岳振宇

摘 要：用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)的重要內(nèi)容，是加強(qiáng)精益化管理、提高優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平的必要手段，是延伸電力市場(chǎng)、創(chuàng)新交易平臺(tái)的重要依托。在采集系統(tǒng)建設(shè)過程中，應(yīng)用了多種通信技術(shù)。其中，采集設(shè)備的下行通信解決方案包括電力載波通信、微功率無線通信、485通信等。

關(guān)鍵詞：用電信息采集系統(tǒng)；堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)；下行通信；通信技術(shù)

中圖分類號(hào)：TN915.853 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）21-0142-02

1 堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略

堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以通信信息平臺(tái)為支撐，具有信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化特征，包含電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度和通信信息各個(gè)環(huán)節(jié)，覆蓋所有的電壓等級(jí)，實(shí)現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”高度一體化融合的現(xiàn)代電網(wǎng)。

2 下行通信解決方案發(fā)展現(xiàn)狀

采集系統(tǒng)下行通信解決方案比較多，包括電力載波通信、微功率無線通信、485通信等。其中，電力載波通信應(yīng)用的較多。在20世紀(jì)80年代末至90年代中期，國內(nèi)將電力載波通信應(yīng)用在低壓用電領(lǐng)域中，各廠商利用FSK、PSK通信調(diào)制技術(shù)嘗試實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表業(yè)務(wù)。2001—2005年，采用集中式靜態(tài)自動(dòng)組網(wǎng)技術(shù)改善了系統(tǒng)抄收性能，減少現(xiàn)場(chǎng)工程維護(hù)工作量。此技術(shù)適用于通信媒介動(dòng)態(tài)變化比較小的場(chǎng)合，且運(yùn)算依賴于集中器，所以，系統(tǒng)的可維護(hù)性仍然比較低。2006年開始，國內(nèi)幾家較大載波芯片廠商開始研發(fā)以網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)元芯片為核心的產(chǎn)品，從物理層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層等方面提升系統(tǒng)性能，以解決任意節(jié)點(diǎn)的物理層通信保障能力和具有中繼控制的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議。

目前，在國網(wǎng)（27?。┖湍暇W(wǎng)（5省）共32個(gè)網(wǎng)省公司中，除了北京和山東外，其余大部分網(wǎng)省用電信息采集系統(tǒng)都是以窄帶載波方案抄表為主。

2.1 窄帶載波解決方案

在窄帶載波方案的各廠家中，青島鼎信和東軟是主流廠家，占載波份額的75%以上，其余的廠家有瑞斯康、福星曉程、彌亞威、力合微等。窄帶載波方案在國內(nèi)的應(yīng)用范圍最廣，使用時(shí)間最長，其優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)也被業(yè)界普遍認(rèn)識(shí)。

窄帶載波方案的主要優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在以下幾方面：①安裝數(shù)量多，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富。②通訊距離較遠(yuǎn)，在噪聲干擾比較小的情況下，可以支持500 m的通訊距離，以完成基本抄表業(yè)務(wù)；③可計(jì)算臺(tái)變/配變線損，滿足供電公司效能考核要求。④可識(shí)別相位，支持三相不平衡統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

相對(duì)于其優(yōu)勢(shì)而言，由于窄帶方案的技術(shù)具有局限性，所以，在使用方面存在許多問題：①以單頻點(diǎn)為主，通訊帶寬窄。載波頻段在500 k以下，與現(xiàn)場(chǎng)噪聲主要能量頻段重合，而時(shí)變?cè)肼暫兔}沖干擾對(duì)通訊效果的影響很大，傳統(tǒng)的調(diào)制方式無法有效應(yīng)對(duì)多徑反射造成的傳輸誤碼。②大數(shù)據(jù)包傳輸不可靠，很難實(shí)現(xiàn)多表計(jì)并行遠(yuǎn)程費(fèi)控、實(shí)時(shí)線損計(jì)算等新業(yè)務(wù)的使用需求。③無法應(yīng)對(duì)多臺(tái)變串?dāng)_問題，嚴(yán)重影響其抄通率。④不支持互聯(lián)互通，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)無法實(shí)現(xiàn)混裝，后續(xù)維護(hù)工作比較煩瑣。⑤每年運(yùn)維費(fèi)用大，每個(gè)模塊平均每年7元左右。

2.2 微功率無線解決方案

在國網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)累計(jì)招標(biāo)中，微功率無線方案占總招標(biāo)量的6%～7%，大約1 100萬模塊或采集器，可以采集數(shù)千萬戶的電表。其中，北京全部采用微功率無線方案；山東是II型集中器和微功率無線并存，份額相當(dāng)；寧夏是載波和微功率無線相結(jié)合，前者比例高于后者；其他網(wǎng)省采用的主要是載波方案，微功率主要是試點(diǎn)。

該方案的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)為：①采集成功率較高。②遠(yuǎn)程費(fèi)控業(yè)務(wù)可以實(shí)際開展。③可抄表數(shù)據(jù)比較多，支持多特色業(yè)務(wù)。④微功率無線模塊已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)互通，便于后期采購、運(yùn)維等管理。⑤打破了臺(tái)區(qū)的限制，以物理區(qū)域?yàn)閱挝粚?shí)現(xiàn)無線抄控。

在此方案中，微功率無線方案在解決這一問題時(shí)引發(fā)了另外的問題，無法從根本上建立針對(duì)窄帶方案的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。其問題主要表現(xiàn)為：①受建筑物遮擋的影響，微功率集中器無法覆蓋整個(gè)臺(tái)區(qū)，而解決辦法是在1個(gè)臺(tái)區(qū)中加裝多臺(tái)集中器。這種方案能夠?qū)崿F(xiàn)全覆蓋效果，但是，加大了施工、維護(hù)難度，加大了對(duì)廠家后續(xù)服務(wù)的依賴。②無臺(tái)區(qū)概念，集中器不安裝在臺(tái)變附近，而是根據(jù)無線特點(diǎn)選取信號(hào)中心點(diǎn)安裝，線損計(jì)算功能幾乎不可用。③現(xiàn)場(chǎng)安裝選點(diǎn)要求比較高，需要有經(jīng)驗(yàn)的人員操作，否則抄表效果會(huì)差很多。④由于是公共頻點(diǎn)，容易受有線電視信號(hào)等其他無線設(shè)備的影響，也容易影響其他設(shè)備。⑤標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射功率50 MW（17 dBm）的模塊現(xiàn)場(chǎng)抄讀效果不佳。廠家經(jīng)常會(huì)將發(fā)射功率提高至20 dBm，以達(dá)到良好的使用效果，并且每10個(gè)內(nèi)置天線模塊就需要加裝1個(gè)外置天線模塊，這不但增加了故障節(jié)點(diǎn)，而且給現(xiàn)場(chǎng)施工增加了很大的難度。

2.3 485通信方案

485通信是利用電能表的485接口采集費(fèi)控。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是采集數(shù)據(jù)穩(wěn)定，準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性較強(qiáng)。但是，由于485接口屬于弱電接口，故障率較高，現(xiàn)場(chǎng)施工布線工作比較煩瑣，所以，普遍將其應(yīng)用在少量用戶采集環(huán)境中，比如專變用戶的采集費(fèi)控。

2.4 寬帶載波解決方案

目前，在國內(nèi)寬帶載波現(xiàn)場(chǎng)，其實(shí)用化剛剛開始，尚未大規(guī)模應(yīng)用。傳統(tǒng)觀念對(duì)寬帶系統(tǒng)的三大誤解是功耗大、傳輸距離近、采購成本高，所以，致使寬帶載波方案在國內(nèi)電力行業(yè)推廣進(jìn)度緩慢。近年來，寬帶載波通信芯片發(fā)展迅速，部分廠家對(duì)國內(nèi)信道參數(shù)、噪聲進(jìn)行了大量的積累和研究。在提供雙向、高速、實(shí)時(shí)通訊解決方案的同時(shí)，解決了國外寬帶芯片功耗較高的問題，適用于國網(wǎng)智能電表設(shè)計(jì)規(guī)范。

該方案的優(yōu)勢(shì)如下：①真正實(shí)現(xiàn)了“全采集、全費(fèi)控”的目標(biāo)。費(fèi)控的成功率和通訊時(shí)間，一方面，依賴于物理層通訊的穩(wěn)定性；另一方面，取決于通訊重傳的次數(shù)，即系統(tǒng)對(duì)信道變化的實(shí)時(shí)適應(yīng)性。寬帶方案在物理層設(shè)計(jì)方面有效地提升了PLC通訊質(zhì)量，并利用多網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)協(xié)調(diào)技術(shù)、動(dòng)態(tài)自適應(yīng)多路徑路由技術(shù)和自動(dòng)快速組網(wǎng)技術(shù)等使設(shè)備支持多條路徑廣播和并行抄表，大幅提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。②抗噪聲和抗信道衰落能力強(qiáng)。OFDM技術(shù)把串行數(shù)據(jù)信息通過多個(gè)子載波并行傳輸，即在每個(gè)子載波上的信號(hào)時(shí)間相應(yīng)地比單載波系統(tǒng)上的信號(hào)時(shí)間長很多，使OFDM具有更強(qiáng)的能力應(yīng)對(duì)抗脈沖噪聲和信道快衰落，減少了符號(hào)間干擾（ISI）的影響。③無中繼傳輸距離得到了完善，阻抗穩(wěn)定在50Ω左右，時(shí)變特性不明顯，有效地避免了因阻抗引發(fā)的衰減問題。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，無中繼設(shè)備傳輸超過了2 500 m。④解決了多臺(tái)變信號(hào)串?dāng)_問題，采用自動(dòng)協(xié)調(diào)技術(shù)，無需人工干預(yù)，保持抄表不間斷運(yùn)行；采用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)帶寬協(xié)調(diào)機(jī)制，根據(jù)串?dāng)_影響程度實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的協(xié)調(diào)帶寬，以確保通信的成功率。⑤支撐智能用電和能效管理業(yè)務(wù)。它能夠?qū)崟r(shí)提供雙向、實(shí)時(shí)、高速和安全的通訊通道，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊達(dá)到1 Mbps的速率，大大地提高了并行通信的能力，為實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)量并行交互功能提供了必要的保障。

3 典型案例介紹

以下是唐山地區(qū)老舊小區(qū)寬帶載波方案改造案例。

3.1 現(xiàn)場(chǎng)描述

現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況是：①唐山市鐵三小區(qū)供安裝載波模塊662塊，原鼎信方案抄通率90%.②箱變315 kVA變壓器，平均戶用電負(fù)荷較小。信道噪聲相對(duì)較小，一般在幾百毫伏。③全部為架空走線，每單元12塊電表位于戶外的同一個(gè)表箱中。架空線為銅線，入電表側(cè)是鋁線。④集中器與電表距離較遠(yuǎn)，且存在較強(qiáng)的干擾，原方案需要加裝中繼器才能滿足抄讀需求。具體的安裝現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示。

圖1 安裝現(xiàn)場(chǎng)

3.2 測(cè)試分析

采用全頻時(shí)分多臺(tái)區(qū)方案，其運(yùn)行穩(wěn)定，抄表成功率、抄表延時(shí)平均、組網(wǎng)測(cè)試和升級(jí)測(cè)試均滿足現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收指標(biāo)； 上行通信已調(diào)通，已對(duì)接到主站，實(shí)時(shí)抄讀成功率達(dá)到100%；能夠滿足費(fèi)控要求。具體的測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 測(cè)試數(shù)據(jù)

測(cè)試地點(diǎn) 功能點(diǎn) 子項(xiàng) 數(shù)值

唐山古冶小區(qū) 抄表成功率 日凍結(jié)成功率 100%

點(diǎn)抄成功率 100%

費(fèi)控成功率 100%

抄表延時(shí)平均 點(diǎn)抄 556.9 ms

輪抄 109.7 ms

費(fèi)控延時(shí)平均 拉閘 <50 s

合閘 <50 s

組網(wǎng)性能 全網(wǎng)組網(wǎng) 29 min

新模塊入網(wǎng) 30 s

升級(jí) 全網(wǎng)升級(jí) 100%（36 min）

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)升級(jí) 25～30 s

穩(wěn)定性 死機(jī) 無

4 總結(jié)

分布式能源管理、智能家居管理、智能樓宇控制與管理等都是未來電力的發(fā)展方向。用電信息采集系統(tǒng)作為提供雙向、高速、安全和穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通道，使集中器、采集器、智能表計(jì)、用戶智能交互終端等設(shè)備在用戶和電網(wǎng)公司之間形成了網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)和即時(shí)連接，保障了電量信息、應(yīng)用和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、高速采集和傳輸。同時(shí)，根據(jù)智能表計(jì)、智能交互終端的自動(dòng)事件上報(bào)，為設(shè)備故障分析提供了依據(jù)。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，下行通信是至關(guān)重要的，雖然寬帶載波在近幾年剛剛推行，但是，已經(jīng)經(jīng)過了不斷完善和優(yōu)化的過程，所以，其優(yōu)勢(shì)在未來多元化、大數(shù)據(jù)量的發(fā)展中可以得到充分的驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)

[1]孫海翠，張金波.低壓電力線載波通信技術(shù)研究與應(yīng)用[J].電測(cè)與儀表，2006（08）.

〔編輯：白潔〕

Information Collection System Construction of the Downlink Communication Scheme

Yue Zhenyu

Abstract： The information collection system construction is strong and important part of smart grid construction， is a necessary means to strengthen the lean management， improve service levels， is an important basis for extension of the electricity market， innovative trading platform. In the collection system construction process， the application of a variety of communication technologies. Among them， the downlink communications solutions capture devices include power line carrier communication， micro-power wireless communications， and 485 and so on.

Key words： information collection system； strong and smart grid； downlink communication； communication technology

3 典型案例介紹

以下是唐山地區(qū)老舊小區(qū)寬帶載波方案改造案例。

3.1 現(xiàn)場(chǎng)描述

現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況是：①唐山市鐵三小區(qū)供安裝載波模塊662塊，原鼎信方案抄通率90%.②箱變315 kVA變壓器，平均戶用電負(fù)荷較小。信道噪聲相對(duì)較小，一般在幾百毫伏。③全部為架空走線，每單元12塊電表位于戶外的同一個(gè)表箱中。架空線為銅線，入電表側(cè)是鋁線。④集中器與電表距離較遠(yuǎn)，且存在較強(qiáng)的干擾，原方案需要加裝中繼器才能滿足抄讀需求。具體的安裝現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示。

圖1 安裝現(xiàn)場(chǎng)

3.2 測(cè)試分析

采用全頻時(shí)分多臺(tái)區(qū)方案，其運(yùn)行穩(wěn)定，抄表成功率、抄表延時(shí)平均、組網(wǎng)測(cè)試和升級(jí)測(cè)試均滿足現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收指標(biāo)； 上行通信已調(diào)通，已對(duì)接到主站，實(shí)時(shí)抄讀成功率達(dá)到100%；能夠滿足費(fèi)控要求。具體的測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 測(cè)試數(shù)據(jù)

測(cè)試地點(diǎn) 功能點(diǎn) 子項(xiàng) 數(shù)值

唐山古冶小區(qū) 抄表成功率 日凍結(jié)成功率 100%

點(diǎn)抄成功率 100%

費(fèi)控成功率 100%

抄表延時(shí)平均 點(diǎn)抄 556.9 ms

輪抄 109.7 ms

費(fèi)控延時(shí)平均 拉閘 <50 s

合閘 <50 s

組網(wǎng)性能 全網(wǎng)組網(wǎng) 29 min

新模塊入網(wǎng) 30 s

升級(jí) 全網(wǎng)升級(jí) 100%（36 min）

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)升級(jí) 25～30 s

穩(wěn)定性 死機(jī) 無

4 總結(jié)

分布式能源管理、智能家居管理、智能樓宇控制與管理等都是未來電力的發(fā)展方向。用電信息采集系統(tǒng)作為提供雙向、高速、安全和穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通道，使集中器、采集器、智能表計(jì)、用戶智能交互終端等設(shè)備在用戶和電網(wǎng)公司之間形成了網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)和即時(shí)連接，保障了電量信息、應(yīng)用和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、高速采集和傳輸。同時(shí)，根據(jù)智能表計(jì)、智能交互終端的自動(dòng)事件上報(bào)，為設(shè)備故障分析提供了依據(jù)。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，下行通信是至關(guān)重要的，雖然寬帶載波在近幾年剛剛推行，但是，已經(jīng)經(jīng)過了不斷完善和優(yōu)化的過程，所以，其優(yōu)勢(shì)在未來多元化、大數(shù)據(jù)量的發(fā)展中可以得到充分的驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)

[1]孫海翠，張金波.低壓電力線載波通信技術(shù)研究與應(yīng)用[J].電測(cè)與儀表，2006（08）.

〔編輯：白潔〕

Information Collection System Construction of the Downlink Communication Scheme

Yue Zhenyu

Abstract： The information collection system construction is strong and important part of smart grid construction， is a necessary means to strengthen the lean management， improve service levels， is an important basis for extension of the electricity market， innovative trading platform. In the collection system construction process， the application of a variety of communication technologies. Among them， the downlink communications solutions capture devices include power line carrier communication， micro-power wireless communications， and 485 and so on.

Key words： information collection system； strong and smart grid； downlink communication； communication technology

3 典型案例介紹

以下是唐山地區(qū)老舊小區(qū)寬帶載波方案改造案例。

3.1 現(xiàn)場(chǎng)描述

現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況是：①唐山市鐵三小區(qū)供安裝載波模塊662塊，原鼎信方案抄通率90%.②箱變315 kVA變壓器，平均戶用電負(fù)荷較小。信道噪聲相對(duì)較小，一般在幾百毫伏。③全部為架空走線，每單元12塊電表位于戶外的同一個(gè)表箱中。架空線為銅線，入電表側(cè)是鋁線。④集中器與電表距離較遠(yuǎn)，且存在較強(qiáng)的干擾，原方案需要加裝中繼器才能滿足抄讀需求。具體的安裝現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示。

圖1 安裝現(xiàn)場(chǎng)

3.2 測(cè)試分析

采用全頻時(shí)分多臺(tái)區(qū)方案，其運(yùn)行穩(wěn)定，抄表成功率、抄表延時(shí)平均、組網(wǎng)測(cè)試和升級(jí)測(cè)試均滿足現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收指標(biāo)； 上行通信已調(diào)通，已對(duì)接到主站，實(shí)時(shí)抄讀成功率達(dá)到100%；能夠滿足費(fèi)控要求。具體的測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 測(cè)試數(shù)據(jù)

測(cè)試地點(diǎn) 功能點(diǎn) 子項(xiàng) 數(shù)值

唐山古冶小區(qū) 抄表成功率 日凍結(jié)成功率 100%

點(diǎn)抄成功率 100%

費(fèi)控成功率 100%

抄表延時(shí)平均 點(diǎn)抄 556.9 ms

輪抄 109.7 ms

費(fèi)控延時(shí)平均 拉閘 <50 s

合閘 <50 s

組網(wǎng)性能 全網(wǎng)組網(wǎng) 29 min

新模塊入網(wǎng) 30 s

升級(jí) 全網(wǎng)升級(jí) 100%（36 min）

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)升級(jí) 25～30 s

穩(wěn)定性 死機(jī) 無

4 總結(jié)

分布式能源管理、智能家居管理、智能樓宇控制與管理等都是未來電力的發(fā)展方向。用電信息采集系統(tǒng)作為提供雙向、高速、安全和穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通道，使集中器、采集器、智能表計(jì)、用戶智能交互終端等設(shè)備在用戶和電網(wǎng)公司之間形成了網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)和即時(shí)連接，保障了電量信息、應(yīng)用和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、高速采集和傳輸。同時(shí)，根據(jù)智能表計(jì)、智能交互終端的自動(dòng)事件上報(bào)，為設(shè)備故障分析提供了依據(jù)。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，下行通信是至關(guān)重要的，雖然寬帶載波在近幾年剛剛推行，但是，已經(jīng)經(jīng)過了不斷完善和優(yōu)化的過程，所以，其優(yōu)勢(shì)在未來多元化、大數(shù)據(jù)量的發(fā)展中可以得到充分的驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)

[1]孫海翠，張金波.低壓電力線載波通信技術(shù)研究與應(yīng)用[J].電測(cè)與儀表，2006（08）.

〔編輯：白潔〕

Information Collection System Construction of the Downlink Communication Scheme

Yue Zhenyu

Abstract： The information collection system construction is strong and important part of smart grid construction， is a necessary means to strengthen the lean management， improve service levels， is an important basis for extension of the electricity market， innovative trading platform. In the collection system construction process， the application of a variety of communication technologies. Among them， the downlink communications solutions capture devices include power line carrier communication， micro-power wireless communications， and 485 and so on.

Key words： information collection system； strong and smart grid； downlink communication； communication technology