论北斗定位系统技术在电力行业中的应用

论北斗定位系统技术在电力行业中的应用
发布时间：2022-04-02T03:59:44.662Z 来源：《当代电力文化》2021年34期作者：陈乾宇万少明
[导读] 我国卫星导航与位置服务产业的年产值2020年超过4000亿元。

国内大部分智能手机支持北斗功能，数以千万计的车辆船舶安装了北斗兼容终端，卫星定位在国防建设、森林防火、抗震救灾、海洋渔业、交通、水利等行业发挥了重要作用。

陈乾宇万少明
国网哈密供电公司新疆哈密 839000
摘要：我国卫星导航与位置服务产业的年产值2020年超过4000亿元。

国内大部分智能手机支持北斗功能，数以千万计的车辆船舶安装了北斗兼容终端，卫星定位在国防建设、森林防火、抗震救灾、海洋渔业、交通、水利等行业发挥了重要作用。

在卫星定位系统中GPS的应用最广，与其相比北斗卫星导航体统在市场占有率与服务体验上还有一定差距。

为了增加科研人员以及普通用户对北斗系统的了解，加快北斗系统的推广，对北斗定位系统定位精度的研究是很有必要的。

关键词：北斗定位系统；定位精度；电力行业；应用；
北斗定位系统构建起全球性的高精度时空基准，北斗定位系统技术在有力的提高了通信质量，在电力行业中，北斗定位系统技术的支持有力的保障了电网的运行安全，维护了社会的稳定与和谐，对实现现代社会的可持续发展具有十分重要的现实意义。

一、北斗定位系统的定位精度
1、卫星轨道影响
卫星轨道参数作为求解方程中的已知量是求解位置的基础。

卫星轨道信息是包含在卫星历书内的，历书的精度决定了定位的精度，通过对历书的生成与更新的研究，发现历书的精度与摄动力模型有关。

卫星是绕地飞行物，万有引力是其维持在运行轨道面的力学基础，由于地球质量分布不均匀，或者是其他星体、潮汐等引起的引力变化，以及大气阻力与太阳光压的影响，卫星偏离了原定轨道，从而造成导航电文内包含的历书信息与卫星实际轨道不符。

这些摄动力对卫星轨道偏离的影响，需要建立相应的摄动力模型来预报轨道变化，修正历书减小误差。

北斗定位系统采用了三种轨道面，包括21528km的中轨道，35786km倾斜地球同步轨道以及地球同步轨道，需要建立三种摄动力模型用来预测并纠正卫星轨道。

GPS系统只有中轨道卫星，并且摄动力模型已经经过三十多年的完善，北斗卫星观测数据积累不足，且摄动力模型参考GPS模型，摄动力模型与光压模型还不能满足定位精度对摄动力模型的要求，依据北斗系统的三轨道面的摄动力模型仍然是研究的重点。

2、原子钟的影响
卫星到接收机的距离等于光速与时间的乘积。

鉴于光的速度很大，很小的时间误差就会造成较大的距离误差。

这就要求时间计量单位要足够小，才能将误差控制在可接受的范围内。

从导航系统来看，GPS、GLONASS、Galileo以及北斗系统都是使用的原子钟作为时间计量器件。

原子钟是依靠特定原子能级跃迁释放的能量波的频率作为参考频率进行时间计量的，该跃迁对应的共振谱线的宽度决定了原子钟输出信号的频率稳定度。

卫星上使用的原子钟是星载原子钟，相较于地面原子钟更注重精度与稳定度，其还要求频率稳定度高、体积小、重量轻、寿命长、可靠性高，这就要求原子钟性能上做出一些牺牲。

北斗导航系统的原子钟均采用铷原子钟，就是在体积、重量、寿命、性能等方面取舍做出的选择。

而国产星载铷钟，在精度和稳定性上相较于GPS和Galileo的星载钟稍显逊色，其星载卫星钟性能及预报模型的研究成为我国导航定位工作的研究热点。

星载原子钟的性能是通过星载原子钟的频率准确度、频率漂移率、频率稳定度来衡量的，其中稳定度表征了原子钟授时的稳定性，是衡量原子钟维持在特定频率的能力。

中短期频率稳定度是星载原子钟最重要的指标，对于地面控制部分确定广播星历更新时间具有重要作用。

分析传统铷钟发现，铷钟稳定度主要受光频移、微波腔牵引频移和光检噪声的影响，削弱三者的影响是提高星载铷钟性能的关键。

GPS系统的BLOCKⅡF卫星采用氙气作为缓冲气体，再利用光滤波技术，从而降低了光检噪声的影响，提高了星载铷钟的稳定度。

卫星间的时钟信息不同步，星载钟的稳定性低等问题制约着定位精度的提高，可以从下面几点入手，抑制时钟信息误差带来的定位精度的下降。

3、电离层延迟
电离层一般是指高度位于60km~1000km之间的大气层，电离层中存在着大量的自由电子和正离子，当卫星信号通过电离层时，信号的路径会发生弯曲，传播速度会发生变化。

电离层延迟引起的距离误差一般在白天可达15m，夜间可达3m，天顶方向最大可达50m，水平方向可以达到150m。

电离层对定位精度的影响反映在对信号传播过程中时间的延迟，破坏了传播时间的准确性，影响伪距的测量，从而降低了定位精度。

二、北斗定位系统在电力系统中的应用
1、北斗定位系统在电力系统时间同步中的应用
电力系统的时间同步对相位比较、故障记录、事件顺序启动等具有重要意义，中国对线路行波故障测距装置、同步相量测量装置、雷电定位系统等的时间同步准确度均要求优于1滋s。

目前北斗卫星导航系统搭载的中国自主研制的时钟性能已于国际应用时钟性能相当，其主要技术指标已全部达到或优于检测标准，电力系统的时间同步逐步由原来的GPS授时转向北斗定位系统授时。

为更好服务电力系统时间同步，后期将利用北斗双向通信技术开发本地时间控制与保持、北斗双向对时、远程时间状态监控、远程时间控制、检测其他电力时钟装置功能等功能。

2、北斗定位的精度授时
电力行业中对于时间的同步性要求比较高，保持时间的同步对于供电中调度的调控和问题的分析很重要，关键是为暂态、动态、稳态数据采集和电网故障分析提供时间同步服务。

就当前而言，通常是通过脉冲对时、网络对时和卫星对时这几个种形式来实现电力系统的时间同步。

其中北斗授时就属于卫星对时的主要方式，适用于对时间精度要求更高的业务，授时精度基本在20纳秒上下，而且覆盖区域广阔，能够使全电网系统拥有安全稳定的时钟源。

不但在调度控制系统、故障录波器等这样的智能设备需要精准的时间，而且时间的同步也对问题的查找、分析以及责任的落实都有很大的帮助，同时还可以降低安全隐患的产生，有利于供电系统的平稳、安全运行。

3、北斗以及大数据挖掘时空信息
北斗提供的精准时间和空间信息是大数据分析的重要来源，也是进行数据挖掘、关联分析和构建知识图谱的重要基础。

“北斗＋大数
据”应用于公共管理领域，能够产生大量的高价值信息，为经济社会发展宏观决策提供重要支撑。

地理信息中心已率先尝试使用北斗ＲＴＫ轨迹信息的数据，挖掘北斗用户轨迹数据，分析研判各个区域的开发程度和社会发展状况，其分析结果可作为城乡规划管理和测绘地理信息管理等领域的重要决策参考。

4、电力系统用电环节中的运用
随着电力行业信息化建设进程的不断加快，现代化信息设备也在电力行业得到了普及应用，因此当前在电力系统中使用的很多信息设备也能够与移动通信技术连接，这也是实现电力设备智能化操控的基础。

在5G技术的支持下，电力通信系统的发展也越来越完善，进一步扩大了物联网连接规模，从而使得各个移动重点的流量损耗不断降低，继而降低了电力系统用电过程的成本支出以及资源损耗。

比如利用5G通信技术与物联网技术实时检测电力用户的用电功率，按照其实际情况进行电力输送状态的调节，保证电力资源的优化配置；或者是利用5G通信技术与电力通信系统来进一步提高其通信水平，在用电计量计费环节中，可以利用5G技术实现电表的西东统计，用电数据的传输等等，还可以降低人工抄表有可能出现的失误等等。

三、结束语
综上所述，电力行业的发展水平直接影响着我国现代社会的发展水平，在北斗定位系统技术逐渐完善的背景下，电力行业势必要紧跟时代发展潮流，加强信息化建设，积极融合北斗定位系统技术，从而完善电力行业的各个业务环节，保障电力工作的稳定发展，为电力用户们提供更加优质的电力的服务，为现代社会的进步发展奠定坚实的基础。

参考文献
[1]李清.北斗定位系统技术在泛在电力物联网中的应用研究[J].数字技术与应用,2021
[2]罗银艳,铁福林.北斗定位系统技术在电力系统中的应用[J].中国新通信,2020。