實時回傳，遠程監測野外工作人員安全等。

隨著無人機等現代化裝備的廣泛應用，北斗系統在提高電力勘測設計工作效率與準確性方面的潛力更加明顯。無人機搭載北斗導航系統，可以在預設的測量路線上自主飛行，通過高清攝像頭、激光雷達等對測量場地進行拍照或視頻錄制采集，再通過數據處理，得到所需要的攝站坐標結果。

2.2 電力工程項目施工

傳統的電力工程建設屬于勞動密集型產業，施工過程中往往存在著施工安全風險高、可溯源數據少、質量管控難、人力和材料成本高等問題。隨著北斗在電力工程項目施工中的應用，智慧工地管理系統應運而生。

可以基于北斗形成工程BIM模型，準確進行工程量統計、施工模擬、可視化交底、節點分析、綜合管線碰撞檢測等過程。可以使用北斗測量設備進行設備支架及其他測量；灌注樁測量放線、基礎標高控制、設備支架組測量控制、建/構筑物測量、沉降觀測等。可以進行利用北斗系統結合施工機械實現樁基引導、挖掘機引導、壓實系統管理等數字化施工管理。還可以依托北斗導航系統，開發機械車輛監管與調度系統、物資設備監管與調度系統、施工風險安全預警系統等等。有效提升施工組織、施工管理、施工現場的工作效率，實現施工現狀的數據采集與可溯源，及時發展安全隱患、增加質量管理手段。

2.3 電力工程智慧運維

（1）電力資產管理的精細化。電力資產的管理精細化是提升電力系統效率和降低運營成本的關鍵。北斗系統憑借其高精度定位數據，為電力資產的管理提供了有力支持。利用北斗系統，可以對變電站、輸電線路和配電網等關鍵資產進行精確的位置標定，還可以對塔桿傾斜、線路舞動、地質位移等情況實時監測[2]，這不僅有助于資源的優化配置，還能提高資產的使用效率和維護管理的精度。通過精準定位和姿態監測，電力運維企業能夠實現資產的實時監控和狀態評估，及時發現并解決潛在問題，從而有效延長資產的使用壽命，減少不必要的維護成本。

（2）電力巡檢的自動化。傳統的巡檢方式存在效率低下、準確性差等問題，尤其在惡劣天氣或地理環境復雜的地區，人工巡檢面臨著巨大挑戰。北斗系統的高精度定位功能，為電力巡檢提供了精確的位置信息，使得巡檢工作能夠實現路徑的優化與實時監控。在巡檢路線規劃方面，通過對電力線路進行精確定位，巡檢人員可以依托北斗系統規劃出最短或最優的巡檢路徑，不僅縮短了巡檢所需時間，還減少了工作人員的勞動強度。巡檢過程中，巡檢人員攜帶北斗終端設備，可以實現電力設備的精確定位和巡檢數據的實時上傳，減少了人工巡檢的工作量和成本，提高了巡檢的效率。管理中心也能夠實時掌握每個巡檢點的進度，及時調整巡檢任務或人員配置，確保巡檢工作的高效進行。近年來，無人機搭配北斗的巡檢模式興起，通過北斗衛星導航系統進行無人機精確路徑全自助巡檢，極大的提到的電力巡檢的自動化、精準化和智能化水平[3]。

（3）電力故障應對的高效化。故障檢測和排查是確保供電連續性和穩定性的關鍵環節，需要迅速確定故障位置，以快速響應和解決問題。可基于北斗的導航定位功能研制故障自動定位系統，在發生電力故障時，快速準確發現故障點，及時查找線路故障原因。與此同時，北斗的短報文通信功能允許這些位置信息及故障數據在無網絡覆蓋或通信受限的條件下也能迅速發送至調度中心或現場應急團隊。使得調度中心能夠及時做出反應，調配資源，優先處理影響最大的故障。同時，配合先進的分析工具和故障定位技術，北斗系統可幫助工程師快速識別故障原因，大幅縮短了故障診斷的時間。利用北斗系統，實現了電力故障的高精度定位、雙向通信、實時監控指揮，與快速應急搶修。

2.4 電力系統智能調度

我國的電力系統運行中，存在著海量的不同類型的區域子系統，各個終端業務類型不同，分布十分廣泛，且每個子系統之間相對獨立。為了保證各類數據源擁有時間同步性，可分析可處理，保證電力系統內各環節一致性，需要高精度的時間基準[4]。包括線路行波故障測距裝置、同步相量測量裝置、電子式互感器的合并單元、功角測量系統、微機保護裝置安全自動裝置、饋線終端裝置（FTU）、變壓器終端裝置（TTU）、配電網自動化系統、故障錄波器等都需要毫秒甚至納秒級的時間精度。北斗系統可以為暫態、動態、穩態數據采集和電網數據分析提供理論精度20 ns的時間同步服務[5]。并且，北斗系統結合地理信息系統（GIS）、物聯網（IoT）以及各種先進的數據分析技術，還可以為電網調度提供實時、高精度的位置服務。使得調度中心能夠實時掌握電網的運行狀態，并做出快速準確的調度決策。不僅提高了電網運行的安全性與穩定性，還增強了對各種突發事件的響應能力，優化了資源配置，提升了整個電網的經濟效益和服務質量。

3" "結束語

2022年，國家發展和改革委員會、能源局聯合發布了《“十四五”現代能源體系規劃》，提出將推進北斗衛星導航系統在能源行業的應用，以提升能源網絡安全管控水平。國家“十四五”規劃也提出運用北斗加強風險隱患治理和應急管控，加快推進北斗時空基礎設施應用及智能化運營體系工程建設，推進重點企業電力北斗綜合服務平臺建設和終端應用試點的具體目標。到2022年底，國網公司已建成1 200多座電力北斗基站，具備了在我國全域提供北斗服務的能力[6]。北斗短報文通信在電力行業中的廣泛應用，已經實現了營銷輸電、配電等業務數據信息和控制指令安全傳輸，電力通信業務的覆蓋范圍100%；北斗導航定位實現了電力工程測量，塔桿、線路等高精度監測，精度達到毫米級；北斗+賦能電力工程施工和巡檢，推動其數字化、自動化轉型。下一步，將構建起覆蓋全行業全網的通導遙一體化運營服務體系，為新型電力系統建設提供高精度時空信息支撐。隨著技術的不斷進步與研究的深入，北斗系統在電力行業的應用場景將更加豐富多樣，為電力行業的智能化、綠色化、安全化發展提供更大的支撐力量。

參考文獻

[1] 中國衛星導航系統管理辦公室．北斗衛星導航系統應用服務體系（1.0）版[EB/OL]．（2019-12-27）[2023-11-10].http：//www.beidou.gov.cn/xt/gfxz/201912/P020191227332811335890.pdf

[2] 王浩成，完顏紹澎，于佳．北斗衛星系統在電力行業中的應用研究[J]．山東電力技術，2021，48（7）：8-12，30．

[3] 張潔，李蘭心，宋磊．北斗衛星導航系統在電力行業中的應用研究[J]．科技創新與應用，2022，12（11）：178-181．

[4] 葛云濤，趙光俊，潘飚，等．淺析北斗衛星導航系統在電力行業中的應用[J]．科學與信息化，2021（10）：7．

[5] 呂雅婧，滕玲，邢亞，等．北斗衛星導航系統在電力行業的應用現狀[J]．電力信息與通信技術，2019，17（8）：70-74．

[6] 張現芳．北斗基準站建設助力北斗在電力行業中的應用[J]．通信與信息技術，2023（03）：33-36．

作者簡介：張宗藝（1990—），女，漢族，黑龍江伊春人，高級工程師，碩士，研究方向為能源電力規劃、碳達峰碳中和政策咨詢。

潘" " 軍（1966—），男，漢族，山西運城人，正高級工程師，碩士，研究方向為能源電力規劃、碳達峰碳中和政策咨詢。

田" "昕（1984—），男，漢族，湖南株洲人，正高級工程師，碩士，研究方向為能源電力規劃、碳達峰碳中和政策咨詢。

王" "凱（1983—），男，漢族，陜西西安人，高級工程師，碩士，研究方向為技術經濟、能源電力規劃、碳達峰碳中和政策咨詢。