基于電力載波通信技術的用電信息采集系統應用分析

馮少力

（深圳市國電科技通信有限公司，廣東 深圳 518109）

0 引 言

目前，我國大多數居民用電計費采用的是“一戶一表”的模式，由于居民電表分散在各個居民小區，電力部門只能人工對這些分散的電表進行抄表，從而耗費了大量的人力物力。通信技術和計算機技術的發展和應用實現了自動抄表技術[1]。目前，需要建立集用電信息采集、智能電表管理以及傳輸端口管理等功能為一體的電力數據管理平臺，實現用電信息的遠程采集，集中管理，從而實現用電信息采集的智能化和自動化。文章研究了基于電力載波通信技術的用電信息采集系統的應用方面，提出基于電力載波通信技術的用電信息采集系統應用方案。

1 電力載波通信技術及其基本原理分析

1.1 電力載波通信技術概述

電力載波通信技術是將現有的電力線纜作為載體的通信載波技術，是電力部門特有的通信技術。該技術能夠在電力線路中實現數字信號的模擬傳輸，實現用電信息的采集和傳輸[2]。為提高電力載波通信技術傳輸數據的可靠性，使用了移頻鍵控、直接序列擴頻以及跳頻擴頻等物理層調制解調技術。其中，直接序列擴頻技術能夠對高速碼流層進行擴展，從而提高數據傳輸的速度。移頻鍵控技術能夠使用較窄的寬帶高速傳輸二進制數據流。跳頻擴頻技術則通過頻率的規律性跳變來傳輸數據。在以上調制解調技術中，直接序列擴頻和跳頻擴頻技術雖然會占據較寬的帶寬，但是噪聲帶寬也相對較寬，信號傳輸的干擾較少，因此不需要重新架設原有的電力網絡就能實現信號的遠距離傳輸。

1.2 電力載波通信技術作業原理

基于電力載波通信技術的用電信息采集系統以電力纜線作為通信信號傳輸的載體，在保證電力線路能夠正常輸變電的情況下，完成用電信息的采集和傳輸工作。20 世紀20 年代，開始研究電力線載波通信技術，但應用和推廣較為緩慢。數字技術以及計算機技術的進步為電力線載波通信的推廣和應用提供了有效的技術支持，電力纜線載波通信技術也得到了業界的認可，并在國外用電信息采集系統中得到了部分的推廣和應用。電力載波通信技術根據領域劃分，可分為低壓載波技術、中壓載波技術以及高壓載波技術。以低壓載波通信技術為例，其載波通信的工作原理如圖1 所示。

圖1 電力線載波通信系統工作原理

如圖1 所示，電力載波通信系統由5 部分組成，分別是信號處理器、調制解調器、信號放大電路、信號耦合網絡以及低壓電力網絡。其中信號處理器可以將信息轉變成數字信號，并通過調制解調器將信號轉換成已調信號。為提高電力載波信號的強度和抗干擾能力，還需要使用信號放大電路對信號進行益增，并采用耦合電路將信號耦合至電力網絡中進行傳輸。

2 基于電力載波通信技術的用電信息采集通信技術要求及問題

2.1 基于電力載波通信技術的用電信息采集通信技術要求

基于電力載波通信技術對設備敷設要求較高，需要現場接線確保正確，還需要選擇合理的安裝位置并達到工藝要求。為了保障抄表的準確率和可信度，還需要增強系統的可靠性。此外，電力載波通信技術需要解決以下幾個技術問題。一是電力線本身具有的脈沖干擾特性，我國目前的電力網絡為50 Hz的交流電，其交流周期為20 ms，每個交流周期出現2次交流峰值，形成2 次交流脈沖干擾，即100 Hz 的篤定脈沖干擾，干擾時間約為2 ms。因此，電力載波通信技術必須及時處理這種脈沖干擾，從而提高電力載波通信技術的抗干擾特性，提高載波通信技術的可靠性。二是電力線路負載的噪聲干擾，噪聲干擾來自電路負載的無線電干擾，衰減隨時間變化，而且很難預測其頻率的規律，給電力載波通信技術數據傳輸的有效性帶來了挑戰。目前解決的方式是對載波通信信號進行技術處理，提高其抗干擾的能力。

2.2 基于電力載波通信技術的用電信息采集通信技術存在的問題

基于電力載波通信技術的用電信息采集系統對數據通信的準確率和可靠性要求極高。然而，目前電力載波基礎設施的施工依然存在設備接線不規范、施工工藝差等問題，從而導致信號無法正常采集和傳輸[3]。同時，電力載波通信技術的信號受地形影響較大，在山區或者丘陵區的信號衰減比較嚴重。此外，電力載波通信技術還存在通信費用高、維護工作量大等問題。我國電網的配壓結構、負荷特性、供電方式以及管理方式與國外有極大的不同，這些問題的存在嚴重地阻礙了電力載波通信技術在用電信息采集技術系統中的推廣和應用。因此，需要改造和完善現有的電力載波通信技術。

3 基于電力載波通信技術的用電采集模式可實現的功能

3.1 負荷監測

使用基于電力載波通信技術的用電信息采集模塊能夠實時監視用戶的用功、電壓以及電流等相關數據，并及時將數據通過電力載波通信技術傳輸到系統主站，從而獲得用戶每日的用電情況，同時能夠匯總和分析整個地區的用電情況，從而為電力部門提供準確的用電負荷數據，以此作為電力部門調節電力生產的依據[4]。

3.2 抄讀電量

自動抄讀電量是基于載波技術的用電信息采集系統的基本功能，抄表人員從此不需要對各個分布的電表進行定期抄表，而是通過用電信息采集系統對用戶的用電信息進行自動存儲和顯示，從而大幅度降低抄表人員的工作負荷，節約電力企業的人力資源支出[5]。

3.3 用電監控

電力管理部門能夠通過用電信息采集系統監控用戶實時的用電量，當用戶的用電量出現異常時，系統能夠在數學模型和算法的支持下對用戶的用電量進行監控，并判斷用戶的異常用電有無違法、偷電漏電或者斷相等問題，從而提高用戶用電管理的規范性。

3.4 欠費控制

使用電力載波通信技術的用電信息采集系統廣泛采用新一代智能電表，電力載波通信技術應用使得智能電表能夠與用電信息系統進行數據交換，因而可以將用戶欠費的信息及時傳輸給主站。主站在排除電力用戶欠費的非主觀因素后，將會對用戶實施警告、催繳甚至遠程停電處理。用戶在付清相關電費和滯納金后，用電信息系統就會根據最新的繳費信息，及時給用戶續電。

4 基于電力載波通信技術的用電信息采集產品的應用分析

4.1 基于電力載波通信技術的用電信息采集系統實施方案

通過對基于電力載波通信技術的用電信息采集系統的技術分析，目前依靠電力載波形式進行電力信息傳輸和交換的應用場景為偏遠山區，或者地形平坦且傳輸半徑小于300 m 的臺區。當臺區距離超過300 m 時，可以通過全、半載波的切換，提高載波傳輸的距離[6]。

電力載波通信技術通道的選擇在電力信息選擇的方案中也非常關鍵，直接關系著電力載波通信技術的信號衰減能力和抗干擾能力，進而決定信號傳輸的準確率和可靠性。電力載波通信技術在實際應用的過程中，應當根據現場的工況來實際選擇固定組網和自組網的形式，或者選擇2 種組網方式相結合的方式。

4.2 基于電力載波通信技術的用電信息采集系統的性能分析

為了檢測載波通信技術在電力信息采集系統中的可行性和可靠性，本次測試選擇了國內載波通信領域有代表性的2 種電力載波通信產品，即A 廠家產品和B 廠家的產品。其電力載波通信產品主要的技術及性能指標如表1 所示。

表1 A 廠家產品和B 廠家產品主要技術指標

對A 廠家產品和B 廠家產品實施+50 dB 衰減測試，以驗證2 家產品的有效測試距離和數據傳輸的可靠性。2 種產品均能夠通過1 個集中器和30 個電能表分別組成2 個實驗性載波通信平臺。在測試條件和測試方法相同的條件下，測試這2 種產品實施電力信息抄表的效果，測試的結果分別如表2 和表3所示。

表2 A 廠家、B 廠家產品抄讀成功情況（電表30 個）

表3 A 廠家、B 廠家產品抄讀正確率

如表2 和表3 所示，運用移相鍵控（Phase Shift Keying，PSK）調制方式和頻移鍵控FSK（Frequency-Shift Keying，FSK）調制方式的2 種電力載波通信產品，在不同的載波頻率模式下均能夠達到理想的超標正確率，說明這2 種產品技術所代表的電力載波通信技術已經能夠較好地運用于用電信息采集領域。

5 結 論

我國電力部門在近年來一直在大力推廣智能抄表技術，電力載波通信技術作為智能抄表技術的重要技術環節，得到了廣泛的關注。目前，電力載波通信技術依然是用電信息采集系統中最有前途的技術之一，在電力技術智能化升級過程中具有廣闊的推廣和應用前景。電力載波通信技術在電力行業用電信息采集系統中的推廣，依然有很多管理問題、資金問題和產品配套問題需要解決，隨著這些技術問題的不斷解決和完善，電力載波通信技術將會在電力行業得到廣泛的應用，從而成為我國居民用電智能抄表的主流技術。