采用通信新技術(shù)，解決本地通信技術(shù)瓶頸------重構(gòu)省級(jí)電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)的基礎(chǔ)

采用通信新技術(shù)，解決本地通信技術(shù)瓶頸------
重構(gòu)省級(jí)電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)的基礎(chǔ)

中國(guó)現(xiàn)代電網(wǎng)量測(cè)技術(shù)高端論壇

張春暉

2016年2月10日

國(guó)網(wǎng)2016年計(jì)量重點(diǎn)工作要求:研究新一代
用電信息采集系統(tǒng)架構(gòu)。
2008年9月，國(guó)網(wǎng)啟動(dòng)了"計(jì)量，抄表，收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)"項(xiàng)目研究工作，隨后提出省級(jí)電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)以"全覆蓋，全采集，預(yù)付費(fèi)"作為建設(shè)總目標(biāo)。
從2010年系統(tǒng)工程開(kāi)始，經(jīng)過(guò)5年的實(shí)施，2014年江蘇電網(wǎng)率先建成省級(jí)電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)，預(yù)計(jì)2016年各省級(jí)電網(wǎng)將實(shí)現(xiàn)用電信息采集基本全覆蓋，國(guó)網(wǎng)總采集覆蓋率達(dá)到95,5%，采集用戶(hù)37758萬(wàn)戶(hù)。
為什么省級(jí)電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)尚未全面建成，現(xiàn)在提出該系統(tǒng)需要重構(gòu)？
究其原因，主要是目前的省級(jí)電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)，存在早期系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺失，本地通信技術(shù)瓶頸，不適應(yīng)新提出的系統(tǒng)功能，"四表合一采集" 的需求。其中，本地通信技術(shù)瓶頸一時(shí)難以解決。
由此，本文將匯總敘述近兩年來(lái)推出的有關(guān)通信新技術(shù)，供
重構(gòu)省級(jí)電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)時(shí)，解決本地通信技術(shù)瓶頸的參考。
這里，首先提出未統(tǒng)一規(guī)范的問(wèn)題，本地通信新技術(shù)需要在哪些不同的采集周期內(nèi)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表成功率100%，才能滿(mǎn)
足新一代系統(tǒng)不同功能的需求？本文建議:
?采集周期為24h，系統(tǒng)基本功能，用于按月抄表收費(fèi)，計(jì)算電網(wǎng)月線損率。
?采集周期為3h，有些省級(jí)電網(wǎng)計(jì)算電網(wǎng)日線損率。
?采集周期為0.5h，用于遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)。用戶(hù)繳納欠費(fèi)后，保證0.5h內(nèi)，將"合"指令送到電表，操作負(fù)荷開(kāi)關(guān)后用電。
?采集周期為15min,用于:
低壓電網(wǎng)故障預(yù)警，報(bào)警，自愈。
用戶(hù)需求響應(yīng)。
低壓電網(wǎng)電能質(zhì)量指標(biāo)在線監(jiān)測(cè)，報(bào)警。
本文下面敘述內(nèi)容包括:寬帶電力線載波通信技術(shù)，關(guān)注雙模通信技術(shù)之爭(zhēng)，窄帶電力線載波通信技術(shù)瓶頸低成本解決方案。
1,寬帶電力線載波通信技術(shù)應(yīng)用研究正在熱起來(lái)

寬帶電力線載波通信技術(shù)應(yīng)用研究正在熱起來(lái)，重點(diǎn)在配網(wǎng)通信、智能家居、智慧城市、用電信息采集系統(tǒng)本地通信、能源互聯(lián)網(wǎng)通信支持平臺(tái)。

1）國(guó)網(wǎng)營(yíng)銷(xiāo)[2014]82號(hào)、國(guó)網(wǎng)營(yíng)銷(xiāo)[2015]53號(hào)文都提出寬帶電力線載波通信技術(shù)研究與應(yīng)用試點(diǎn)的要求。

2）2015年，重慶電力率先招標(biāo)120萬(wàn)棵寬帶載波芯片、江蘇電力也招標(biāo)幾十萬(wàn)棵寬帶載波芯片，開(kāi)展寬帶電力載波通信方式批量應(yīng)用試點(diǎn)。

從前幾年寬帶載波通信在若干配變臺(tái)區(qū)試點(diǎn)傳出的信息，原有窄帶載波（低速）通信模塊，只要換上寬帶載波模塊，在短周期內(nèi)，自動(dòng)抄表成功率達(dá)到99%以上，但是，未見(jiàn)過(guò)負(fù)面反應(yīng)的報(bào)道。由此，本文作者認(rèn)為：重慶電力、江蘇電力進(jìn)行寬帶載波通信批量應(yīng)用試點(diǎn)，期望關(guān)注與研究以下幾個(gè)問(wèn)題：

·影響寬帶載波通信擴(kuò)大應(yīng)用的因素，對(duì)地埋電纜、臺(tái)區(qū)電力電容器無(wú)功補(bǔ)償裝置的影響，提出量化的影響數(shù)據(jù)。

·集中器設(shè)計(jì)方案改進(jìn)？采用寬帶載波通信替代窄帶載波（低速）通信方式，是否只是簡(jiǎn)單的將集中器、采集器、載波電表的通信模塊更新，輔以集中器軟件升級(jí)、調(diào)試；對(duì)新安裝的寬帶集中器設(shè)計(jì)方案，與窄帶載波（低速）通信集中器技術(shù)方案有哪些重大改進(jìn)？

·目前，寬帶載波通信模塊的價(jià)位還高，影響大規(guī)模推廣應(yīng)用，需要與寬帶載波通信模塊供應(yīng)商協(xié)商測(cè)算，寬帶載波通信模塊應(yīng)用量達(dá)到多大的批量，其價(jià)位才能降至高于窄帶載波（低速）通信模塊的30%？

3）寬帶電力線載波通信標(biāo)準(zhǔn)研究

2014年11月，電力線載波通信新標(biāo)準(zhǔn)、新產(chǎn)品技術(shù)交流（青島）會(huì)議的議題之一，交流國(guó)際/國(guó)內(nèi)寬帶電力線載波通信標(biāo)準(zhǔn)研究情況。

·威勝集團(tuán)公司、《環(huán)球表計(jì)》：《電力線載波通信國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制訂工作進(jìn)程》，介紹Homeplug、IEEE、ITU制定的寬帶電力線載波通信標(biāo)準(zhǔn)，共計(jì)8項(xiàng)。

·青島東軟公司：《寬帶電力線載波通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)比對(duì)》

·2014年7月，中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院發(fā)布《寬帶電力線通信標(biāo)準(zhǔn)化白皮書(shū)》

·2014年8月和10月，國(guó)網(wǎng)公司兩次開(kāi)會(huì)討論確定了《電力用戶(hù)用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議第5部分：基于寬帶載波通信的數(shù)據(jù)》

·張春暉先生作匯總發(fā)言：

一是，基于用電信息采集系統(tǒng)的需求，重點(diǎn)要研究寬帶（低速）載波與OFDM窄帶載波標(biāo)準(zhǔn)。這是據(jù)中國(guó)電科院的預(yù)測(cè)，AMR/AMI的通信速率要求1.2/20kbps，負(fù)荷管理10kbps；擴(kuò)大到配電業(yè)務(wù)，配電自動(dòng)化、報(bào)警管理、DG均為10kbps，視頻監(jiān)控要求1Mbps。

二是，電力線載波通信的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)

總結(jié)我國(guó)窄帶（低速）載波通信20年發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)，實(shí)用價(jià)值高的用電信息采集系統(tǒng)，出于載波芯片供應(yīng)商、系統(tǒng)集成商和電力部門(mén)的合作開(kāi)發(fā)、運(yùn)行與故障處理。其中首要的是需要制定高品質(zhì)用電信息采集系統(tǒng)的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，包括載波通信芯片、系統(tǒng)終端、載波信道、工程勘測(cè)與設(shè)計(jì)、主站及數(shù)據(jù)庫(kù)和系統(tǒng)工程應(yīng)用6個(gè)方面的通信標(biāo)準(zhǔn)。目前，國(guó)際/國(guó)內(nèi)的寬帶載波與OFDM窄帶載波通信標(biāo)準(zhǔn)方面，主要研究制定載波芯片標(biāo)準(zhǔn)及接入規(guī)范，通信信道標(biāo)準(zhǔn)很不完善，工程勘測(cè)與設(shè)計(jì)、系統(tǒng)工程應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)幾乎還是空白，由此建議：

·電力線載波信道系列標(biāo)準(zhǔn)制定：可參考EN60065系列標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合寬帶載波通信的特征，需要涵蓋頻帶和電磁騷擾限值（包括寬帶載波通信發(fā)出的輻射干擾限值），各類(lèi)應(yīng)用環(huán)境的抗傳導(dǎo)、輻射干擾要求，各類(lèi)去耦濾波器、設(shè)備阻抗等。

該載波信道系列標(biāo)準(zhǔn)，建議由電表行業(yè)主管部門(mén)組織制定。

·電力線載波通信系統(tǒng)工程應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的研究制定，主要是電容補(bǔ)償裝置、地埋電纜對(duì)寬帶載波通信的影響、測(cè)試及改進(jìn)方法；各類(lèi)傳導(dǎo)、輻射干擾對(duì)寬帶通信的影響、測(cè)試及抑制技術(shù)；強(qiáng)干擾源入網(wǎng)測(cè)試及抑制方法（例如采用阻波器）；寬帶載波通信發(fā)出的輻射干擾測(cè)試及抑制措施；同頻干擾測(cè)試及改進(jìn)方法；集中器選址勘測(cè)技術(shù)；保證電表、終端、用戶(hù)、臺(tái)變、電力線路的編號(hào)/地址一致性的智能化技術(shù)措施；雙向通信與網(wǎng)關(guān)規(guī)范；低壓電網(wǎng)影響載波通信質(zhì)量的參數(shù)測(cè)試及多參數(shù)測(cè)試設(shè)備技術(shù)規(guī)范。

該系統(tǒng)工程應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)內(nèi)首次提出，建議由重慶電科院牽頭組織合作研究制定。

·寬帶電力線通信系統(tǒng)工程勘測(cè)與設(shè)計(jì)規(guī)范的研究與制定，是用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)的重大改革與難點(diǎn)。建議重慶電科院在前一階段研究低壓窄帶（低速）載波通信系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)與干擾源管理技術(shù)導(dǎo)則基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)向探索寬帶電力線載波通信系統(tǒng)勘測(cè)與設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范的編制方法。

·系統(tǒng)終端、主站及數(shù)據(jù)庫(kù)系列技術(shù)規(guī)范，國(guó)網(wǎng)已經(jīng)組織制定后發(fā)布，但其內(nèi)容不完善，需要補(bǔ)充實(shí)用內(nèi)容，特別是終端性能方面模擬現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用測(cè)試、實(shí)驗(yàn)室載波通信路由仿真測(cè)試、省級(jí)用電信息采集系統(tǒng)主站的技術(shù)指標(biāo)及系統(tǒng)軟件測(cè)試技術(shù)。這些新的內(nèi)容，建議以后再作專(zhuān)題交流、討論。

4）寬帶電力線載波通信芯片開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

·國(guó)網(wǎng)：2012年7月“新一代智能電力線載波通信關(guān)鍵技術(shù)研究”項(xiàng)目啟動(dòng)，該智能載波通信芯片設(shè)計(jì)為跨頻帶：150kHz-10MHz；2014年11月，該項(xiàng)目通過(guò)驗(yàn)收。

·2014年3月，威勝集團(tuán)公司在低壓窄帶載波通信技術(shù)測(cè)試與改進(jìn)（重慶江津）現(xiàn)場(chǎng)會(huì)議上，介紹引進(jìn)美國(guó)高通公司寬帶載波芯片QCA7000（2M-30MHz）國(guó)內(nèi)試點(diǎn)應(yīng)用情況。

·2014年7月，華為海思公司在《進(jìn)口高端電能表全性能研究》課題組第一次（長(zhǎng)沙）會(huì)議上，介紹自主開(kāi)發(fā)寬帶載波通信芯片Hi3911（2M-12MHz）及寬帶電力線載波信息采集解決方案系統(tǒng)。

·2014年11月，在電力線載波通信新標(biāo)準(zhǔn)、新產(chǎn)品技術(shù)交流（青島）會(huì)議上：

·美國(guó)高通公司介紹寬帶載波通信芯片QCA7000（2-30MHz）及Homeplug Green PHY標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)原理。

·青島東軟公司介紹寬帶載波芯片SSC1660/1661（25/50/100MHz）；SSC1663/1664（1.95—11.96Mz）技術(shù)特征與應(yīng)用。

·重慶電科院介紹電力線寬帶載波通信技術(shù)測(cè)試分析報(bào)告，包括實(shí)驗(yàn)室、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試項(xiàng)目及測(cè)試結(jié)果。

5）珠海慧信公司：提出《寬帶電力線載波構(gòu)建能源計(jì)量骨干通信網(wǎng)絡(luò)》。

6）張春暉：《“配電網(wǎng)建設(shè)改造行動(dòng)計(jì)劃（2015-2020年）”中量測(cè)技術(shù)需求評(píng)估》文稿提出：2015-2020年電表企業(yè)需要重點(diǎn)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，包括10kV寬帶電力線載波通信技術(shù)及設(shè)備。

2 ,關(guān)注雙模通信技術(shù)之爭(zhēng)

雙模通信的組合方式多種多樣，各有各的用處：

1）湖北省電力公司、北京中宸鴻昌公司：《基于雙信道自動(dòng)切換技術(shù)的采集系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)方案》

2）青島東軟公司：2014年推出PLCS1650-WL單相雙信道標(biāo)準(zhǔn)模塊[OFDM窄帶載波+（東軟）微功率無(wú)線通信]。

3）青島東軟公司、重慶電科院：《（重慶）江津龍門(mén)場(chǎng)二臺(tái)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)工作報(bào)告》提出：在窄帶電力線載波通信系統(tǒng)中，處于阻波器后抄不到的幾只電表，采用微功率無(wú)線采集方案，再通過(guò)“無(wú)線—載波轉(zhuǎn)換器”，將這些表計(jì)信息發(fā)回窄帶載波集中器。

4）國(guó)網(wǎng)營(yíng)銷(xiāo)部“關(guān)于四表合一典型技術(shù)方案設(shè)計(jì)”的第2個(gè)方案：更換雙模模塊，就是將電能表的I型采集器模塊，更換為微功率無(wú)線+載波的雙模通信模塊方式，使電能表上行通過(guò)電力線載波與I型集中器通信，下行通過(guò)微功率無(wú)線與水氣熱表通信，上下信道獨(dú)立運(yùn)行。

5）深圳力合微公司：《雙模通信及應(yīng)用》

雙模SOC單芯片LME2981，采用OFDM窄帶載波和微功率無(wú)線雙模方式。

6）珠海慧信公司：“寬帶雙模實(shí)現(xiàn)能源計(jì)量的通信接入”，提出寬帶載波+微功率無(wú)線雙模保證實(shí)時(shí)通信，寬帶保證95%的骨干網(wǎng)抄級(jí)通信，微功率無(wú)線上需1跳，整體拓?fù)浜?jiǎn)單。

7）雙模通信，重點(diǎn)要關(guān)注國(guó)網(wǎng)雙模通信技術(shù)如何制定？

3,窄帶電力線載波通信技術(shù)瓶頸低成本解決方案

1）青島東軟公司、重慶電科院：《（重慶）江津龍門(mén)場(chǎng)二臺(tái)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)工作報(bào)告》

江津參觀點(diǎn)公變臺(tái)區(qū)共有居民、工商戶(hù)347戶(hù)，由于干擾嚴(yán)重，安裝2臺(tái)集中器，其中1臺(tái)集中器自動(dòng)抄表成功率97%/24h，另1臺(tái)集中器37-55%/24h。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試窄帶載波通信的信噪比，由電信用戶(hù)機(jī)柜開(kāi)關(guān)電源發(fā)出最高干擾噪聲達(dá)到280kHz、130dBμv。為此，對(duì)該用戶(hù)配電柜進(jìn)線端加裝SQ780-100型阻波器；公變臺(tái)區(qū)集中器由2臺(tái)改為1臺(tái)；該公變臺(tái)區(qū)的大多數(shù)用戶(hù)直接沿用低壓窄帶載波（低速芯片）通信方式，只有電信用戶(hù)內(nèi)的4只電表，處于阻波器后面，改用由青島東軟公司設(shè)計(jì)的微功率無(wú)線通信采集方案，再通過(guò)電信用戶(hù)內(nèi)合適地點(diǎn)安裝的無(wú)線——載波轉(zhuǎn)換器，將4只電表的數(shù)據(jù)，由電力線載波通信發(fā)回集中器。改進(jìn)后，該公變臺(tái)區(qū)由1臺(tái)集中器實(shí)現(xiàn)24h、自動(dòng)抄表成功率100%的目標(biāo)。

2）重慶市電科院：《低壓電力網(wǎng)信噪比測(cè)試儀研究》

注:低壓窄帶載波信噪比測(cè)試儀，尚待產(chǎn)品化開(kāi)發(fā)

聲明

本文為張春暉先生原創(chuàng)內(nèi)容，歡迎原文轉(zhuǎn)發(fā)，如需轉(zhuǎn)載請(qǐng)?jiān)谖恼麻_(kāi)頭注明“本文轉(zhuǎn)載于中國(guó)現(xiàn)代電網(wǎng)量測(cè)技術(shù)微信公眾平臺(tái)，電網(wǎng)量測(cè)技術(shù)微信公眾號(hào)為dianwangliangce”字樣