寬帶載波技術(shù)在智能用電小區(qū)用電信息交互中的應(yīng)用探究

張 科，羅 建，李純堅(jiān)

（廣東電網(wǎng)公司佛山供電局）

0 前言

電能直供到戶是供電企業(yè)最重要的營(yíng)銷舉措，這使得電能營(yíng)銷部門的電能抄算業(yè)務(wù)量成倍增長(zhǎng)。采用新的遠(yuǎn)程抄表技術(shù)來(lái)改善用電管理和電能營(yíng)銷的裝備水平、優(yōu)化電能市場(chǎng)服務(wù)的技術(shù)手段是供電企業(yè)最緊迫的需求。

隨著我國(guó)電力系統(tǒng)的改造深化，電力事業(yè)的迅速發(fā)展，電力已作為商品進(jìn)入了市場(chǎng)，用電核算、用電收費(fèi)以及相應(yīng)的電能電量的計(jì)算計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的控制盒管理有待進(jìn)一步改造和完善，為此，國(guó)家電力總公司做出了在全國(guó)范圍內(nèi)用三至五年時(shí)間實(shí)現(xiàn)“一戶一表、集中抄表”的戰(zhàn)略部署。由此可見(jiàn)電表集抄、遠(yuǎn)程管理是市場(chǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1 電力行業(yè)遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)（AMR）現(xiàn)狀分析

目前，電力企業(yè)對(duì)居民電表的遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)，普遍采用電話線、窄帶電力載波、458線、無(wú)線或GPRS等組合的數(shù)據(jù)傳輸方式，如圖1所示。

但這些方式都存在一些瓶頸。比如，由于低壓電力線載波信道的特性隨機(jī)性、時(shí)變性很大，非常地不穩(wěn)定，窄帶調(diào)制的低壓載波表和配變集中器很難保證點(diǎn)亮或控制數(shù)據(jù)的可靠傳輸。電話線傳輸為較早使用的方式，其缺點(diǎn)在于需要額外申請(qǐng)較多電話線路及費(fèi)用且傳輸速度慢，不能實(shí)現(xiàn)多線程的數(shù)據(jù)上傳，連接話費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，帶寬窄。GPRS模式是現(xiàn)今采用最多的一種數(shù)據(jù)傳輸模式，但電力企業(yè)須先行采購(gòu)SIM卡，同時(shí)還得租用移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的GPRS基站，采用此方式，投資大、誤碼率高，且無(wú)線模式的穩(wěn)定性受天氣影響較大，無(wú)法始終做到實(shí)時(shí)集抄。

成本偏高、施工量大，或帶寬過(guò)窄、實(shí)時(shí)性差、穩(wěn)定性不高、維護(hù)工作量大等原因，使得以上方式難以適用于點(diǎn)多面廣的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)電力信息化及自動(dòng)化的最終目標(biāo)，因此，難以大范圍推廣。

2 智能用電小區(qū)試點(diǎn)研究

智能電網(wǎng)（Smart Grid）作為運(yùn)用IT技術(shù)自動(dòng)控制電力供求平衡的第二代供電網(wǎng)，主要利用能夠進(jìn)行雙向通訊的智能電表（Smart Meter），即時(shí)掌握家庭電量和電力消費(fèi)等信息。電力企業(yè)也可以通過(guò)智能電表控制空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)等實(shí)現(xiàn)節(jié)能。因此，迫切需要解決從電力主站到智能終端的全面雙向高速且安全的網(wǎng)絡(luò)通訊手段，以及一個(gè)能向最終用電用戶發(fā)布信息的快速、迅捷、廣泛網(wǎng)絡(luò)的互動(dòng)平臺(tái)。

高級(jí)量測(cè)架構(gòu)（Advanced Meteting Infrastructure, AMI）則是這樣一種在智能電表和電力公司之間的自動(dòng)雙向流通架構(gòu)，旨在為電力公司提供實(shí)時(shí)的能耗數(shù)據(jù)，并且允許客戶在使用時(shí)，以價(jià)格為基礎(chǔ)，對(duì)能源使用作出明智的選擇。因此，AMI是建立智能電網(wǎng)不可缺少的基礎(chǔ)。

基于目前AMR現(xiàn)狀以及對(duì)AMI的迫切需求，通過(guò)對(duì)幾種現(xiàn)存應(yīng)用于電力系統(tǒng)的抄表模式進(jìn)行對(duì)比分析，佛山供電局設(shè)立專項(xiàng)資金投入到低壓寬帶載波通信的科研項(xiàng)目研究中，并著手建立試點(diǎn)小區(qū)，全面測(cè)試低壓寬帶載波通信技術(shù)在電力“用電信息采集”中的實(shí)際效果，加強(qiáng)寬帶電力線通訊技術(shù)的研究，改變?cè)姓瓗лd波電力線通訊技術(shù)的局限性的局面，同時(shí)優(yōu)化通訊網(wǎng)絡(luò)資源配置，減少投資并增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的可靠性，開(kāi)展PLC技術(shù)在電力系統(tǒng)中得綜合應(yīng)用分析研究。

通過(guò)多種方案的比較以及對(duì)試點(diǎn)小區(qū)實(shí)際環(huán)境的勘察，目前由電力公司投資進(jìn)行光纖環(huán)網(wǎng)到智能電表短時(shí)間建設(shè)的可行性并不高。因此，根據(jù)南方電網(wǎng)公司和中國(guó)聯(lián)通公司簽訂的戰(zhàn)略協(xié)議，利用中國(guó)聯(lián)通公司的光纖環(huán)網(wǎng)資源來(lái)實(shí)現(xiàn)AMI的各項(xiàng)業(yè)務(wù)，同時(shí)利用Citiway公司提供Master設(shè)備完成對(duì)智能電表的覆蓋，方案設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

實(shí)施方案分為軟、硬件兩部分進(jìn)行。

軟件部分的實(shí)施主要是建立服務(wù)端、客戶端的運(yùn)行環(huán)境（操作系統(tǒng)均要求Windows ZP及以上）以及Java環(huán)境（包括數(shù)據(jù)庫(kù)及插件的安裝等）。配合使用司維特科技研發(fā)的可穩(wěn)定通訊和快速、準(zhǔn)確抄表的CRMS用電信息采集系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“系統(tǒng)”）以及可通過(guò)電腦或3G手機(jī)遠(yuǎn)程登錄查詢的電力互動(dòng)平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱“平臺(tái)”）。

硬件部分的實(shí)施包括局端（即終端接入方）安裝、局端配置和線路連接幾部分。其中，局端安裝工作將小區(qū)內(nèi)所有局端通過(guò)網(wǎng)線或者光纖上聯(lián)小區(qū)出口交換機(jī)；局端配置則是對(duì)局端IP、抄表成熟、設(shè)備分組號(hào)等進(jìn)行規(guī)劃配置；具體線路連接方法為，局端的四個(gè)端口分別為A，B，A，B提供兩路輸出，使用兩芯線連接到分離器的進(jìn)口。分離器出口，分為兩路：高頻信號(hào)線出口線串聯(lián)所用上網(wǎng)用戶入戶線位置，使用耦合磁環(huán)將上網(wǎng)信號(hào)屏蔽在用戶電力線路上，為用戶提供高速上網(wǎng)服務(wù)。低頻信號(hào)線出口串聯(lián)所用用戶電表458口，提供遠(yuǎn)程集抄服務(wù)。

3 試點(diǎn)成果

為驗(yàn)證整個(gè)佛山測(cè)試科研項(xiàng)目所獲取數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，分別對(duì)PLC通訊技術(shù)中的各項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容及結(jié)果分別如下：

1）遠(yuǎn)程集中抄表：整個(gè)系統(tǒng)每十分鐘主動(dòng)采集更新數(shù)據(jù)一次，（系統(tǒng)最小采集顆粒能達(dá)到一分鐘），從而論證了整套系統(tǒng)的實(shí)時(shí)和便捷性。

2）遠(yuǎn)程單個(gè)用戶點(diǎn)抄：通過(guò)系統(tǒng)單個(gè)用戶點(diǎn)抄所得數(shù)據(jù)讀數(shù)，與其樓內(nèi)電表數(shù)據(jù)在同一時(shí)段進(jìn)行校對(duì)比較，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)完全相同。同時(shí)計(jì)算出系統(tǒng)對(duì)單個(gè)用戶點(diǎn)抄操作用時(shí)僅為4秒左右，從而論證了整個(gè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確與實(shí)時(shí)性。

3)PLC網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理：通過(guò)系統(tǒng)拓?fù)涔芾硐到y(tǒng)，可以直觀的發(fā)現(xiàn)整個(gè)在網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀況，通過(guò)各種顏色的標(biāo)識(shí)，來(lái)區(qū)別設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，從而判斷問(wèn)題的所在，保證連接到所有在網(wǎng)局端設(shè)備運(yùn)營(yíng)正常穩(wěn)定。

4)PLC家庭用電設(shè)備檢測(cè)及控制：可通過(guò)系統(tǒng)讀取到該用電設(shè)備的相關(guān)用電信息，并可對(duì)其進(jìn)行斷送電控制。

5）智能電表數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程集抄：通過(guò)對(duì)系統(tǒng)功能模塊的操作，可讀取到單塊智能電表的實(shí)時(shí)用電信息，以及自動(dòng)生成電流、電壓、電網(wǎng)頻率等相關(guān)分析圖

6）電力互動(dòng)平臺(tái)：用戶可以登錄平臺(tái)，查詢自家電表的實(shí)時(shí)讀數(shù)，以及相關(guān)歷史賬單，并可定制相關(guān)短信通知服務(wù)。

圖1 傳統(tǒng)集抄結(jié)構(gòu)組成

圖2 利用公共網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)AMI各項(xiàng)業(yè)務(wù)的方案設(shè)計(jì)圖

4 未來(lái)展望

電力線通訊充分利用現(xiàn)有的配電網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，無(wú)需任何布線，是一種“nonewwires”技術(shù)，可以節(jié)省巨大的新增投資?；趯拵У碾娏€通訊技術(shù)可直接使用既有的電力傳輸網(wǎng)路，被視為在寬帶服務(wù)通訊技術(shù)中最便捷、高速的接入方式之一。我們可以通過(guò)電力線提供的數(shù)據(jù)網(wǎng)，為用戶提供電表集抄、高速上網(wǎng)、VoIP、數(shù)字電視、視頻監(jiān)控等服務(wù)。

目前，我國(guó)擁有全世界長(zhǎng)度排名第二的電力輸電線路，全國(guó)500kv和330kv的電力線路長(zhǎng)達(dá)25094.16km，220kv線路107348.06km，回路110kv線路共計(jì)310000km，可繞地球近8圈。我國(guó)目前電話用戶不到3億，但用電用戶已超過(guò)10億，顯然這連接10億用戶的既存電力線是提供上網(wǎng)服務(wù)的巨大物質(zhì)基礎(chǔ)，直接在覆蓋全國(guó)的電力網(wǎng)絡(luò)上架構(gòu)互聯(lián)網(wǎng)連接將比現(xiàn)在鋪設(shè)光纖的方式節(jié)省大量的人力和物力。利用電力線通訊的便捷，除了現(xiàn)階段可實(shí)現(xiàn)的電力線上網(wǎng)及數(shù)據(jù)通訊為未來(lái)更可輕松實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻以及電力于一體的“四網(wǎng)合一”！更可以在智能家用電器控制、數(shù)字化社區(qū)服務(wù)、小區(qū)安防等領(lǐng)域大顯身手。

[1] GB/T 17463-1998 遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng) 第4部分：性能要求。

[2] DL/T 698.31 電能信息采集與管理系統(tǒng) 第3—1部分：電能信息采集終端技術(shù)規(guī)范—通用要求。

[3] DL/T 698.31 電能信息采集與管理系統(tǒng) 第3—5部分：電能信息采集終端技術(shù)規(guī)范—低壓集中抄表終端。

[4] DL/T 698.41 電能信息采集與管理系統(tǒng) 第4—1部分：通信協(xié)議—主站與采集終端通信協(xié)議。

[5] DL/T 698.42電能信息采集與管理系統(tǒng) 第4—2部分：通信協(xié)議—低壓集中器下行通信協(xié)議。

[6] 王智慧，李建岐，渠曉峰等，基于OFDM的低壓電力線窄帶載波通信技術(shù)及其應(yīng)用，2011電力通信管理暨智能電網(wǎng)通信技術(shù)論壇論文集。