基于寬帶窄帶載波混合組網(wǎng)的用電信息采集系統(tǒng)構(gòu)建

唐偉寧，鞠默欣，孔凡強(qiáng)

(國網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院，長春 130021)

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)，國家電網(wǎng)公司在原來用電信息采集需求的基礎(chǔ)上，提出了用戶數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、雙向互動、遠(yuǎn)程費(fèi)控、遠(yuǎn)程校時(shí)等功能，這對系統(tǒng)通信技術(shù)、抗干擾能力等提出了更高要求。目前，國家電網(wǎng)低壓集中抄表絕大部分采用了窄帶電力線載波通信方案[1]，由于窄帶電力線載波通信方案抗干擾能力弱[2]，通信速率低的局限性，導(dǎo)致部分臺區(qū)的部分電能表上線困難、無法完成數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)控制等，窄帶載波的固有缺陷已經(jīng)無法滿足現(xiàn)今電網(wǎng)用戶需求，因此，在不改變原有窄帶電力線載波采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的前提下，提出基于寬帶窄帶載波混合組網(wǎng)的用電信息采集系統(tǒng)構(gòu)建方案，即將部分無法通信或者通信不穩(wěn)定電能表的窄帶載波模塊更換為寬帶載波模塊，同時(shí)在原有集中器旁增加一臺寬帶載波轉(zhuǎn)換器，將數(shù)據(jù)匯總后通過原有集中器上行通道，完成與采集主站管理系統(tǒng)的通信功能。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

寬帶和窄帶混合載波用電信息采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原有窄帶載波采集系統(tǒng)類似，主要由采集系統(tǒng)主站、集中器、載波轉(zhuǎn)換器、載波電能表等組成，其系統(tǒng)框圖見圖1 。

圖1 寬帶窄帶載波混合組網(wǎng)的用電信息采集系統(tǒng)

原有的窄帶電力線載波集中器不需更換，將無法通信或者通信不穩(wěn)定的電能表窄帶載波模塊更換為寬帶載波模塊，增加一臺載波轉(zhuǎn)換器，通過RS485接口連接到窄帶載波集中器，即可實(shí)現(xiàn)所有安裝寬帶載波模塊電能表的數(shù)據(jù)采集，集中器完成數(shù)據(jù)采集后，通過上行通道完成與主站系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互功能。

采集系統(tǒng)主站[3]一般由電力業(yè)務(wù)應(yīng)用、信息采集、數(shù)據(jù)存儲管理、營銷支持等組成。系統(tǒng)的遠(yuǎn)程信道通用分組無線業(yè)務(wù)(GPRS)/碼分多址(CDMA)無線公網(wǎng)、230 MHz電力專網(wǎng)、光纖等)將主站與集中器進(jìn)行有機(jī)的銜接，其上行通道用于傳送終端設(shè)備收集的用戶信息；下行通道則用于用電數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程費(fèi)控、遠(yuǎn)程校時(shí)、事件監(jiān)測與上報(bào)等。通過主站系統(tǒng)可以完成檔案管理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、定值控制、遠(yuǎn)方控制等功能。

集中器主要功能為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、參數(shù)設(shè)置與查詢、事件記錄、數(shù)據(jù)傳輸、本地狀態(tài)指示與接口維護(hù)、終端維護(hù)、故障信息主動上報(bào)等。

寬帶載波轉(zhuǎn)換器將集中器通過RS485接口發(fā)出的抄表指令，轉(zhuǎn)換為寬帶載波調(diào)制信號，發(fā)給載波電能表，同時(shí)將載波電能表發(fā)回的數(shù)據(jù)，經(jīng)RS485接口送給集中器，完成安裝寬帶載波模塊電能表的數(shù)據(jù)采集。

電能表是系統(tǒng)的基本計(jì)量設(shè)備，主要功能有能效計(jì)量、費(fèi)率控制、時(shí)段管理、預(yù)付費(fèi)、 數(shù)據(jù)存儲、事件記錄、用戶加密、雙向通信。

系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)采集、存儲、分析、核算電力用戶的用電信息，可幫助居民用戶了解電價(jià)、停復(fù)電及繳費(fèi)等信息，為企業(yè)用戶提供節(jié)能減排、用電優(yōu)化、安全用電等信息，指導(dǎo)社會科學(xué)用電，及時(shí)發(fā)現(xiàn)用電隱患、排查故障。

采用高速寬帶電力線載波技術(shù)可擴(kuò)展實(shí)時(shí)應(yīng)用功能，向電力用戶推行階梯電價(jià)、實(shí)現(xiàn)多次結(jié)算、有序管理用電、在線監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行和保障用電安全，實(shí)現(xiàn)雙向互動功能。

2 系統(tǒng)建設(shè)

采用寬帶和窄帶混合載波方案可以在不改變原有窄帶載波技術(shù)抄表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的情況下，通過更換部分電能表的載波模塊，即可完成系統(tǒng)改造建設(shè)，無須更換原來的集中器、載波電能表等設(shè)備，建設(shè)速度快，原有投資仍然發(fā)揮作用。

對于原來已經(jīng)建設(shè)完成的基于窄帶電力線載波技術(shù)的用電采集系統(tǒng)，改造流程如下。第一步： 在原有集中器旁增加一臺寬帶載波轉(zhuǎn)換器；第二步：更換部分電能表載波模塊，將部分通信不穩(wěn)定載波電能表原有的窄帶載波模塊取下，換上寬帶載波模塊。

3 系統(tǒng)主要功能

a.數(shù)據(jù)采集功能:根據(jù)設(shè)定的采集任務(wù)要求，可以采用定時(shí)自動采集、人工召測、主動上報(bào)等方式采集電能量數(shù)據(jù)、交流模擬量、工況數(shù)據(jù)、電能質(zhì)量越限統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和事件記錄數(shù)據(jù)等，并統(tǒng)計(jì)、記錄數(shù)據(jù)采集成功率、采集數(shù)據(jù)完整率。

b.自動組網(wǎng)功能：通信單元具備在本地網(wǎng)絡(luò)中唯一的地址標(biāo)識，用于建立中繼路由關(guān)系，能夠在無人工干預(yù)的情況下，自動加入網(wǎng)絡(luò)并接受集中器本地通信單元的管理。 通過集中器可以將上報(bào)的電能表地址與主站管理系統(tǒng)的電能表檔案進(jìn)行比對，確認(rèn)檔案正確性；動態(tài)組網(wǎng)可以快速、準(zhǔn)確地優(yōu)化通信路徑，從而提高抄通率。

c.自動中繼功能：無需人工干預(yù)，通信單元之間可以自動建立數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆酚申P(guān)系；當(dāng)路由中的某個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)拆除或故障后，系統(tǒng)能夠立即自動找到一條新路由；當(dāng)新通信單元加入到系統(tǒng)之后，也能夠立即建立新路由。

d.遠(yuǎn)程費(fèi)控功能：主站管理系統(tǒng)可以根據(jù)需要向終端或電能表下發(fā)遠(yuǎn)程拉合閘命令，控制用戶開關(guān)跳閘、合閘或者合閘允許。

e.遠(yuǎn)程校時(shí)功能：主站管理系統(tǒng)可以根據(jù)需要向終端或電能表遠(yuǎn)程下發(fā)校時(shí)命令，為系統(tǒng)分時(shí)計(jì)費(fèi)、“四分”線損管理提供基礎(chǔ)。

f.信息上報(bào)功能：可根據(jù)設(shè)置，將電能表運(yùn)行狀態(tài)、事件信息等主動上報(bào)至主站管理系統(tǒng)。

4 系統(tǒng)特點(diǎn)

a.系統(tǒng)建設(shè)成本低。原有的窄帶載波用電信息采集系統(tǒng)可以繼續(xù)使用，每個(gè)臺區(qū)僅需增加一臺載波轉(zhuǎn)換器及更換部分寬帶載波模塊，可有效降低改造資金投入，節(jié)省建設(shè)成本。

b.系統(tǒng)建設(shè)周期短。原有通信穩(wěn)定的窄帶載波模塊和電能表均無需更換，僅需更換部分電能表載波模塊，減少了現(xiàn)場安裝工作量。一般1天即可完成載波轉(zhuǎn)換器及模塊安裝，系統(tǒng)調(diào)試需要2天，對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察，整個(gè)系統(tǒng)建設(shè)周期在3～5天可完成，系統(tǒng)建設(shè)周期較短。

c.提高系統(tǒng)采集成功率。寬帶載波通信速率高達(dá)10 Mb/s，通信速率高，典型臺區(qū)300個(gè)計(jì)量點(diǎn)數(shù)據(jù)抄收只需30 s。同時(shí)，2～12 MHz的工作帶寬，遠(yuǎn)高于電器設(shè)備工作頻率，避開了諧波干擾；工作帶寬內(nèi)多子載波同時(shí)通信，避免了通道堵塞；基于IP網(wǎng)絡(luò)的自動路由、自動中繼技術(shù)，具有通信鏈路穩(wěn)定、通信距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)彌補(bǔ)了窄帶載波通信性能的不足，提高了數(shù)據(jù)采集成功率和完整率。

5 結(jié)論

基于寬帶和窄帶載波混合組網(wǎng)的用電信息采集系統(tǒng)方案通信可靠性更高，安全性更好，具有抄收速度快、抄收實(shí)時(shí)性好、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、施工難度小、維護(hù)量少等特點(diǎn)，不僅提高了抄表工作的效率，而且能夠?yàn)楣╇娖髽I(yè)提供遠(yuǎn)程用電管理的雙向網(wǎng)絡(luò)通信平臺，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)、斷復(fù)電和防竊電功能，并可增值用戶電費(fèi)查詢、網(wǎng)上繳費(fèi)等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能，是提高電力用戶用電信息管理水平的有效技術(shù)手段。