中壓寬帶載波技術(shù)在用電信息采集系統(tǒng)中的應(yīng)用

夏紅攀+韓娜+張鵬

（1.國網(wǎng)鄂州供電公司客戶服務(wù)中心 436000 2.北京中宸泓昌科技有限公司 100000）

摘 要：當(dāng)前電力集抄系統(tǒng)中，低壓集中器與抄控中心主站進(jìn)行通信主要通過GPRS或光纖進(jìn)行通信，由于這些通信方案需要大量的資金和設(shè)備投入，且在一些城區(qū)地下室及邊遠(yuǎn)山區(qū)GPRS通信質(zhì)量較差或未架設(shè)光纖，抄表系統(tǒng)不能進(jìn)行覆蓋，主站端將無法抄讀回?cái)?shù)據(jù)，嚴(yán)重影響采集成功率指標(biāo)。針對以上弊端，結(jié)合中壓配電網(wǎng)的特點(diǎn)，本文提出一種以配電網(wǎng)自身作為高速數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)的寬帶載波通信技術(shù)。該技術(shù)將利用中壓配電網(wǎng)進(jìn)行配電網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸，利用該技術(shù)無需對通信線路進(jìn)行投資或?qū)﹄娋W(wǎng)進(jìn)行改造，只要在中壓電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)處安裝中壓寬帶通信設(shè)備，即可低成本地實(shí)現(xiàn)低壓側(cè)集中器與主站的安全、可靠的通信。

關(guān)鍵詞：中壓電網(wǎng)、GPRS/光纖通信、寬帶載波技術(shù)

1 引言

目前全面建設(shè)以中、高壓電網(wǎng)為用電信息采集系統(tǒng)傳輸骨架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展為基礎(chǔ)、的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，以全面提高電網(wǎng)的資源優(yōu)化配置能力和電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率，保障電力通信的安全、優(yōu)質(zhì)、可靠。其中電力抄表系統(tǒng)是智能電網(wǎng)的一個(gè)重要組成部分。智能配電網(wǎng)將具有更高的供電可靠性，更高的電網(wǎng)運(yùn)行效率和資產(chǎn)利用效率，支持分布式電源接入和電動(dòng)汽車等新的用電方式，實(shí)現(xiàn)與用戶互動(dòng)并實(shí)現(xiàn)更高的能源使用效率。

電力抄表系統(tǒng)作為智能電網(wǎng)的一個(gè)重要組成部分，它是一種集微電子技術(shù)、電力載波通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)于一體的低壓用電管理自動(dòng)化系統(tǒng)。電力抄表系統(tǒng)主要包括上層的抄控中心、中間層的數(shù)據(jù)集中器和下層的用戶電表采集終端。上層主要分布在整個(gè)配電網(wǎng)的中壓和高壓配電網(wǎng)區(qū)域，且集中器與上層抄控中心的通信方案主要采用GPRS、光纖等。采用GPRS通信方案需要向通信商繳納租金，長期使用成本較高，且在信道繁忙或通信質(zhì)量不好的情況下，通信可靠性和實(shí)時(shí)性將不能得到保證。采用光纖通信方案，光纖鋪設(shè)和后期運(yùn)營維護(hù)需要大量的人力和資金的投入。因此，急需設(shè)計(jì)一種低成本、安裝方便且安全、可靠的采集通信方案。中壓載波通信利用10KV中壓配電線作為傳輸信道的一種通信方式，可實(shí)現(xiàn)低壓側(cè)集中器與抄控中心的安全、可靠的通信，無需線路投資，同時(shí)設(shè)備簡單施工簡便且易于維護(hù)?？紤]中壓配電網(wǎng)的特點(diǎn)，本文提出一種以配電網(wǎng)自身為高速數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)的中壓寬帶載波通信技術(shù)，該技術(shù)無需對通信線路進(jìn)行投資或?qū)﹄娋W(wǎng)進(jìn)行改造，只要在中壓電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)處安裝中壓寬帶通信設(shè)備，即可低成本地實(shí)現(xiàn)低壓側(cè)集中器與抄控中心的安全、可靠的通信。

2 用電信息采集系統(tǒng)

如圖1所示，用電信息采集系統(tǒng)主要由上層抄表管理單元（由抄表管理軟件和抄表管理計(jì)算機(jī)組成）、中間層數(shù)據(jù)采集器和下層用戶終端構(gòu)成（用戶電表和電表采集終端組成）。

系統(tǒng)以集中器為中心，上行通過公用電話網(wǎng)、無線GSM/GPRS或光纖等通道與抄表管理單元通訊，下行通過電力載波、微功率無線或者RS485總線等通信方式與載波電表或電表載波采集終端通訊。

上層抄表管理單元位于用戶指定的收費(fèi)中心內(nèi)，由抄表管理計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)軟件部分組成，是抄表管理人員與本系統(tǒng)直接交流的部分。負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)集中器傳輸上來的用戶電量信息匯總、整理后加以處理，提供給收費(fèi)系統(tǒng)、用電管理系統(tǒng)使用，能自動(dòng)計(jì)算電費(fèi)，生成報(bào)表等。

集中器位于380V配電變壓器附近，是整個(gè)系統(tǒng)的中間層。向上通過公用電話線、GSM/GPRS、光纖、紅外手持抄表器（PDA）等通信手段與抄表管理單元通訊，將從載波電表采集得來的電量數(shù)據(jù)按照約定的規(guī)則傳輸?shù)匠砉芾韱卧?，同時(shí)接收抄表管理單元的指令，自動(dòng)完成抄錄電表數(shù)據(jù)和控制用戶供電分合的工作；向下通過電力線載波、微功率無線、RS485總線等通信手段與載波電表通訊，完成定時(shí)抄錄采集終端/載波電表采集到的用戶電量數(shù)據(jù)，并根據(jù)設(shè)置，自動(dòng)將某一時(shí)刻的數(shù)據(jù)另外保存，作為向用戶收費(fèi)的依據(jù)；用戶終端位于系統(tǒng)的底層，由用戶電表或電表采集終端構(gòu)成，直接采集用戶電量數(shù)據(jù)，并傳輸給數(shù)據(jù)集中器。

目前這種用電信息采集系統(tǒng)，中間層與上層的通信方式主要采用電話線、GSM/GPRS、光纖等，采用有線的通信方式雖然能夠保證通信的可靠性和實(shí)時(shí)性，但是需要鋪設(shè)線纜，需要大量的人力和資金的投入以及后續(xù)的維護(hù)。采用無線的通信方式雖然實(shí)施方便，但是在一些城區(qū)地配電室及邊遠(yuǎn)山區(qū)無信號覆蓋或通信質(zhì)量較差的區(qū)域或時(shí)間段，通信的可靠性和實(shí)時(shí)性將不能得到保證，嚴(yán)重影響采集成功率指標(biāo)及抄表費(fèi)控。

圖2為配電站至用戶的整個(gè)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖。配電站通過10Kv的中壓配電網(wǎng)絡(luò)將電能輸送至各臺(tái)區(qū)變壓器，各臺(tái)區(qū)變壓器然后通過380v/220v的低壓配電網(wǎng)絡(luò)接入至各用戶。有圖可知臺(tái)區(qū)變壓器與配電中心通過10kv的配電網(wǎng)連接，因此，如果能將10kv的配電網(wǎng)作為通信媒介，實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)變壓器端的數(shù)據(jù)集中器與配電中心的上層抄表管理系統(tǒng)通信，將能提供一種低成本、高可靠的通信手段，替代目前電力抄表系統(tǒng)的上層與中間層所采用的通信方案。從而，使電力抄表系統(tǒng)由控制中心至用戶的通信鏈路更加順暢、穩(wěn)健和可靠。

3 中壓寬帶載波通信技術(shù)方案

中壓電力線寬帶載波通信利用10 kV配電網(wǎng)作為信號的傳輸載體，將BPLC的寬帶信號耦合在中壓電力線上傳輸，從而將中壓配電網(wǎng)轉(zhuǎn)換為一個(gè)高帶寬的通信網(wǎng)絡(luò)。由于該技術(shù)在物理層是利用電力線作為傳輸介質(zhì)，而在MAC層和網(wǎng)絡(luò)層都遵循標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)協(xié)議，因此可以與光纖、無線等寬帶以太網(wǎng)無縫連接。相對于寬帶通信技術(shù)和其他通信技術(shù)，寬帶載波通信是最適合在中壓配電網(wǎng)絡(luò)中使用的通信方式。

目前國內(nèi)中低壓寬帶載波的應(yīng)用主要在10 kV電力線作為配電網(wǎng)自動(dòng)化的數(shù)據(jù)傳輸通道和在380/220 V用戶電網(wǎng)作為集中遠(yuǎn)方自動(dòng)抄表系統(tǒng)的傳輸通道，還有正在開發(fā)并取得階段性成果的電力線上網(wǎng)高速M(fèi)odem等。國外中壓配電線載波技術(shù)始于20世紀(jì)80年代，10多年來發(fā)展迅速，在日本和美國主要用于負(fù)荷控制、用戶集中抄表、無功補(bǔ)償控制，故障指示遠(yuǎn)傳和配電網(wǎng)中開閉器控制等。美國ABB公司生產(chǎn)的EMETCON負(fù)荷管理及配電自動(dòng)化系統(tǒng)，在美國使用較為廣泛，主要用于負(fù)荷控制。

中壓電力線寬帶載波通信技術(shù)則是利用了覆蓋范圍廣泛的中壓配電網(wǎng)作為高速數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)，將中壓電網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)高性能的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。該技術(shù)無需對通信線路進(jìn)行投資或?qū)﹄娋W(wǎng)進(jìn)行改造，只要在中壓電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)處（一般在開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、配電室等處）安裝載波通信設(shè)備，即可低成本地實(shí)現(xiàn)配變用電需求側(cè)各類信息與控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信。

中壓電力線寬帶載波通信技術(shù)的成功實(shí)施可改變10 kV變電站以下數(shù)據(jù)通信的現(xiàn)狀，建立起從供電公司局端直達(dá)低壓用戶端的端到端的完善的遠(yuǎn)程寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，一舉解決供電部門與遠(yuǎn)程帶寬傳送瓶頸問題，為現(xiàn)在和未來的各種電網(wǎng)管理新應(yīng)用提供統(tǒng)一的通信平臺(tái)。

4 結(jié)論

基于中壓配電網(wǎng)的寬帶電力載波通信應(yīng)用于用電信息采集系統(tǒng)，可解決在遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)中供電站與用戶端穩(wěn)定、高效、快速的數(shù)據(jù)傳輸。能夠簡單、迅速、有效解決偏遠(yuǎn)山區(qū)GPRS無信號、信號不穩(wěn)定，臺(tái)區(qū)附近強(qiáng)電磁干擾，省際交匯界面GPRS信號串?dāng)_等10kV配電變壓器臺(tái)區(qū)通信問題。

作者簡介：

夏紅攀（19801002）男，漢，湖北鄂州，本科，高級工程師，研究方向：用電信息采集。