寬帶載波技術在智能用電小區用電信息交互中的應用探究

張 科，羅 建，李純堅

（廣東電網公司佛山供電局）

0 前言

電能直供到戶是供電企業最重要的營銷舉措，這使得電能營銷部門的電能抄算業務量成倍增長。采用新的遠程抄表技術來改善用電管理和電能營銷的裝備水平、優化電能市場服務的技術手段是供電企業最緊迫的需求。

隨著我國電力系統的改造深化，電力事業的迅速發展，電力已作為商品進入了市場，用電核算、用電收費以及相應的電能電量的計算計費系統的控制盒管理有待進一步改造和完善，為此，國家電力總公司做出了在全國范圍內用三至五年時間實現“一戶一表、集中抄表”的戰略部署。由此可見電表集抄、遠程管理是市場發展的必然趨勢。

1 電力行業遠程集中抄表系統（AMR）現狀分析

目前，電力企業對居民電表的遠程集中抄表系統，普遍采用電話線、窄帶電力載波、458線、無線或GPRS等組合的數據傳輸方式，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性、時變性很大，非常地不穩定，窄帶調制的低壓載波表和配變集中器很難保證點亮或控制數據的可靠傳輸。電話線傳輸為較早使用的方式，其缺點在于需要額外申請較多電話線路及費用且傳輸速度慢，不能實現多線程的數據上傳，連接話費時間長，帶寬窄。GPRS模式是現今采用最多的一種數據傳輸模式，但電力企業須先行采購SIM卡，同時還得租用移動運營商的GPRS基站，采用此方式，投資大、誤碼率高，且無線模式的穩定性受天氣影響較大，無法始終做到實時集抄。

成本偏高、施工量大，或帶寬過窄、實時性差、穩定性不高、維護工作量大等原因，使得以上方式難以適用于點多面廣的遠程抄表系統，且無法實現電力信息化及自動化的最終目標，因此，難以大范圍推廣。

2 智能用電小區試點研究

智能電網（Smart Grid）作為運用IT技術自動控制電力供求平衡的第二代供電網，主要利用能夠進行雙向通訊的智能電表（Smart Meter），即時掌握家庭電量和電力消費等信息。電力企業也可以通過智能電表控制空調運轉等實現節能。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絡通訊手段，以及一個能向最終用電用戶發布信息的快速、迅捷、廣泛網絡的互動平臺。

高級量測架構（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雙向流通架構，旨在為電力公司提供實時的能耗數據，并且允許客戶在使用時，以價格為基礎，對能源使用作出明智的選擇。因此，AMI是建立智能電網不可缺少的基礎。

基于目前AMR現狀以及對AMI的迫切需求，通過對幾種現存應用于電力系統的抄表模式進行對比分析，佛山供電局設立專項資金投入到低壓寬帶載波通信的科研項目研究中，并著手建立試點小區，全面測試低壓寬帶載波通信技術在電力“用電信息采集”中的實際效果，加強寬帶電力線通訊技術的研究，改變原有窄帶載波電力線通訊技術的局限性的局面，同時優化通訊網絡資源配置，減少投資并增強網絡的可靠性，開展PLC技術在電力系統中得綜合應用分析研究。

通過多種方案的比較以及對試點小區實際環境的勘察，目前由電力公司投資進行光纖環網到智能電表短時間建設的可行性并不高。因此，根據南方電網公司和中國聯通公司簽訂的戰略協議，利用中國聯通公司的光纖環網資源來實現AMI的各項業務，同時利用Citiway公司提供Master設備完成對智能電表的覆蓋，方案設計圖如圖2所示。

實施方案分為軟、硬件兩部分進行。

軟件部分的實施主要是建立服務端、客戶端的運行環境（操作系統均要求Windows ZP及以上）以及Java環境（包括數據庫及插件的安裝等）。配合使用司維特科技研發的可穩定通訊和快速、準確抄表的CRMS用電信息采集系統（以下簡稱“系統”）以及可通過電腦或3G手機遠程登錄查詢的電力互動平臺（以下簡稱“平臺”）。

硬件部分的實施包括局端（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內所有局端通過網線或者光纖上聯小區出口交換機；局端配置則是對局端IP、抄表成熟、設備分組號等進行規劃配置；具體線路連接方法為，局端的四個端口分別為A，B，A，B提供兩路輸出，使用兩芯線連接到分離器的進口。分離器出口，分為兩路：高頻信號線出口線串聯所用上網用戶入戶線位置，使用耦合磁環將上網信號屏蔽在用戶電力線路上，為用戶提供高速上網服務。低頻信號線出口串聯所用用戶電表458口，提供遠程集抄服務。

3 試點成果

為驗證整個佛山測試科研項目所獲取數據的穩定性和準確性，分別對PLC通訊技術中的各項內容進行了測試，測試內容及結果分別如下：

1）遠程集中抄表：整個系統每十分鐘主動采集更新數據一次，（系統最小采集顆粒能達到一分鐘），從而論證了整套系統的實時和便捷性。

2）遠程單個用戶點抄：通過系統單個用戶點抄所得數據讀數，與其樓內電表數據在同一時段進行校對比較，發現數據完全相同。同時計算出系統對單個用戶點抄操作用時僅為4秒左右，從而論證了整個系統的準確與實時性。

3)PLC網絡設備管理：通過系統拓撲管理系統，可以直觀的發現整個在網設備的運行狀況，通過各種顏色的標識，來區別設備運行狀態，從而判斷問題的所在，保證連接到所有在網局端設備運營正常穩定。

4)PLC家庭用電設備檢測及控制：可通過系統讀取到該用電設備的相關用電信息，并可對其進行斷送電控制。

5）智能電表數據遠程集抄：通過對系統功能模塊的操作，可讀取到單塊智能電表的實時用電信息，以及自動生成電流、電壓、電網頻率等相關分析圖

6）電力互動平臺：用戶可以登錄平臺，查詢自家電表的實時讀數，以及相關歷史賬單，并可定制相關短信通知服務。

圖1 傳統集抄結構組成

圖2 利用公共網絡實現AMI各項業務的方案設計圖

4 未來展望

電力線通訊充分利用現有的配電網絡基礎設施，無需任何布線，是一種“nonewwires”技術，可以節省巨大的新增投資。基于寬帶的電力線通訊技術可直接使用既有的電力傳輸網路，被視為在寬帶服務通訊技術中最便捷、高速的接入方式之一。我們可以通過電力線提供的數據網，為用戶提供電表集抄、高速上網、VoIP、數字電視、視頻監控等服務。

目前，我國擁有全世界長度排名第二的電力輸電線路，全國500kv和330kv的電力線路長達25094.16km，220kv線路107348.06km，回路110kv線路共計310000km，可繞地球近8圈。我國目前電話用戶不到3億，但用電用戶已超過10億，顯然這連接10億用戶的既存電力線是提供上網服務的巨大物質基礎，直接在覆蓋全國的電力網絡上架構互聯網連接將比現在鋪設光纖的方式節省大量的人力和物力。利用電力線通訊的便捷，除了現階段可實現的電力線上網及數據通訊為未來更可輕松實現數據、語音、視頻以及電力于一體的“四網合一”！更可以在智能家用電器控制、數字化社區服務、小區安防等領域大顯身手。

[1] GB/T 17463-1998 遠動設備及系統 第4部分：性能要求。

[2] DL/T 698.31 電能信息采集與管理系統 第3—1部分：電能信息采集終端技術規范—通用要求。

[3] DL/T 698.31 電能信息采集與管理系統 第3—5部分：電能信息采集終端技術規范—低壓集中抄表終端。

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

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

[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及其應用，2011電力通信管理暨智能電網通信技術論壇論文集。