基于HPLC通信模塊的智能電表改進分析

徐文濤

(國網寧夏電力有限公司， 銀川 750001)

0 引言

根據相關統計得知，智能電表在我國的普及率已經超過了99.5%，只有極個別地區因特殊原因尚未進行安裝，由此可見智能電表對于現代社會電力運維的重要性，但在龐大的普及率條件下，智能電表的性能必須達到一定水平，例如在信息傳輸實時性、穩定性等方面，都要滿足當下需求，然而早期智能電表因為技術水平限制，其性能表現并不能滿足需求，所以有必要進行改善，本文對此將結合相關理論，提出了基于HPLC通信模塊的智能電表改進方案。

1 HPLC通信模塊概述

HPLC通信模塊是新時代下，電力公司針對早期智能電表通信模塊缺陷開發出現的一種新型通信模塊，根據前人理論分析得知，HPLC通信模塊相比于早期智能電表通信模塊，其在通信速率與穩定性性能方面有巨大優勢，超出早期通信模塊性能的7～10倍，由此可見HPLC通信模塊在智能電表改進上具有可行性。根據相關案例應用結果可見，HPLC通信模塊在功能上還有許多新的表現[1]。

2 早期智能電表應用常見問題

2.1 早期智能電表運行流程圖

早期智能電表運行流程圖如圖1所示。

圖1 早期智能電表運行流程圖

通過圖1內容可以得知早期電能表的數據傳輸結構，再結合分析得出其中常見的問題[2-4]。

2.2 竊電行為

竊電行為是電力運維領域一直以來存在的問題，其會造成電力用戶、電力企業的經濟損失，因此屬于不良現象。那么針對竊電行為，電力運維領域一直在開發相應的治理方法，并將治理方法融入到智能電表當中，嘗試通過智能電表的在線監測功能來處理竊電行為，然而在早期智能電表的應用之下，其雖然能夠在一定程度上降低竊電行為發生的概率，但相較于預期要求，還有一定的差距，根據相關統計，近幾年某地區在早期智能電表條件下，竊電行為造成的經濟損失在3.40億元，這一數據足以說明智能電表的防竊電效果不滿足預期要求[5-7]。

2.3 傳輸效率較慢

早期智能電表所采用的通信模塊為窄帶模塊，這種模塊的運行方式為：利用電力線產生窄帶載波，那么將電力線設置于數據采集設備、數據處理終端之間，即可利用載波將數據采集結果傳輸給數據處理終端。而在此數據傳輸過程當中人們發現，窄帶模塊產生的窄帶載波其實時信息載入容量較小，所以在當下智能電表高度普及的背景下，窄帶模塊很難滿足實時通信的需求，經常需要將同一批信息分為多組進行傳輸，此時就導致信息數據傳輸效率下降，不利于電力運維質量[8-10]。

2.4 傳輸穩定性較差

在預期要求條件下，對于智能電表的數據傳輸穩定性十分重視，因為穩定性不足不但會進一步降低傳輸效率，還可能出現數據丟失等現象。然而早期智能電表的運行表現下，其數據傳輸的穩定性表現較差，時常出現傳輸斷續、數據丟包的問題，而造成這些現象的主要原因有二，其一即上述內容中的窄帶通信模塊的載波容量偏小，所以同一批數據傳輸會先后到達，形成斷續現象，其二因為窄帶模塊很容易被外部因素所干擾，導致其運行出現相應的問題，間接進一步擴張斷續現象，同時引起數據丟包。綜合上述兩個影響因素，說明早期智能電表的數據傳輸穩定性較差[11-13]。

2.5 覆蓋范圍較小

在現代社會當中幾乎家家戶戶都需要用電，說明智能電表的安裝必須做到全覆蓋，那么為了實現全覆蓋，必須對智能電表的數量進行控制，但智能電表的數量高低，會對安裝的工作負擔、成本造成影響，而早期智能電表因為窄帶模塊與電力用戶之間主要采用電力線來實現連接，那么電力作為實體線路，其距離必然受到一定的限制，所以說明其覆蓋范圍較小，此時電力單位必須采用大量的智能電表以及附屬線路來進行安裝。此外，在智能電表數量增大的前提下，還會導致之后維護工作負擔加大，所以有必要對此進行改善。

3 HPLC通信模塊智能電表改進方案

3.1 改進需求

在改進方向上，首先必須針對性的改善上述各項問題，其次根據國家相關方針要求，需要在早期電能表基礎上實現新型功能，例如低壓客戶表計停電實時上報、采集與監測；臺區戶變關系智能識別、拓撲智能識別、ID管理。

3.2 早期智能電表問題改善

在上述早期智能電表應用常見問題分析內容當中可見，其中大部分問題的根源均在于其通信模塊的性能缺陷，因此在HPLC通信模塊條件下，介于其與窄帶模塊之間的性能差距，均可得到改善，例如通過HPLC通信模塊，能夠有效提高智能電表的傳輸效率、傳輸穩定性以及覆蓋面積，原因在于HPLC通信模塊的通信容量較大，同時與客戶之間的連接為信號連接，所以上述大部分問題均能夠直接被改善，而針對竊電行為，因為HPLC通信模塊的性能優勢，可以給電力運維人員提供有力依據，所以也可得到治理[14-16]。

3.3 新型功能實現

下文將逐一對HPLC通信模塊條件下，新型功能的實現來進行分析。

(1)低壓客戶表計停電實時上報

首先針對智能電表中的載波模塊，采用超級電容進行附屬安裝，此時智能電表即使在斷電條件下也能短時間運作，一般時長為30～60s，其次在HPLC通信模塊的通信機制當中，設立限時故障信息上報規則，使得智能電表能夠在停電條件下，將停電信息傳輸到終端，實現低壓客戶表計停電實時上報功能。低壓客戶表計停電實時上報具體流程如圖2所示。

圖2 低壓客戶表計停電實時上報具體流程

根據上文分析可見，HPLC通信模塊的通信效率較高，所以其通信機制為“高速通信機制”。在高速通信機制條件下，如果智能電表發生斷電等故障現象，那么會出發機制當中的限時故障信息上報規則，即HPLC通信模塊必定會在一定時間內將故障信息傳輸給電力運維單位。

(2)低壓客戶表電壓電流采集與監測

改進方案上，首先將HPLC通信模塊安置于智能電表當中，此時利用模塊的低壓電力線高速載波通信技術，可以有效提高智能電表電壓、電流采集機制的頻帶寬度與速率快。其次利用HPLC當中的并發抄讀機制，可以設置數據采集時限，這一點在本文改進方案中，電壓、電流的凍結數據采集時限為15 min；電壓、電流實時數據采集時限為15 min。針對用電監測，因HPLC通信模塊具有兼容性高的特點，所以選擇了三相不平衡監測、配網低電壓、配變重過載規則來構建用電監測機制，在此機制條件下，可以提高智能電表用電監測的深度、精確性等性能，此時根據監測結果可以有效判斷用電異常問題，幫助電力運維人員定位竊電或電力故障的位置。

(3)臺區戶變關系智能識別

結合圖2可見，在智能電表的載波臺區當中，其集中器與智能電表之間存在密切聯系，在此條件下，實現智能電表傳輸而來的數據可以與電力企業保存的用戶檔案相匹配，而且這個匹配過程因為智能化技術的支撐，可智能自動運行，因此就實現了臺區戶變關系智能識別功能。結合相關理論得知，臺區戶變關系智能識別功能主要功效有三點，即客戶地理位置定位、供電質量判別、三相負荷分析。原理上，只要借助集中器的“載波搜表功能”獲得載波信息特征，再將特征結果與客戶電壓變化特征相互對比，即可實現匹配；借助集中器自動搜表功能，實現電表與用戶之間的通信鏈路，依靠鏈路實現用戶特征自動獲??；

此外，結合相關理論得知，在常規的組網、抄表條件下，HPLC通信模塊本地模塊還具有獲取載波模塊入網信息的功能，將入網信息傳輸與集中器當中，可以得到載波模塊邏輯拓撲結構，那么針對結構信息進行分析，電力運維人員可以直觀判斷出數據來源，實現電力用戶精準定位。

(4)臺區拓撲智能識別功能

臺區拓撲智能識別功能的功效為：提升數據采集質量、檔案數據管理水平以及降低系統管理、運維的成本與負擔，所以此項功能在智能電表改進當中具有較高地位。具體來說，主要以CCO為中心進行HPLC通信模塊網絡設立，就圍繞CCO，將智能電表/I型采集器通信單元、寬帶載波采集器作為中繼代理，將所有STA相互連接，形成了多級關聯樹形網絡結構。在多級關聯樹形網絡結構當中，HPLC通信模塊同樣可以得到載波模塊入網信息，那么利用集中器自動搜索功能可以得到多級關聯樹形網絡結構的邏輯拓撲信息。多級關聯樹形網絡結構如圖3所示。

圖3 多級關聯樹形網絡結構

(5)ID管理

ID管理功能的功效在于：實現通信模塊全壽命周期管理、報廢管理，在此基礎上利用HPLC通信模塊與集中器之間的關系，使集中器對HPLC通信模塊芯片ID進行讀取，讀取之后進行儲存，此時如果ID更改，那么會觸發主站的報警機制，如果ID不更改，則在任何條件下均不會觸發報警機制。圖4為主站與集中器交互流程、集中器與HPLC通信模塊的交互流程。如圖5所示。

圖4 主站與集中器交互流程

圖5 集中器與HPLC通信模塊的交互流程

5 算法驗證

為了對本文設計的智能電表自動化水平進行驗證，將結合局部加權線性回歸算法進行計算，具體表達式如下：

其中ω為權值作用在于根據要預測的點與數據集中的點的距離來為數據集中的點賦權值當某一點距離待預測的點較遠時，其權重較小，否則較大。所以根據本文計算結果顯示，ω指數為0.7說明本文設計有效。

6 總結

本文主要對基于HPLC通信模塊的智能電表改進方法進行了分析，分析分為4個部分，即HPLC通信模塊概述、早期智能電表應用常見問題、HPLC通信模塊智能電表改進方案、實例應用結果，通過4個部分的分析，實現了早期智能電表改進。在本文分析內容下得到結論：HPLC通信模塊相較于窄帶模塊具有較大優勢；早期智能電表雖然具有良好表現，但與預期要求還有較大差距，需要進行改善；提出了HPLC通信模塊下的智能電表改進方案，并理論分析其應用功效；結合實例應用結果，說明本文改進后的智能電表具有較高應用價值，同時說明本文分析有效。