高速電力線載波技術(shù)在電力集抄業(yè)務(wù)中的研究及應(yīng)用

安鵬宇

摘要：近年來(lái)，隨著國(guó)家宏觀政策的調(diào)控，電網(wǎng)企業(yè)電費(fèi)價(jià)格逐年降低，讓利于民，讓利于小微企業(yè)和民生客戶，電網(wǎng)企業(yè)效益受到較大沖擊。在過(guò)去的10年中，基于低壓電力載波技術(shù)開(kāi)發(fā)的抄表系統(tǒng)產(chǎn)品已經(jīng)過(guò)測(cè)試和試點(diǎn)應(yīng)用，但是由于電網(wǎng)噪聲和負(fù)載阻抗的巨大變化，電力線載波已成為通信的瓶頸。電力線載波技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用具有廣闊的市場(chǎng)前景，電力線載波通信（PLC）分為窄帶低速PLC、窄帶高速PLC和寬帶高速PLC，PLC是低壓集中閱讀系統(tǒng)中的下行通信。利用發(fā)達(dá)的低壓電網(wǎng)作為數(shù)據(jù)傳輸通道，實(shí)現(xiàn)了用戶各種電表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)與集中點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信和信息交換，具有經(jīng)濟(jì)、方便等優(yōu)勢(shì)。20世紀(jì)70年代和80年代之后，外國(guó)學(xué)者開(kāi)始研究集中式抄表技術(shù)。以色列、加拿大、英國(guó)、意大利和西班牙等國(guó)家已經(jīng)相繼推出了針對(duì)特定國(guó)家的集中式抄表設(shè)備終端。

關(guān)鍵詞：高速電力線載波技術(shù);電力集抄業(yè)務(wù);研究;應(yīng)用

引言

當(dāng)前，智能電網(wǎng)逐漸成為降低運(yùn)營(yíng)成本、改善通信質(zhì)量的重要途徑，電力載波通信利用現(xiàn)有電力線作為通信線路，無(wú)需設(shè)計(jì)專用線纜，降低人力、物力成本，是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)。計(jì)算機(jī)技術(shù)快速提升與應(yīng)用普及，使不同領(lǐng)域通信信息呈規(guī)模上漲。為方便電力載波通信信息交換與資源共享，必須構(gòu)建一套完整、合理的分類編碼體系，通過(guò)對(duì)不同類別信息描述、定義、分類與編碼，聚集存在共同特征的信息，發(fā)揮通信系統(tǒng)最大綜合效益。信息分類編碼必須準(zhǔn)確化、系統(tǒng)化，合理編碼關(guān)系是提高信息管理系統(tǒng)生命力的關(guān)鍵因素。大多數(shù)分類方法不能對(duì)信息種類進(jìn)行精確劃分，使電力載波通信陷入瓶頸。

1電力載波通信信道模型構(gòu)建

電力線通信實(shí)現(xiàn)流程為：載波機(jī)在傳輸信息前，將電信號(hào)調(diào)制到固定頻率載波上，對(duì)信號(hào)做放大處理，并耦合在電力線上發(fā)送;接收端載波機(jī)通過(guò)耦合設(shè)施獲取有用信號(hào)，剔除干擾、噪聲等影響因素，并調(diào)制成待處理的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)信息交流與傳輸。傳輸線模型廣泛用于不同類型電力載波通信中，根據(jù)電力線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠分析、計(jì)算信道傳輸函數(shù)。

2高速電力線載波技術(shù)在電力集抄業(yè)務(wù)中的應(yīng)用

2.1現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維功能

智能終端的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維功能包括通用抄表、HPLC通信單元維護(hù)、采集器維護(hù)和在線升級(jí)HPLC通信單元。a.通用抄表功能，包括載波抄表、紅外抄表和中繼抄表，支持DL/T645-2007《多功能電能表通信協(xié)議》、DL/T698.45-2017《電能信息采集與管理系統(tǒng)第4-5部分：通信協(xié)議-面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)交換協(xié)議》。b.HPLC通信單元維護(hù)功能，主要以HPLC通信單元為操作對(duì)象，關(guān)鍵是讀取HPLC通信單元的軟件版本信息。c.采集器維護(hù)功能，對(duì)采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取、設(shè)置和初始化的操作。D.在線升級(jí)HPLC通信單元功能，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的HPLC通信單元進(jìn)行軟件升級(jí)，支持指定單個(gè)或多個(gè)STA升級(jí)以及全網(wǎng)升級(jí)2種模式。

2.2信息分類與特征屬性貢獻(xiàn)度計(jì)算

為提高系統(tǒng)分類編碼精度與速度，結(jié)合樸素貝葉斯理論對(duì)屬性類別之間相似性進(jìn)行表示，對(duì)特征屬性做加權(quán)處理，實(shí)現(xiàn)信息分類。信息分類是結(jié)合信息內(nèi)容特征，將信息按照固定方式進(jìn)行劃分與歸類，構(gòu)建分類體系與排列順序。此過(guò)程中有兩點(diǎn)要素分別為分類對(duì)象與分類依據(jù)。分類對(duì)象代表任意一個(gè)分類實(shí)體;分類依據(jù)則與分類對(duì)象特征有關(guān)。無(wú)論哪種信息，都具有多樣性特征，這些特征有本質(zhì)與非本質(zhì)區(qū)別，分類時(shí)需要將相對(duì)穩(wěn)定的特性作為根據(jù)。對(duì)于存在交叉或雙重特征的信息進(jìn)行分類時(shí)，不但需要遵循科學(xué)性、系統(tǒng)性等準(zhǔn)則外，還應(yīng)該滿足交叉性原則。否則不能全面、準(zhǔn)確地體現(xiàn)信息本質(zhì)特性。

2.3知識(shí)圖譜的應(yīng)用

知識(shí)圖譜技術(shù)可以應(yīng)用于計(jì)劃上報(bào)階段中。第一，結(jié)合業(yè)務(wù)相關(guān)規(guī)則及要求，能夠?qū)€路設(shè)備、上報(bào)的計(jì)劃內(nèi)容進(jìn)行識(shí)別分析、預(yù)警提醒。如基于電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的知識(shí)圖譜，根據(jù)線路及設(shè)備的相關(guān)參數(shù)，形成關(guān)系清晰、格式統(tǒng)一的關(guān)聯(lián)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。基于編排規(guī)則及要求，自動(dòng)分析出計(jì)劃中可以捏合的計(jì)劃或互斥約束。第二，以知識(shí)圖譜及臺(tái)賬等信息為依據(jù)，分析識(shí)別停電范圍里的桿塔與其他線路是否存在同桿架設(shè)、導(dǎo)線段與其他線路交叉跨越的情況。第三，接入如國(guó)家以及各級(jí)政府的新聞數(shù)據(jù)庫(kù)、氣候信息數(shù)據(jù)等外部數(shù)據(jù)庫(kù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，借助知識(shí)圖譜的統(tǒng)計(jì)、推理技術(shù)，

適時(shí)將相關(guān)信息推薦給計(jì)劃制定的相關(guān)人員。在計(jì)劃執(zhí)行階段，知識(shí)圖譜技術(shù)可應(yīng)用在信息查詢功能方面，基于電網(wǎng)拓?fù)涞挠?jì)劃信息識(shí)別提醒、針對(duì)不同業(yè)務(wù)類別人員的外部數(shù)據(jù)庫(kù)信息以及負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的定期智能推送，為計(jì)劃制定提供依據(jù)及輔助，逐步改變?nèi)藛T制定計(jì)劃工作模式，使計(jì)劃執(zhí)行更為高效、高質(zhì)量，計(jì)劃執(zhí)行質(zhì)量得到進(jìn)一步的保障。

2.4硬件設(shè)計(jì)的抗干擾措施

在集中抄表系統(tǒng)中，電源是連接系統(tǒng)和電源線的直接通道，信號(hào)傳輸通道以及對(duì)系統(tǒng)的各種干擾的入口。因此，電源的安全性和可靠性在系統(tǒng)正確可靠的運(yùn)行中起著重要作用。市電具有許多高頻干擾源，這些高頻組件可以通過(guò)電源輕松進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)本身的傳輸頻率也反饋給單片機(jī)，系統(tǒng)通過(guò)電源感應(yīng)引起干擾。在電源電路中添加濾波電路以抑制各種高頻信號(hào)，并選擇具有雙層屏蔽的電源變壓器，這有助于抑制高頻干擾。對(duì)于快速瞬態(tài)脈沖群干擾、靜電干擾和輻射電磁場(chǎng)干擾，可使用干擾源產(chǎn)生的電磁干擾（濾波，屏蔽和接地）來(lái)抑制電磁干擾。無(wú)線電波阻擋可防止干擾源和內(nèi)部電磁波污染外部路徑，內(nèi)部電磁波會(huì)降低對(duì)干擾的敏感性，瞬態(tài)電壓抑制器用于在電壓超過(guò)預(yù)定值時(shí)轉(zhuǎn)換能量，濾波器用于抑制傳導(dǎo)。

2.5動(dòng)態(tài)監(jiān)控電量數(shù)據(jù)

集抄系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)的對(duì)電量信息進(jìn)行監(jiān)督和管控，在排除外界各種因素干擾下，查找并解決電力傳輸過(guò)程中的諸多問(wèn)題，例如，可以有效檢測(cè)電力線路中的功率超額消耗、線路超負(fù)載運(yùn)行情況，幫助管理人員制定安全有效的供電優(yōu)化管理方案，解決線損管理中的突發(fā)情況。

2.6抄控器模塊與采集器通信

抄控器模塊與采集器進(jìn)行通信時(shí)，待測(cè)采集器接收到頻偏試探幀后，先判斷讀取幀目的地址是否對(duì)應(yīng)當(dāng)前采集器管理的RS485電能表地址或者采集器的MAC地址，如果是，則立即發(fā)送頻偏試探應(yīng)答幀，如果不是，采集器啟動(dòng)對(duì)應(yīng)RS485電能表抄讀試探，以確認(rèn)被抄讀的RS485電能表是否在本采集器下，并等待下一次頻偏試探幀，如此完成一次抄控器模塊與HPLC通信單元之間的連接。

3電力集抄業(yè)務(wù)的完善措施

科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展使線損管理工作的手段與方法多樣化，所涉及的電力基礎(chǔ)知識(shí)相繼較多，在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，應(yīng)充分利用電網(wǎng)側(cè)采集系統(tǒng)、用戶側(cè)手機(jī)App的有關(guān)數(shù)據(jù)，采取安全的分析手段，集中應(yīng)用并處理智能電表和集抄系統(tǒng)的相關(guān)問(wèn)題，在全面融入計(jì)算機(jī)處理技術(shù)的同時(shí)，改變傳統(tǒng)的處理模式，確保供電企業(yè)取得最大的經(jīng)濟(jì)效益。

結(jié)語(yǔ)

總之，通過(guò)采用高速電力線載波的關(guān)鍵技術(shù)可以解決信道特性問(wèn)題。當(dāng)傳輸距離小于2km時(shí)，低壓高速電力線載波的集中抄表系統(tǒng)可以準(zhǔn)確地傳輸數(shù)據(jù)。傳輸距離大于2km，由于線路長(zhǎng)和信號(hào)衰減，某些數(shù)據(jù)傳輸失敗，但是系統(tǒng)仍可以保持良好的傳輸效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉青.電力線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[D].南京：東南大學(xué)，2017.

[2]張曉東.低壓電力線載波抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2012.

[3]趙玉星.高速電力線通信系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].南京：東南大學(xué)，

2018.

[4]劉衛(wèi)東，張京艷，劉榮敏.雙頻點(diǎn)載波通信模塊在低壓用戶用電信息采集中的應(yīng)用[J].河北電力技術(shù)，2018，37（5）：54-57.