基于HPLC技術(shù)的智能空氣開關(guān)研制及應(yīng)用

沈嘉平 劉惺惺 馬青 呂一凡

摘要：HPLC是高速電力線載波，也稱為寬帶電力線載波，是在低壓電力線上進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶拵щ娏€載波技術(shù)。基于傳統(tǒng)民用開關(guān)無法與電網(wǎng)公司進行交互的情況，根據(jù)電力載波系統(tǒng)全網(wǎng)覆蓋的現(xiàn)狀，利用電力線寬帶載波通訊技術(shù)，將通訊模塊、ESAM加密模塊和計量模塊進行整合，通過串接繼電器進行分合控制，設(shè)計出基于HPLC的智能空開，與傳統(tǒng)民用開關(guān)相比，無需依靠藍牙、WIFI等通訊方式，僅依靠電力線即可有效實現(xiàn)精準用電負荷的數(shù)據(jù)監(jiān)測分析和分鐘級控制。

關(guān)鍵詞：智能空開;HPLC;精準負荷;分鐘級控制

1電網(wǎng)公司與低壓用戶交互背景概述

隨著全社會用電負荷峰值不斷突破記錄，電網(wǎng)調(diào)峰壓力日趨增長，亟待開拓更廣泛的負荷調(diào)控手段，目前通過開展以高壓用戶為主體的需求側(cè)響應(yīng)達到了一定的成效，但低壓需求響應(yīng)由于無法實現(xiàn)精準負荷遠距離自動控制，響應(yīng)時段內(nèi)不能做出及時有效的響應(yīng)，一直以來無法大規(guī)模落實。而低壓用戶負荷曲線與電網(wǎng)負荷曲線高度匹配，峰值負荷時段相重合，其時間特性、可中斷特性符合新型電力系統(tǒng)建設(shè)需求。單相費控電能表雖然具備響應(yīng)控制能力，但其控制功能僅支持整戶通斷，不滿足優(yōu)質(zhì)服務(wù)的理念，亟需尋找一種精準實時的負荷管理方式。

2 HPLC寬帶載波技術(shù)簡介

寬帶電力線載波通信網(wǎng)絡(luò)是以電力線作為通信媒介，實現(xiàn)低壓電力用戶用電信息匯聚、傳輸、交互的通信網(wǎng)絡(luò)。寬帶電力線載波主要采用了正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)，頻段使用2MHz-12MHz。與傳統(tǒng)的低速窄帶電力線載波技術(shù)而言，HPLC技術(shù)具有帶寬大、傳輸速率高，可以滿足低壓電力線載波通信更高需求。

根據(jù)國家電網(wǎng)方面的消息，Q/GDW 11612-2016《低壓電力線寬帶載波通信互聯(lián)互通技術(shù)規(guī)范》是國際首個面向電力業(yè)務(wù)應(yīng)用的寬帶載波通信標準。該標準起草工作組于2014年正式成立，由中國電科院（國網(wǎng)計量中心）牽頭，國網(wǎng)北京、天津、冀北、江蘇、浙江等共同參與，并邀請海思、鼎信等社會企業(yè)共同討論驗證，歷經(jīng)多次工作組會議、標準修訂、實驗室方案驗證和現(xiàn)場測試后最終確定標準終稿，由國家電網(wǎng)公司于2017年6月16日正式發(fā)布并實施。

3基于HPLC技術(shù)的智能空氣開關(guān)

3.1 理論依據(jù)

將寬帶載波與磁保持繼電器結(jié)合應(yīng)用，產(chǎn)品的核心技術(shù)是利用寬帶 OFDM 的載波調(diào)制方式進行數(shù)據(jù)傳輸，由于其具有抗噪聲能力強、傳輸速度快的優(yōu)點，加上其工作頻段所處的電力線環(huán)境干擾小、負載輕，所以它能更快更穩(wěn)定的進行通信。該模塊目前主要用于自動抄表領(lǐng)域，配合單相智能電表實現(xiàn)用戶端的數(shù)據(jù)傳輸。

3.2 技術(shù)方案及原理

HPLC智能空氣開關(guān)基于HPLC通訊技術(shù)，通過電力線寬帶載波通道接收跳合閘指令實現(xiàn)對末端電路的智能精準跳合閘管理，通過計量芯片實時采集用戶用電負荷數(shù)據(jù)，掌握用戶的用電情況，結(jié)合HPLC寬帶載波和磁保持繼電器兩個常用功能模塊，通過ESAM安全加密模塊與上行管理設(shè)備交互實現(xiàn)對終端用戶的負荷控制管理。

該智能空開上行支持 HPLC通訊，通過HPLC通道接收跳合閘指令實現(xiàn)對末端電力線進行跳合閘管理;設(shè)備支持國網(wǎng)硬件數(shù)據(jù)加密處理，確保數(shù)據(jù)信息的安全性;具備短路過載保護能力;可以實現(xiàn)末端電路的智能精準管理及應(yīng)用。

HPLC智能空氣開關(guān)首次將電力線寬帶載波通訊技術(shù)用于智能空開的通訊控制使用，與傳統(tǒng)家用空開相比，傳輸距離遠，傳輸速率穩(wěn)定可靠，無需附加任何通訊線路，通過臺區(qū)現(xiàn)有電力線即可實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，臺區(qū)集中器自動搜索智能空開物理地址，實現(xiàn)即裝即用;首次將ESAM安全加密模塊用于智能空開的數(shù)據(jù)安全保護使用，將國網(wǎng)硬件數(shù)據(jù)加密處理技術(shù)用于智能斷路器的數(shù)據(jù)安全保護，通過網(wǎng)上國網(wǎng)App及營銷采集系統(tǒng)傳輸加密數(shù)據(jù)，高效安全地保障用戶實現(xiàn)一鍵式參與低壓需求側(cè)響應(yīng)。

3.3 智能空開的應(yīng)用

本產(chǎn)品與市面?zhèn)鹘y(tǒng)家用空開規(guī)格精準適配，易于改裝，成本造價低，通過拉合閘可靠性試驗，可靠性高，產(chǎn)品使用壽命久，同時可以通過響應(yīng)補貼實現(xiàn)低壓用戶的閑置負荷補貼變現(xiàn)，銷售渠道豐富，在國網(wǎng)體系內(nèi)，可以迅速推廣普及，完全具備市面流通潛力。

通過建立以智能空開為基礎(chǔ)，以需求響應(yīng)系統(tǒng)為平臺，以網(wǎng)上國網(wǎng)App為渠道，以精準負荷為對象的一整套系統(tǒng)，嵌入“響應(yīng)數(shù)據(jù)池”和“彈性指數(shù)”等數(shù)據(jù)分析應(yīng)用模塊，將參與響應(yīng)的負荷納入數(shù)據(jù)池，可監(jiān)測接入系統(tǒng)的所有靈活可調(diào)負荷變化情況，以便于隨時投入響應(yīng)，并通過“彈性指數(shù)”直觀反應(yīng)響應(yīng)負荷削峰水平。

可以實現(xiàn)對末端電路的智能精準管理及應(yīng)用，實現(xiàn)自動響應(yīng)，解決了低壓用戶需求側(cè)響應(yīng)過程中邀約后無法遠程遙控的問題，并具備個性化服務(wù)功能，用戶可根據(jù)自身需求，自由選擇需求響應(yīng)負荷，同時具備遠程停送電控制和本地機械拉合閘雙重功能，用戶可根據(jù)實際用電需求情況，自由選擇響應(yīng)時間。

4 HPLC智能空開應(yīng)用成效

智能空開推出市場后，短期來講，通過產(chǎn)品應(yīng)用，用戶實現(xiàn)閑置負荷的智能化精準管理，電力企業(yè)實現(xiàn)削峰填谷，節(jié)能減排，提升社會綜合能效。

中期將促進完善電網(wǎng)邀約式需求響應(yīng)管理，通過產(chǎn)品應(yīng)用，可喚醒全社會“沉睡的資源”，釋放靈活的可調(diào)節(jié)用電負荷，電力企業(yè)將實現(xiàn)減少輸配電基建投入成本，支撐區(qū)域電網(wǎng)由能源精細開發(fā)向精細使用轉(zhuǎn)變，由剛性投資向提升電網(wǎng)輔助服務(wù)水平、滿足電量增長的柔性投資轉(zhuǎn)變，同時，低壓用戶閑置負荷參與響應(yīng)實現(xiàn)節(jié)能減排，實現(xiàn)電力企業(yè)與低壓用戶的效益雙贏。

通過產(chǎn)品的應(yīng)用后期將形成大量有效的需求側(cè)電力數(shù)據(jù)，能夠作為電網(wǎng)公司的電力數(shù)字資產(chǎn)，豐富數(shù)據(jù)庫，為未來的電力交易與綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)發(fā)展提供重要支撐。

5 結(jié)語

本裝置是緩解電網(wǎng)調(diào)峰壓力，支撐以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)建設(shè)的創(chuàng)新應(yīng)用，是暢通低壓用戶需求側(cè)響應(yīng)通道，實現(xiàn)精準實時的負荷識別與控制的重要樞紐，產(chǎn)品客戶定位為參與需求側(cè)響應(yīng)的所有低壓用戶，通過與電力用戶達成需求響應(yīng)共識，利用先進的通訊和智能技術(shù)，調(diào)動低壓用戶的閑置負荷，降低需求側(cè)尖峰負荷，增強電網(wǎng)度峰能力，可大大緩解用電高峰時期負荷壓力，達到削峰填谷，節(jié)能減排，提升設(shè)備利用率，減少輸配電基建投入的效果，為全方位向能源互聯(lián)網(wǎng)演進，貢獻巨大產(chǎn)品價值，對推動新型電力系統(tǒng)的建設(shè)具有極為重要的現(xiàn)實意義。

參考文獻：

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