淺析用電信息采集系統(tǒng)中采用的通信方式

李慧+汪陽胤+劉樹林

【摘要】 用電信息采集系統(tǒng)的搭建，既是智能電網(wǎng)的基石，同時(shí)也促進(jìn)了智能電網(wǎng)的發(fā)展，對(duì)電力公司依靠智能電網(wǎng)進(jìn)行應(yīng)用深化有著重要意義。我國目前已經(jīng)全覆蓋用電信息采集系統(tǒng)，但由于幅員遼闊，南北、東西的差異很大，所以很難用一種技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)用戶用電信息的全覆蓋，針對(duì)不同的地域，需要各地供電公司結(jié)合自身情況，選用與之匹配的通信手段，本文淺析了目前我國智能電網(wǎng)上常用的通信技術(shù)，包括低壓電力線、中壓電力線、無線通信技術(shù)，以上方案均有效提高了用電信息采集成功率。

【關(guān)鍵字】 用電信息采集 電力載波 無線通信

一、引言

智能電網(wǎng)可以匯總分布式電源技術(shù)，因此其被認(rèn)為是面向主動(dòng)配電網(wǎng)的基礎(chǔ)，伴隨著智能電網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，智能電網(wǎng)也需要更加高級(jí)的技術(shù)手段來增強(qiáng)智能化。在當(dāng)今的智能電網(wǎng)中，用戶用電采集系統(tǒng)得到極快的發(fā)展，不僅因?yàn)樗c每個(gè)用戶息息相關(guān)，同時(shí)，用電信息采集系統(tǒng)也是國家電網(wǎng)對(duì)自身實(shí)力提升的一種體現(xiàn)，迄今為止，國家電網(wǎng)的采集系統(tǒng)已經(jīng)融合了目前世界上各種先進(jìn)的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，例如微波理論、控制技術(shù)、通信理論、信息理論等等，在這個(gè)龐大的電力網(wǎng)絡(luò)中，通過安裝各種先進(jìn)的智能儀器儀表和電子傳感器，使每一個(gè)電力用戶接入到網(wǎng)絡(luò)中，國家電網(wǎng)公司在數(shù)據(jù)交互的過程中獲取電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的自動(dòng)采集和監(jiān)控，完善自身數(shù)據(jù)庫，不僅為提高自身服務(wù)水平提供指導(dǎo)方向，也為國家配電網(wǎng)的全局智能化提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支撐。

針對(duì)不同地區(qū)的用電信息采集，需要使用不同的技術(shù)手段，下文逐步分析各種通信技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。

二、窄帶電力線載波

電力線載波通信PLC（Power…Line…Communication）是以電力線為信息傳輸媒介進(jìn)行語音或數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N通信方式[1]，它以電力線作為傳輸介質(zhì)，通過采用不同的調(diào)制手段、提高性噪比，降低信號(hào)衰減。在我國，窄帶電力線通信指的是工作頻率在3KHz～500KHz的傳輸技術(shù)[2]，目前我國的窄帶通信方案廠家主要使用FSK、BPSK等單載波調(diào)制，傳輸速率普遍都在10Kbps以下，傳輸過程中也易受到各種干擾信號(hào)的影響。

但是窄帶載波所用理論簡單、硬件成本低，對(duì)于低壓自動(dòng)抄表來說性價(jià)比極高，另外，窄帶載波所用的路由蟻群算法，中繼級(jí)別高，令窄帶載波的抄表成功率很高，并且，普通的低壓載波用戶的數(shù)據(jù)量很低，對(duì)實(shí)時(shí)性也沒有很高要求，綜合考慮成本和性能，目前在我國的低壓用戶用電信息采集中，普遍采用的還是窄帶載波方案。

目前使用窄帶電力線載波技術(shù)的廠家：

三、寬帶電力線載波

針對(duì)窄帶電力線載波無法實(shí)現(xiàn)高速通信的問題，目前依靠寬帶電力線載波開展的高速采集技術(shù)如火如荼，寬帶載波能解決智能電網(wǎng)中的大數(shù)據(jù)深化應(yīng)用，例如，負(fù)載投切、安全追蹤、動(dòng)態(tài)計(jì)費(fèi)，全時(shí)段監(jiān)控等。寬帶電力線載波提供的巨大帶寬，讓整個(gè)智能電網(wǎng)的通信效率極大提高，理論計(jì)算物理層速率可以達(dá)到10Mbps，并且因?yàn)闇p少了數(shù)據(jù)的交互時(shí)間，也就是相對(duì)的減少了突發(fā)性脈沖噪聲對(duì)信號(hào)的影響。寬帶載波借鑒了TCP/IP的交互技術(shù)，在路由路徑規(guī)劃、節(jié)點(diǎn)組織和算法優(yōu)化方面，有先天的優(yōu)勢，對(duì)于負(fù)載多變的電力線信號(hào)適應(yīng)能力更強(qiáng)，但寬帶載波使用的帶寬和頻率都很高，是否會(huì)對(duì)電力線上其他用電設(shè)備產(chǎn)生EMI干擾，由于目前寬帶載波剛剛在國網(wǎng)范圍內(nèi)推廣，這個(gè)問題還要長時(shí)間運(yùn)行測試。

寬帶載波在鏈路層使用了多種先進(jìn)的加密算法，其通信安全性更高，從調(diào)制方式上看，寬帶載波使用的OFDM/DMT多載波調(diào)制方式，能夠自動(dòng)規(guī)避禁用頻段，在同頻干擾下可通過跳頻技術(shù)規(guī)避，相對(duì)算法更復(fù)雜。

硬件上，寬帶載波多采用ARM體系架構(gòu)，需要更高的主頻速度、大數(shù)據(jù)處理能力。這使得寬帶載波的軟硬件成本超過窄帶載波，但如果未來大批量應(yīng)用寬帶技術(shù)，整體價(jià)格會(huì)有一定回落。

目前國內(nèi)應(yīng)用寬帶載波的廠家有東軟載波、華為、鼎信通訊、友訊達(dá)等多家，關(guān)于寬帶載波的實(shí)際測試與應(yīng)用，在我國廣東電網(wǎng)公司已經(jīng)逐步開展?！?/p>

四、中壓電力線載波

中壓載波通信是利用10KV中壓配電線作為傳輸通道的一種通信方式，廣泛應(yīng)用于電氣自動(dòng)化領(lǐng)域。在我國，10KV配電站的數(shù)量最多，分布也最廣，不少山區(qū)、農(nóng)村的變壓器，均使用10KV電力變壓器進(jìn)行低壓220V電力轉(zhuǎn)換，但是偏遠(yuǎn)地區(qū)沒有配備移動(dòng)基站，因此采集集抄的上行線路就受到阻塞，如果采集數(shù)據(jù)無法上傳到電力公司的采集系統(tǒng)主站，那么低壓集抄系統(tǒng)就沒有意義，中壓載波即用于解決此問題。將無移動(dòng)基站地區(qū)的數(shù)據(jù)，通過中壓配電線路，將數(shù)據(jù)打包傳輸?shù)接谢镜貐^(qū)進(jìn)行上行傳輸。

中壓載波與普通低壓載波的區(qū)別在于，由于中壓載波需要借助10KV配電線，因此需要將低壓上的載波信號(hào)通過耦合饋網(wǎng)發(fā)送到10KV線路上，這時(shí)需要注意高壓隔離，同時(shí)中壓載波與低壓載波比較，噪聲功率譜、配電線路阻抗可能有差異，這些都需要重新展開深入研究。圖1為中載載波方案實(shí)施原理。

五、北斗采集系統(tǒng)

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國自行研制的全球衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)（BDS），北斗系統(tǒng)由空間端、地面端和用戶端組成，可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時(shí)為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)，同時(shí)，北斗系統(tǒng)具備短報(bào)文通信能力。

在我國，坐落于峽谷中交通不便的水電站，既可能沒有可靠的光纖通路，也未必有穩(wěn)定的公網(wǎng)信號(hào)覆蓋；而水電站因與其他節(jié)點(diǎn)的距離過遠(yuǎn)，無中繼的電力線載波技術(shù)也可能無法通信，針對(duì)此種情況，往往只能選用北斗衛(wèi)星系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)交互。

北斗衛(wèi)星系統(tǒng)具有無線發(fā)射鏈路，能夠?qū)崟r(shí)與北斗衛(wèi)星進(jìn)行信息傳輸，上行鏈路無需地面通訊基站配合，通訊設(shè)備對(duì)外部環(huán)境要求也不高，抗干擾能力強(qiáng)，但北斗RDSS系統(tǒng)運(yùn)行成本高，發(fā)送報(bào)文長度短，只適用于重要節(jié)點(diǎn)的小數(shù)據(jù)交互，因此無法對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)的用戶表提供大范圍的組網(wǎng)服務(wù)。

北斗衛(wèi)星系統(tǒng)每分鐘可以收發(fā)一個(gè)報(bào)文，報(bào)文長度120個(gè)字節(jié)，對(duì)于數(shù)據(jù)量不大的小型水電站，完全能夠滿足使用要求，圖2為北斗系統(tǒng)運(yùn)用于用電信息采集系統(tǒng)的方案原理。

六、無線專網(wǎng)

盡管載波集抄的性價(jià)比很高，但是有時(shí)候，多個(gè)臺(tái)區(qū)交叉，載波串?dāng)_嚴(yán)重，使用低壓載波抄表難以保證抄表的穩(wěn)定性，此時(shí)可以考慮微功率無線通信技術(shù)，微功率無線技術(shù)不需要額外鋪設(shè)電纜，安裝簡單，同時(shí)不受電網(wǎng)特性影響，可以方便的對(duì)跨臺(tái)區(qū)，復(fù)雜用電環(huán)境進(jìn)行快速抄表。

我國有些省市、例如北京、山東部分地區(qū)采用了無線專網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。下表比對(duì)了幾款目前常見的無線通信技術(shù)：

當(dāng)無線專網(wǎng)的頻段有其他設(shè)備使用時(shí)，例如遙控車庫門，會(huì)對(duì)集抄產(chǎn)生影響，其障礙物的穿透性也沒有載波集抄性能好，易受樓房遮擋，影響通信鏈路。因此在使用時(shí)需根據(jù)自身環(huán)境特點(diǎn)，選擇合適技術(shù)手段。

七、結(jié)語

本文根據(jù)現(xiàn)場抄表應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出了當(dāng)前在國家電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)中常用的采集手段。通過各個(gè)技術(shù)方案的綜合運(yùn)用，能夠?qū)崿F(xiàn)國網(wǎng)公司提出的“全覆蓋、全采集”目標(biāo)，但因?yàn)椴煌h(huán)境、地區(qū)的應(yīng)用仍有不同，具體方案的實(shí)施仍然要具體分析，區(qū)別對(duì)待。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]…鮑琳.低壓電力線載波通信模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].…哈爾濱：哈爾濱理工大學(xué)，2007

[2]…胡開文.基于HomeplugGreenPHY的電力線載波通信單元的研究與實(shí)現(xiàn)[D].…長沙：湖南大學(xué)，2016endprint