廣西電網(wǎng)低壓寬帶載波應(yīng)用中的匹配性問題分析

梁 捷，梁廣明

（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司計(jì)量中心，廣西 南寧 530023）

電力線載波通信技術(shù)的基本原理是通過電力線傳輸高頻弱電信號(hào)，主要采用正交頻分復(fù)用技術(shù)（簡稱OFDM），廣西電網(wǎng)常用的頻率范圍為（0.7～12）MHz，是當(dāng)前電網(wǎng)公司的主要低壓抄表通信方式。

相比電力線窄帶載波通信，寬帶載波通信技術(shù)（high speed powerline communication，HPLC）可實(shí)現(xiàn)2 Mbit/s以上的數(shù)據(jù)傳輸速率，滿足現(xiàn)代計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)男枨?，支持?shí)時(shí)全雙工的工作模式和不同廠家的互聯(lián)互通，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)并發(fā)通信及大數(shù)據(jù)量采集，近年來在廣西逐步得到推廣應(yīng)用。

1 寬帶載波技術(shù)在廣西的應(yīng)用現(xiàn)狀

廣西電網(wǎng)寬帶載波技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一采用南方電網(wǎng)公司2019年發(fā)布的《計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)電力線寬帶載波通信技術(shù)要求》，高級(jí)應(yīng)用擴(kuò)展功能由省公司在該標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上統(tǒng)一制定。南方電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的寬帶載波支持3個(gè)頻段，分別為頻段0：1.953～11.96 MHz，頻段1：2.414～5.615 MHz，頻段2：0.781～2.930 MHz，廣西常用的頻段為頻段2。該技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)給出了不同廠家寬帶方案之間的互聯(lián)互通的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)并考慮了高級(jí)應(yīng)用擴(kuò)展性的要求。

廣西電網(wǎng)從2020 年起開始逐步推廣HPLC 應(yīng)用。公司營銷部提出推廣措施，例如要求低壓集抄批量新建、改造項(xiàng)目應(yīng)優(yōu)先選擇HPLC技術(shù)方案等。為保證入網(wǎng)產(chǎn)品質(zhì)量，要求HPLC 設(shè)備廠家應(yīng)通過南方電網(wǎng)公司的互聯(lián)互通實(shí)驗(yàn)室送樣測(cè)試。同時(shí)公司定期組織現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，各網(wǎng)區(qū)選擇的通信模塊廠家應(yīng)通過公司組織的現(xiàn)場(chǎng)互聯(lián)互通測(cè)試。截至2020年12 月，廣西已在4 個(gè)地市網(wǎng)區(qū)推廣HPLC 用戶共計(jì)98300戶，目前正常運(yùn)行的用戶為89628戶，安裝集中器572臺(tái)。目前該系統(tǒng)運(yùn)行情況穩(wěn)定，數(shù)據(jù)采集成功率達(dá)到96%以上，逐步得到了電力用戶的認(rèn)可。

2 存在的問題

廣西電網(wǎng)HPLC推廣和應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的一些問題：

使用時(shí)發(fā)現(xiàn)，由于不同版本的單相電能表技術(shù)規(guī)范對(duì)電源針腳定義不一致，按不同接口標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的HPLC模塊混插混用可能會(huì)導(dǎo)致燒壞HPLC模塊的問題。

在臺(tái)區(qū)改造項(xiàng)目將窄帶載波模塊更換為HPLC模塊的過程中，發(fā)現(xiàn)由于不同版本的技術(shù)規(guī)范對(duì)三相電能表和集中器載波模塊插槽的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不一致，若HPLC 模塊和對(duì)應(yīng)三相電能表或集中器的接口標(biāo)準(zhǔn)不匹配，則會(huì)造成HPLC 模塊造成無法安裝的問題。

2019 年南方電網(wǎng)寬帶載波技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布以前，廣西各地市局曾購買使用其他標(biāo)準(zhǔn)的寬帶載波模塊，推廣南網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的HPLC 方案時(shí)若將這些模塊淘汰，改造成本較高。

此外，由于低壓電力線環(huán)境中高頻噪聲嚴(yán)重、負(fù)載種類繁多、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使得載波信號(hào)在寬頻帶模式下的衰減較傳統(tǒng)窄帶載波更難以預(yù)測(cè)，導(dǎo)致HPLC 在寬頻帶工作模式下通信質(zhì)量無法保持應(yīng)有的高速傳播水平。

3 解決方案

廣西在用單相電能表技術(shù)規(guī)范主要包括2 種，分別是Q/CSG 113003—2011《單相電子式電能表技術(shù)規(guī)范》（簡稱“11版規(guī)范”）和Q/CSG 1209003—2015《單相電子式費(fèi)控電能表技術(shù)規(guī)范》（簡稱“15版規(guī)范”）。雖然這2種標(biāo)準(zhǔn)的電能表載波通信模塊的硬件針腳布局相同，可以互換插入插槽，短期內(nèi)也不影響正常抄表，但因11版規(guī)范模塊的模擬電源為+12～+15 V，15 版規(guī)范的模擬電源為12 V±1 V，若15 版規(guī)范的通信模塊安裝在11 版規(guī)范的單相表上，會(huì)存在因電壓過高燒毀模塊的安全隱患。故從安全方面考慮，15 版規(guī)范的單相表HPLC 模塊不允許使用在11版規(guī)范的電能表上。

廣西在用的三相電能表技術(shù)規(guī)范主要包括2種，分別是Q/CSG 113006—2011《普通三相電子式電能表技術(shù)規(guī)范》、Q/CSG 113007—2011《三相多功能電能表技術(shù)規(guī)范》（以上簡稱“11版規(guī)范”）和Q/CSG 1209004—2015《三相電子式費(fèi)控電能表技術(shù)規(guī)范》（簡稱“15版規(guī)范”）。這兩種標(biāo)準(zhǔn)的電表模塊硬件針腳布局不一致、模塊外形有差異。三相表載波通信模塊雖然載波耦合接口均采用2×10雙排插針作為連接件，但11版規(guī)范的弱電接口采用2×11雙排插針作為連接件，15版規(guī)范采用2×6雙排插針，故15版規(guī)范的載波通信模塊無法插入11版規(guī)范的三相表插槽，即這2種標(biāo)準(zhǔn)的三相電表HPLC模塊無法互換使用。

根據(jù)上行通信規(guī)約分類，廣西在用集中器的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要包括2 種，分別是《廣西電網(wǎng)公司低壓電力用戶集中抄表系統(tǒng)集中器數(shù)據(jù)傳輸上行規(guī)約》（簡稱“廣西規(guī)約”）和Q/CSG 11109004—2013《中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司計(jì)量自動(dòng)化終端上行通信規(guī)約》（簡稱“南網(wǎng)規(guī)約”)。廣西規(guī)約集中器接口協(xié)議部分廠家存在私有協(xié)議，因此廣西規(guī)約不同廠家集中器的載波模塊不能互換，廣西規(guī)約與南網(wǎng)規(guī)約的集中器載波模塊也不能互換，但南網(wǎng)規(guī)約不同廠家的集中器載波模塊可以互換使用。

廣西各網(wǎng)區(qū)2019年以前HPLC模塊主要有2種：一種是第一代國家電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的HPLC 模塊，其特點(diǎn)為頻段2～12 MHz，物理層與目前南網(wǎng)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)基本類似，可通過軟件升級(jí)方式兼容南網(wǎng)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)HPLC 模塊。另一種是寬帶降頻前廣東電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的HPLC 模塊，該模塊是廣東在國家電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)上增加了部分高級(jí)應(yīng)用功能，其物理層與目前南網(wǎng)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)相同，可兼容南網(wǎng)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)寬帶載波模塊，可直接作為南網(wǎng)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)寬帶載波模塊的備品備件使用。

對(duì)寬頻帶工作模式下的載波信號(hào)衰減或干擾問題，常見的解決方案為：首先，可采用“寬帶＋微功率無線”的雙模通信方式。微功率無線通信采用無線信道作為通信介質(zhì)，不受電力線中各種對(duì)載波有效的干擾因素的影響，且不受電力線的重負(fù)載影響，但無線信號(hào)容易被障礙物衰減、屏蔽或遮擋。雙模通信方式能夠?qū)拵лd波通信與微功率通信方式的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，充分發(fā)揮寬帶載波的優(yōu)勢(shì)，無線方式彌補(bǔ)寬帶載波的不足。其次，低壓載波轉(zhuǎn)GPRS/CDMA通信方案。

如圖1，該方案由主機(jī)、從機(jī)以及信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊組成。主、從機(jī)之間通過無線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，GPRS/CDMA 信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊接收從機(jī)采集的數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為GPRS/CDMA 信號(hào)，主機(jī)通過HPLC 信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊將該無線信號(hào)轉(zhuǎn)變成載波信號(hào)，再通過電力線載波傳至下一通信節(jié)點(diǎn)。該方案的優(yōu)點(diǎn)在于不需要現(xiàn)場(chǎng)重新布線，安裝工作量小，缺點(diǎn)在于只支持一對(duì)一方式，設(shè)備成本高。

圖1 低壓載波轉(zhuǎn)GPRS/CDMA通信方案

4 結(jié)束語

為做好寬帶載波的推廣工作，各供電企業(yè)應(yīng)對(duì)所轄網(wǎng)區(qū)存量寬帶載波方案的投運(yùn)時(shí)間、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、安裝和庫存數(shù)量等情況進(jìn)行梳理，針對(duì)應(yīng)用時(shí)存在的問題進(jìn)行分析，確定解決方案。在HPLC 高級(jí)應(yīng)用方面，供電企業(yè)仍有很長的路需要走，包括不同抄表臺(tái)區(qū)的自動(dòng)識(shí)別，遠(yuǎn)程費(fèi)控功能的支持、異常事件的統(tǒng)計(jì)和輔助處理等，這將成為電網(wǎng)公司下一階段的工作計(jì)劃。