基于HPLC通信模塊的智能電表深化應(yīng)用研究

邱志輝，伍棟文，劉 水，胡志強(qiáng)

（1.南瑞集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 211100；2.國(guó)網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學(xué)研究院，江西 南昌 330096；3.國(guó)網(wǎng)江西省電力有限公司，江西 南昌 330077）

0 引言

隨著智能電表的全覆蓋，各網(wǎng)省智能電表覆蓋率基本達(dá)到99.5%左右，智能電表采集成功率均在98.5%以上。智能電表的雙向計(jì)量、支持浮動(dòng)電價(jià)、遠(yuǎn)采集抄功能不僅支撐了電費(fèi)的智能化結(jié)算、臺(tái)區(qū)線損分析、用電稽查、負(fù)荷管理，而且為運(yùn)檢專業(yè)的臺(tái)區(qū)重過載、低電壓治理、中高壓四分線損、中高壓實(shí)時(shí)停上電情況、電網(wǎng)運(yùn)行狀況方面提供重要數(shù)據(jù)保障。

為提升客戶優(yōu)質(zhì)服務(wù)滿意度，及時(shí)了解客戶用電情況與電力需求情況，國(guó)網(wǎng)公司對(duì)與客戶關(guān)聯(lián)性最高的智能電表功能提出更高要求，HPLC通信模塊應(yīng)運(yùn)而生，該類型模塊比電力線窄帶模塊在通信速率與穩(wěn)定性方面可提升7-10倍，可在智能電表停上電實(shí)時(shí)上報(bào)、低壓客戶電壓電流監(jiān)測(cè)、臺(tái)區(qū)拓?fù)湫畔ⅰ⑴_(tái)區(qū)相位識(shí)別、臺(tái)區(qū)識(shí)別、通信模塊ID管理方面發(fā)揮重大作用，支撐深化智能電表非計(jì)量功能在配網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測(cè)、故障研判指揮、運(yùn)維管控管理等方面發(fā)揮重要作用[1]。充分挖掘智能電表數(shù)據(jù)資產(chǎn)價(jià)值，進(jìn)一步解決供電服務(wù)“最后一公里”問題，全面提升客戶服務(wù)響應(yīng)速度和配網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理水平。

1 智能電表現(xiàn)狀

1.1 智能電表建設(shè)現(xiàn)狀

截止2018年8月，國(guó)網(wǎng)公司累計(jì)安裝智能電能表4.45億只，累計(jì)采集接入4.44億戶，采集覆蓋率99.5%，公司利用采集系統(tǒng)開展遠(yuǎn)程費(fèi)控功能應(yīng)用。8月執(zhí)行遠(yuǎn)程跳閘操作377.4萬次，遠(yuǎn)程合閘操作433.3萬次；推送停電事件數(shù)據(jù)121.4萬條、電壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)23.3億條。全年累計(jì)發(fā)現(xiàn)故障48.3萬次，發(fā)現(xiàn)竊電5.5萬次，挽回經(jīng)濟(jì)損失3.40億元。在運(yùn)臺(tái)區(qū)408.18萬個(gè)，其中374.9萬個(gè)臺(tái)區(qū)在同期線損系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，占比達(dá)到91.87%，營(yíng)銷口徑臺(tái)區(qū)同期線損率4.22%，線損合格臺(tái)區(qū)占比達(dá)到89.38%。

1.2 智能電表在智能電網(wǎng)的作用

智能電表已不是傳統(tǒng)意義上的電能表，不僅可測(cè)量和存儲(chǔ)雙向和分時(shí)段電能計(jì)量電能信息，而且可測(cè)量雙向和分時(shí)段最大需量，可根據(jù)需要選擇記錄六組數(shù)據(jù)，分別為電壓、電流、頻率，有功功率、無功功率，有功總電能、無功總電能，功率因數(shù)，當(dāng)前需量以及四象限無功總電能?？杀O(jiān)測(cè)電能質(zhì)量和供電狀況，記錄客戶電表失壓、欠壓、過壓、斷相、全失壓、電壓逆相序、電流逆相序、電壓不平衡、電流不平衡、失流、過流、斷流、潮流反向、過載、掉電、需量超限、總功率因數(shù)超限等事件，為解決用電糾紛和客戶投訴事件提供依據(jù)[2]。

智能電表的建設(shè)實(shí)現(xiàn)了營(yíng)業(yè)管理從抄表、核算發(fā)行數(shù)據(jù)的全封閉管理，做到現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)與微機(jī)數(shù)據(jù)百分之百的一致，營(yíng)業(yè)管理達(dá)到無管理?yè)p失的新高度，細(xì)化了營(yíng)業(yè)管理。實(shí)現(xiàn)對(duì)客戶檔案、用電動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理分析、客戶用電自動(dòng)查詢服務(wù)、結(jié)算數(shù)據(jù)自動(dòng)引入計(jì)費(fèi)系統(tǒng)、負(fù)荷端欠費(fèi)斷電、預(yù)收電費(fèi)用電控制等管理，從而提升電力企業(yè)的服務(wù)品質(zhì)，提升用電管理部門社會(huì)形象。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享，對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)供、售電量同步計(jì)算，提高了統(tǒng)計(jì)線損的準(zhǔn)確性，提升線損管理水平，有效降低供電損失。為發(fā)現(xiàn)竊電行為提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，減少了竊電損失。對(duì)變壓器三相負(fù)荷做平衡分析。積極推進(jìn)營(yíng)銷現(xiàn)代化建設(shè)，提高抄核收作業(yè)及管理手段，逐步取消傳統(tǒng)的手工作業(yè)方式，不斷提高抄核收工作的自動(dòng)化管理水平，大大降低企業(yè)經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，促進(jìn)公司向智能化方向發(fā)展，加快管理現(xiàn)代化的進(jìn)程。

1.3 智能電表應(yīng)用瓶頸

目前國(guó)網(wǎng)公司轄區(qū)內(nèi)的智能電表數(shù)據(jù)貫通至數(shù)據(jù)系統(tǒng)集成方式如圖1所示：

圖1 智能電表數(shù)據(jù)貫通圖

如圖1所示：智能電表數(shù)據(jù)先由終端設(shè)備通過低壓電力線窄帶載波通信方式采集，后通過終端設(shè)備通過通信信道層（移動(dòng)、電信、聯(lián)通運(yùn)營(yíng)商等）上送數(shù)據(jù)至系統(tǒng)，終端與智能電表是通過電力線窄帶載波的模式進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，該種模式的傳輸效率慢，覆蓋距離短，傳輸過程容易發(fā)生丟包的問題，窄帶載波信道易受到干擾，通信成功率較低，故目前終端設(shè)備主要采集低壓客戶的智能電表的有功總電能、無功總電能等數(shù)據(jù)，無法深入開展智能電表全量數(shù)據(jù)采集工作，無法準(zhǔn)確計(jì)量客戶用電情況，故無法有效提升停電范圍精準(zhǔn)管理與主動(dòng)服務(wù)水平[3]。

2 智能電表深化應(yīng)用

2.1 智能電表深化應(yīng)用需求

國(guó)網(wǎng)公司為貫徹國(guó)務(wù)院《計(jì)量發(fā)展規(guī)劃（2013-2020年》和公司“十三五”發(fā)展規(guī)劃，落實(shí)2018年公司“兩會(huì)”精神及營(yíng)銷工作總體部署，深入推進(jìn)智能計(jì)量體系建設(shè)，以智能電表為主線，深化計(jì)量資產(chǎn)精益管理，挖掘智能電能表數(shù)據(jù)價(jià)值，以技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型發(fā)展，提升智能計(jì)量體系運(yùn)行質(zhì)效，全力支撐以客戶為中心的供電服務(wù)、體系建設(shè)，充分發(fā)揮智能電表資產(chǎn)效益，降低電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)成本，全面支撐配網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理和供電服務(wù)水平提升。結(jié)合公司供電服務(wù)指揮平臺(tái)、“全能型”班組建設(shè)有關(guān)工作，按照智能電表提供基礎(chǔ)信息、業(yè)務(wù)系統(tǒng)開展深化應(yīng)用的原則，促進(jìn)營(yíng)配貫通，深化智能電表非計(jì)量功能在配網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測(cè)、故障研判指揮、運(yùn)維管控管理等方面的應(yīng)用，充分挖掘智能電表數(shù)據(jù)資產(chǎn)價(jià)值，進(jìn)一步解決供電服務(wù)“最后一公里”問題，全面提升客戶服務(wù)響應(yīng)速度和配網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理水平。

2.2 智能電表深化應(yīng)用方案

基于低壓電力線高速載波通信技術(shù)（HPLC）的戶表停上電實(shí)時(shí)上報(bào)、電壓電流監(jiān)測(cè)、臺(tái)區(qū)拓?fù)湫畔?、相位識(shí)別、臺(tái)區(qū)識(shí)別、通信模塊ID管理等技術(shù)，為深化智能電表應(yīng)用提供了基礎(chǔ)支撐，有效助力供電部門在不改動(dòng)電能表的前提下挖掘采集系統(tǒng)的潛力，提高計(jì)量和采集業(yè)務(wù)的精益化管理水平、提升客戶優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平、提高數(shù)據(jù)資產(chǎn)利用價(jià)值。

2.2.1 低壓客戶表計(jì)停上電實(shí)時(shí)上報(bào)功能

基于HPLC通信的高速通信機(jī)制，在電能表斷電后，通過智能電能表載波模塊在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)上報(bào)停電故障信息。智能電能表載波模塊需配備超級(jí)電容，當(dāng)停電發(fā)生時(shí)，通信模塊在待機(jī)狀態(tài)下，后備電源能夠維持供電時(shí)長(zhǎng)不小于30~60 s。通過HPLC通信載波模塊在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)上報(bào)停電故障信息，逐步實(shí)現(xiàn)低壓客戶的停電事件主動(dòng)上報(bào)功能應(yīng)用。低壓客戶表計(jì)停上電實(shí)時(shí)上報(bào)具體流程如圖2所示。

圖2 低壓客戶表計(jì)停上電實(shí)時(shí)上報(bào)流程

2.2.2 低壓客戶電壓電流高頻采集與監(jiān)測(cè)

利用低壓電力線高速載波（HPLC）通信技術(shù)的頻帶寬、速率快的優(yōu)點(diǎn)，通過其并發(fā)抄讀機(jī)制可實(shí)現(xiàn)電壓、電流、電量的15 min凍結(jié)數(shù)據(jù)采集，或者電壓、電流、電量15 min實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集[4]。15 min凍結(jié)數(shù)據(jù)取電表的電壓、電流、電量負(fù)荷曲線（負(fù)荷記錄）。

低壓客戶電壓電流高頻采集與監(jiān)測(cè)支撐配網(wǎng)低電壓、配變重過載和三相不平衡監(jiān)測(cè)等工作，精準(zhǔn)治理低電壓客戶、重過載配變臺(tái)區(qū)、三相負(fù)荷不平衡配變臺(tái)區(qū)。為充分發(fā)揮智能電能表數(shù)據(jù)資產(chǎn)效用，進(jìn)一步支撐配電網(wǎng)運(yùn)維管理水平的提升工作?？焖倬珳?zhǔn)定位存在“違約用電、竊電”嫌疑客戶。同時(shí)，建立健全閉環(huán)管理機(jī)制，梳理核心業(yè)務(wù)流程，規(guī)范診斷方案、預(yù)警與響應(yīng)機(jī)制、工單下發(fā)流轉(zhuǎn)、現(xiàn)場(chǎng)勘察、審核處理、歸檔上報(bào)等環(huán)節(jié)，做到定位精準(zhǔn)、響應(yīng)及時(shí)、歸檔有效的閉環(huán)管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)“以防為主，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，快速處理，防治結(jié)合”，全面提升公司綜合防竊電能力。

2.2.3 臺(tái)區(qū)戶變關(guān)系智能識(shí)別功能

利用載波臺(tái)區(qū)的“集中器—智能電表”關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)配變和客戶電表關(guān)系檔案、相位的自動(dòng)智能識(shí)別，能夠支撐客戶地理位置定位精準(zhǔn)報(bào)修、供電質(zhì)量研判、三相負(fù)荷不平衡分析等業(yè)務(wù)。利用集中器載波搜表功能與客戶電壓變化特征相似性分析，智能識(shí)別、矯正戶變關(guān)系。通過集中器自動(dòng)搜表功能，通過通信鏈路識(shí)別戶變關(guān)系；其它通信組網(wǎng)臺(tái)區(qū)，可通過戶表電壓變化特征與臺(tái)區(qū)總表電壓變化特征比對(duì)，通過電壓特征相識(shí)性進(jìn)行戶變關(guān)系識(shí)別，改造主站前置服務(wù)器、完善主站配套功能，采集主站智能確認(rèn)戶變關(guān)系并與營(yíng)銷檔案比對(duì)，將不一致戶變關(guān)系反饋給營(yíng)銷。

基于HPLC的通信模塊在正常組網(wǎng)、抄表過程中，集中地本地模塊可獲取智能電能表載波模塊的入網(wǎng)信息，集中器通過查詢本地模塊獲取智能電能表載波模塊（電能表）的邏輯拓?fù)湫畔?。主站進(jìn)行協(xié)議擴(kuò)展，使終端能夠獲取臺(tái)區(qū)拓?fù)?，主站擴(kuò)展具備臺(tái)區(qū)拓?fù)湔故镜墓δ?。HPLC通信模塊，基于分類大數(shù)據(jù)分析，利用不同臺(tái)區(qū)、不同的負(fù)荷導(dǎo)致交流電相位偏移、電壓波動(dòng)存在差異的特點(diǎn)，同步獲取交流電過零相位偏移量、電壓波動(dòng)量等數(shù)據(jù)，加以分析，可準(zhǔn)確判斷采集器的供電臺(tái)區(qū)，給出準(zhǔn)確可靠的臺(tái)區(qū)歸屬，有效輔助供電企業(yè)對(duì)計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)檔案的管理，為線損治理、臺(tái)區(qū)負(fù)載均衡提供準(zhǔn)確的依據(jù)。

2.2.4 臺(tái)區(qū)客戶相位識(shí)別功能

采集主站通過技術(shù)手段，自動(dòng)識(shí)別低壓客戶在臺(tái)區(qū)所屬供電相位，為異常定位、三相不平衡治理等業(yè)務(wù)應(yīng)用提供支撐。通過集中器根據(jù)通信鏈路確定戶表所接相位，改造主站前置服務(wù)器、完善主站配套功能；其它組網(wǎng)方式通過戶表電壓與臺(tái)區(qū)表分相電壓變化特征相識(shí)性確定戶表所接相位。HPLC通信模塊配備過零檢測(cè)電路，在正常入網(wǎng)、抄表過程中可實(shí)現(xiàn)電能表（采集器）相位的智能識(shí)別，且可以識(shí)別單相電能表的L/N接反、三相電能表的逆相序。

通過集中器載波模塊獲取相關(guān)信息，主站進(jìn)行相關(guān)信息的召測(cè)。通過對(duì)相位的準(zhǔn)確識(shí)別，可統(tǒng)計(jì)每條線路上的電表數(shù)量，分別對(duì)各線路上的供電量、用電量、損耗電量進(jìn)行計(jì)算統(tǒng)計(jì)，為分相線損治理、供電線路優(yōu)化等工作提供準(zhǔn)確的依據(jù)。

2.2.5 臺(tái)區(qū)拓?fù)渲悄茏R(shí)別功能

對(duì)于用電信息采集系統(tǒng)，HPLC通信網(wǎng)絡(luò)一般會(huì)形成以CCO為中心、以PCO（智能電表/I型采集器通信單元、寬帶載波II型采集器）為中繼代理，連接所有STA（智能電表/I型采集器通信單元、寬帶載波II型采集器）多級(jí)關(guān)聯(lián)的樹形網(wǎng)絡(luò)。HPLC通信模塊在正常組網(wǎng)、抄表過程中，集中地本地模塊可獲取智能電能表載波模塊的入網(wǎng)信息，集中器通過查詢本地模塊獲取智能電能表載波模塊（電能表）的邏輯拓?fù)湫畔?，進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)采集質(zhì)量，提升臺(tái)區(qū)檔案數(shù)據(jù)管理水平，深化采集系統(tǒng)應(yīng)用水平，降低管理和運(yùn)維成本。智能識(shí)別后的臺(tái)區(qū)樹形拓?fù)鋱D如圖3所示。

圖3 智能識(shí)別后的臺(tái)區(qū)樹形拓?fù)鋱D

2.2.6 臺(tái)區(qū)HPLC通信模塊ID管理

目前通信模塊并未納入全壽命周期管理，而是作為電能表或采集終端的一部分進(jìn)行管理。但是實(shí)際情況中計(jì)量通信模塊的庫(kù)存和運(yùn)行情況長(zhǎng)期得不到跟蹤，資源閑置或浪費(fèi)的情況比較嚴(yán)重。為實(shí)現(xiàn)計(jì)量通信模塊全壽命周期管理，實(shí)現(xiàn)從需求申報(bào)到資產(chǎn)報(bào)廢的全過程管控，基于通信模塊ID的全壽命周期管理應(yīng)運(yùn)而生。

集中器定期讀取HPLC通信模塊的芯片ID，并存儲(chǔ)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)通信模塊ID變更后上報(bào)告警，新裝模塊ID變更不上報(bào)。

主站與集中器交互流程如圖4所示：

1）主站配置集中器的HPLC通信模塊ID讀取任務(wù)配置；

2）主站按照配置定時(shí)（每周或每月）實(shí)時(shí)獲取集中器下HPLC通信模塊的模塊ID信息，并與HPLC模塊資產(chǎn)信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)；

3）集中器根據(jù)主站的配置，定時(shí)獲取集中器下HPLC通信模塊ID，若發(fā)現(xiàn)通信模塊變更則上報(bào)變更事件；

4）主站根據(jù)上報(bào)的變更事件執(zhí)行對(duì)應(yīng)的處理，包括記錄該變更事件，并核查是否屬于正常變更及執(zhí)行對(duì)應(yīng)操作。

圖4 主站與集中器通信模塊ID交互流程

集中器與HPLC通信模塊的交互流程如圖5所示：

圖5 主站與集中器通信模塊ID交互流程

1）集中器根據(jù)主站配置的通信模塊ID讀取任務(wù)配置參數(shù)，定時(shí)讀取模塊ID信息；

2）集中器將獲取到的信息與上次獲取結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，若存在變化則上報(bào)模塊ID變更事件。

3 應(yīng)用效果

基于HPLC通信模塊的智能電表深化應(yīng)用的開展，為國(guó)網(wǎng)公司營(yíng)銷部門的自動(dòng)化抄表、反竊電、計(jì)量異常管理、用電異常管理、費(fèi)控工作帶來強(qiáng)大支撐功能，全國(guó)網(wǎng)自動(dòng)化抄表率為99.3%，減少3.4萬抄表人員，由前期的日線損統(tǒng)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)時(shí)線損（小時(shí)線損）統(tǒng)計(jì)，整體臺(tái)區(qū)線損由14.6%減少為4.22%，費(fèi)控分合閘成功率均在90%以上，有效支撐電費(fèi)回收工作，支撐查獲竊電及違約用電案件8.17萬起，追補(bǔ)電量1.74億千瓦時(shí)，追繳電費(fèi)和違約使用電費(fèi)共計(jì)4.13億元；支撐運(yùn)檢部門開展了配網(wǎng)低電壓、配變重過載和三相不平衡監(jiān)測(cè)等工作，精準(zhǔn)治理低電壓客戶999.2萬戶、重過載配變臺(tái)區(qū)20.2萬個(gè)、三相負(fù)荷不平衡配變臺(tái)區(qū)79.8萬個(gè)，取得了良好的效果。

基于HPLC通信模塊的智能電表深化應(yīng)用工作為配網(wǎng)規(guī)劃提供用電信息的準(zhǔn)確、全面的數(shù)據(jù)支撐，提供規(guī)劃區(qū)域內(nèi)相關(guān)數(shù)據(jù)，為電網(wǎng)改造方案中的電壓等級(jí)選擇、站點(diǎn)選擇、供電半徑、線路長(zhǎng)度的確定提供科學(xué)依據(jù)，為其進(jìn)一步優(yōu)化配置資源，提高電網(wǎng)輸送能力，為電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。使生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理的可控、能控、在控，具備較完備的可操作性，有利于供電、輸電、配電、用電、售電縱向協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)，形成合力，大大降低企業(yè)經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，促進(jìn)公司向信息化方向發(fā)展，加快管理現(xiàn)代化的進(jìn)程。

基于HPLC通信模塊的智能電表深化應(yīng)用實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵核心基礎(chǔ)業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)在線考核，減少基層供電所營(yíng)銷基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理薄弱、部分臺(tái)區(qū)和客戶營(yíng)業(yè)信息不準(zhǔn)等傳統(tǒng)管理死角，實(shí)現(xiàn)上下及時(shí)互通互動(dòng)、管控精益到位、執(zhí)行操作橫向協(xié)調(diào)協(xié)作有力，提高執(zhí)行力，以科技進(jìn)步促進(jìn)管理手段創(chuàng)新，推動(dòng)公司營(yíng)銷管理變革。實(shí)現(xiàn)電能表信息的采集無人工參與，減少人為主觀或客觀因素造成差錯(cuò)，通過技術(shù)手段確保實(shí)抄率可達(dá)100%。

4 結(jié)語(yǔ)

開展基于HPLC通信模塊的智能電表深化應(yīng)用，提高智能電表的支撐作用，為供電可靠性、配網(wǎng)搶修平臺(tái)等相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供及時(shí)準(zhǔn)確的信息數(shù)據(jù)，提高對(duì)客戶的響應(yīng)速度，減少客戶的投訴，提高服務(wù)能力，進(jìn)一步提升整體供電服務(wù)水平，積極履行社會(huì)責(zé)任，樹立國(guó)家電網(wǎng)公司優(yōu)質(zhì)服務(wù)品牌；為供電故障判斷提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，有利于提高故障搶修及時(shí)性，構(gòu)建和諧的供用電關(guān)系，方便客戶，提升公司形象，提升客戶滿意度。