用電信息采集系統中寬帶電力線載波通信技術的應用

國網北京大興供電公司 李 志

天津大學 朱新山

國網北京大興供電公司 李 青

施工量小，沒有輻射，這些都是低壓電力線載波通信技術的特點，所以用電信息采集系統建設人員非常重視這項技術。隨著國家經濟的不斷發展和各行業的發展，寬帶電力線載波通信技術已經得到了有效的改進，具有更高的傳播速度、更強的抗干擾能力，并因這些特點非常受歡迎。因此本文結合經驗總結法從寬帶電力線載波通信技術需要解決的問題以及微功率通信技術的局限性等方面對國內寬帶電力線載波通信特點進行了分析，從智網電能的全采集目標、寬帶通信的技術特點、寬帶載波通信可更好的支撐智能用電及能效管理業務、信息數據抄表以及寬帶載波通信可有效提高電力服務質量和客戶滿意度等方面對寬帶電力線載波通信技術在用電信息采集系統中的應用進行了分析，最后希望通過本文的研究對本人今后的實際工作有所幫助。

1 國內寬帶電力線載波通信特點分析

1.1 寬帶電力線載波通信技術需要解決的問題

低壓電線的傳輸介質不同于雙膠線、同軸電纜和光纖，有自己的物理特性。即使在工作環境非常惡劣、干擾很強的情況下，也能準確傳輸信號。由于國內電力網的管理系統不完善，對我國電力線可靠抄表有很高的要求：首先，配電變壓器會阻隔信號，跨變壓器共零線之間會產生串擾。因此，如果幾個變壓器之間的距離很近，會影響各自的信號。其次，運行時的背景噪聲很大，并且不是一般規模，因此變動也較大，而來自小功率負載噪聲和大功率負載噪聲可能影響信號傳輸。第三，電力線傳輸過程中載波信號出現高度衰減。例如，載波信號可以在負荷很小或沒有負荷的情況下進行長距離傳輸。在負荷很重時，載波信號只能傳輸幾十米。因此想要傳輸得更遠，必須要提高載波信號的功率。第四，有效信號會受到電力線的影響。電力線上的不同點對數據有不同的效果。由于電力線路變化頻繁且波動性強，無法按照以往的統一模式來保證傳輸功率。

1.2 微功率通信技術的局限性

與窄帶載波方案相比，微功率無線解決方案具有更好的抄通效果。但是，這一方案在實現過程中具有一定的局限性。微功率集中器受到建筑物遮擋影響，可能無法覆蓋整個區域。所以一個常用的解決方案是在平臺區域增加集中器，該解決方案保證了覆蓋范圍，同時增加了施工、維護的難度，需要廠家加大后續服務力度。抄通率大多數受到氣候的影響，如雷雨天氣、潮濕度比較高的時候都會受到影響。微功率無線組網后可以讀取儀表讀數，但讀取的過程缺少維護機制。抄表主要在“舊網”，網絡維護時間通常是晚上八點至十一點。因為使用公共頻點，很容易收到其他信號影響。為避免影響，只能在0-6時抄讀，標準發射功率為50mW（17dBm）的模塊現場抄讀效果不佳。許多廠家會將發射功率提高到20dBm以獲得更好的結果。部分關鍵節點必須更換成外置天線模塊，但這樣會降低安全性，容易受到迫害，增加現場施工難度。

2 寬帶電力線載波通信技術在用電信息采集系統中的應用

2.1 智網電能的全采集目標

實現智能電網的全采集目標具有重要意義，需要穩定且準確，并且長時間進行抄讀，對用電情況進行實時監測，及時發現異常事件。窄帶載波技術已經運用了很長一段時間，其傳輸介質是低壓電力線，載波技術為psk單頻點載波技術或fsk單頻點載波技術，采用500k以下的中心頻點，周圍的噪音嚴重影響通訊質量，主要是因為使用的載波頻段的特性，在抗干擾能力方面存在缺陷，不能夠有效的進行阻抗。而微功能無線解決方案可以有效解決窄帶載波方案所存在的問題，提高抄通技術的效率，但是仍然不能夠實現全采集的目標，因為根據實際情況而言，會被很多建筑物遮擋，無法覆蓋整個片區，因此使用了多臺微功率集中器，但是加大了施工難度，還會受到天氣氣候因素影響。

2.2 寬帶通信的技術特點

抗噪聲技術應用不僅要解決電力線窄帶和脈沖等問題，還要解決不同部位的不同噪音問題。而抗信道衰減和負載變化技術很大概率下可以根據阻抗特性來解決PLC信道衰減和選擇性衰落問題，自動快速組網技術需要在很大程度上減少組網對業務的影響，提高系統的準確性與及時性，應用多網絡自動協調技術，需要解決幾個臺區相關干擾的問題，從而保證整個片區的信號，多相位技術需要解決噪聲疊加影響。

2.3 寬帶載波通信可更好的支撐智能用電及能效管理業務

經濟的增長必定伴隨著能源短缺和環境惡化等問題，其解決方案中開發用于監測、管理和控制系統是最有效和最經濟的方式，通過創新技術減輕消耗大量能源的現象，提高能源利用效率。統計顯示，工業企業中每年有8%的能源消耗是因為缺少能源管理維護機制，12%的消耗是因為缺乏能源管理控制系統。當前，我國了解用電和能源消耗情況的方式為人工定時抄表，由于該方法存在不足，如數據滯后、時效性低、數據單一等，無法提供有關公司能源消耗的實時信息。PLC解決方案可以為智能能效管理系統做出貢獻，寬帶電力線載波通信技術可以提供安全、高速、實時的雙向通信通道，點對點通信最高可達1Mbit/s，遠高于窄帶提供的有效速率（<10kbit/s）。微功率無線傳輸速度高，可實現50bps的實驗室測試速度；但隨著傳輸距離快速衰減，現場可以提高10kbps的傳輸速率，有線寬帶提供了全面、準確和實時的功耗數據。通過收集用戶不同時間的用電數據，將實時數據發送到服務器數據庫存儲，建設能耗模型，多角度、多方式分析，以快速獲取負載和網損信息。利用智能電表實時、雙向、交互來查詢異常的用電記錄，為故障分析提供可靠可靠的數據，發現耗電過大或故障的設備，提出能效管理實施的建議，制定更準確的負荷預測，優化調度，推動能源配置優化和三相用電平衡。

2.4 信息數據抄表

組網時，集中器通常安裝在變壓力器旁邊，可以為電力系統運行提供一個相對舒適的條件。但是，應用寬帶電力線載波通信技術時，必須確保載波電表和集中器處于統一狀態，將其安裝在電力用戶方面，有利于變壓器的有效輸出。為了保證用電信息采集系統的集中器的通信工作，需要根據系統運行向集中器發送指令，為抄表提供相對準確的指令。另外，根據這種情況，還需要確保載波電表和采集器的反應為一致狀態，保證電力各項信息的傳輸效率，并且信息在經過集中器后進行自動讀取以及各項信息和數據保存，不僅保證了抄表的精度，還體現了寬帶電力線載波通信技術的作用。

2.5 寬帶載波通信可有效提高電力服務質量和客戶滿意度

客戶給供電企業提出的基本要求為：提供可靠、穩定的電力供應和優質服務。除了電力設備對人體沒有危害外，還要保證電力供應過程中的人身和財產安全，因此影響客戶滿意度的直接原因就是供電質量的穩定與安全。目前的用電信息收集系統采用的方案體現出的費控成功率低，電力供應的穩定性和安全性無法得到充分保障。寬帶電力線載波通信技術可以提高實時、雙向、高速的通信，可以有效解決其他方案的不足之處，提高了用電信息收集的及時性和抄表算費的準確性，還提高了控制指令執行的靈敏度。

結語：本文針對寬帶電力線載波通信技術相關問題進行了探究、分析。第一，分析了寬帶電力線載波通信技術需要解決的問題。第二，分析了微功率通信技術的缺點，由于環境影響被建筑物遮擋，微功率集中器無法對整個片區產生作用，因此安裝了多臺集中器，但是提高了成本，加大了難度。第三，分析了寬帶電力線載波通信技術的優勢，提出了智能電網的全采集目標；分析了寬帶通信的技術特點，自動快速組網技術需要在很大程度上減少組網對業務的影響，提高系統的準確性與及時性，多網絡自動協調技術應該解決多臺區串擾問題，促進各臺區的協調，從而保證整個片區的信號，多相位技術需要解決噪聲疊加的影響。第四，分析了寬帶載波通信可以更好的支撐智能用電情況，比起以往傳統的窄帶傳播技術，大大提高了傳播效率。第五，提出了寬帶載波通信可以有效的提高電力服務質量，方便了人們的生活，以多種方式對能源消耗進行分析評判，采用動態曲線和圖表的形式，對能源消耗進行記錄和分析，可以有效的獲取相關信息，發現能源消耗漏洞，從而研制出相關解決措施。寬帶電力線載波通信技術應用促進了實時通訊，提高了運輸效率，提高了抄表計費的準確性，希望通過本文相關探究與分析可以給相關企業一定的借鑒與參考。