柯海波

(國網(wǎng)攀枝花供電公司，四川 攀枝花 617000)

0 引 言

近年來，隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)及通信技術(shù)的高速發(fā)展，用電信息采集不斷地為多系統(tǒng)、多專業(yè)提供數(shù)據(jù)和應(yīng)用支撐，采集數(shù)據(jù)類型不斷增多，數(shù)據(jù)采集頻率和采集速率要求也越來越高，前期使用的窄帶載波通信速率慢、路由變化慢、易受干擾、組網(wǎng)進(jìn)程慢、只能完成抄讀日凍結(jié)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)單一等問題凸顯嚴(yán)重[1]。為滿足快速增長的通信數(shù)據(jù)需求，國家電網(wǎng)公司已全面推廣高速電力線載波通信(high speed power line carrier comccnication，HPLC)新技術(shù)應(yīng)用。

1 HPLC技術(shù)簡介

HPLC技術(shù)是一種高速電力線通信技術(shù)，是指利用電力線作為通信介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N通信技術(shù)，采用了正交頻分復(fù)用(orthogond frequency division multiplexing,OFDM)技術(shù)，相比于窄帶載波技術(shù)，寬帶載波技術(shù)有更寬的帶寬、更強(qiáng)的抗干擾性、更高的通信速率、更多的業(yè)務(wù)承載能力以及更穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)通信業(yè)務(wù)[2]。

高速電力線載波網(wǎng)絡(luò)是一種實(shí)時分布式路由網(wǎng)絡(luò)，由周期性的信標(biāo)覆蓋整個網(wǎng)絡(luò)，從而驅(qū)動所有節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)。主節(jié)點(diǎn)上電后，會開始發(fā)送信標(biāo)幀，從節(jié)點(diǎn)根據(jù)主節(jié)點(diǎn)信標(biāo)幀的頻段，自適應(yīng)選擇工作頻段發(fā)起入網(wǎng)請求。所有入網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)都需要身份驗(yàn)證，稱為白名單，只有在白名單的節(jié)點(diǎn)才被允許加入網(wǎng)絡(luò)。入網(wǎng)動作全部由從節(jié)點(diǎn)主動發(fā)起，主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)。只有在網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，才能進(jìn)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通信。組網(wǎng)完成后，重要節(jié)點(diǎn)仍需要繼續(xù)維持信標(biāo)發(fā)送，并通過一定的周期網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和實(shí)時的通信成功率評估、變更路由網(wǎng)絡(luò)。

2 基于HPLC在電能數(shù)據(jù)采集中的新型功能描述

基于HPLC技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)模塊互聯(lián)互通、高頻數(shù)據(jù)采集、停電主動上報、相位拓?fù)渥R別、臺區(qū)自動識別等功能。

2.1 通信模塊間互聯(lián)互通

相對于窄帶載波而言，HPLC高速載波除了通信速率之外，其最大的一個功能就是實(shí)現(xiàn)了不同供應(yīng)商的設(shè)備可以相互連接、相互通信，不會影響上層的應(yīng)用業(yè)務(wù)，從而解決了窄帶時期無法統(tǒng)一采購、統(tǒng)一調(diào)配、統(tǒng)一維護(hù)的問題。

2.2 電流電壓高頻數(shù)據(jù)采集與分析

HPLC數(shù)據(jù)采集要求將采集頻率從原來的1次/d，提升到1次/h、1次/15 min(15 min曲線)，甚至1次/5 min(5 min曲線)。利用HPLC通訊速率快的特點(diǎn)，可以有效提升智能電能表采集成功率并保證采集數(shù)據(jù)質(zhì)量，同時利用高頻數(shù)據(jù)采集的特性，可以實(shí)現(xiàn)對臺區(qū)下每一用戶的電能質(zhì)量分析。通過對智能電能表電壓、電流及電量曲線的大數(shù)據(jù)比對，可以分析出臺區(qū)電能質(zhì)量不合格用戶的時間特性和空間特性，為線路和臺區(qū)改造提供數(shù)據(jù)支撐。通過高密度的數(shù)據(jù)采集和大數(shù)據(jù)分析，還可以實(shí)現(xiàn)對用戶智能用電和用電行為的分析，提供用能交互和用能增效的方案，進(jìn)一步提高用電效率[3]。

從HPLC通信角度，主要是提供并發(fā)通信的能力，以此來提升應(yīng)用層通信速率。主要從兩方面來并發(fā)：1)集中器與電能表之間不采用一問一答制，集中器可以同時抄讀多個電能表；2)每幀Q/GDW 1376.2—2013協(xié)議可以包含多幀電能表協(xié)議。

2.3 臺區(qū)停電主動上報

在HPLC子節(jié)點(diǎn)通信模塊中(如電能表STA、Ⅱ型采集器)配置超級電容，可實(shí)現(xiàn)低壓戶表停電。智能電能表斷電后，通過HPLC通信單元在規(guī)定時間內(nèi)將停電事件信息實(shí)時主動上報集中器并且在智能電能表復(fù)電后主動上報復(fù)電信息，集中器再上報給主站。主站可以根據(jù)上報的電能表停電信息，結(jié)合系統(tǒng)檔案，及時準(zhǔn)確地定位故障類型和故障位置，并通知技術(shù)服務(wù)人員前往排除故障。由被動搶修變?yōu)橹鲃訐屝蓿岣咄ｋ姽收暇S修的準(zhǔn)確性、及時性，提升客戶服務(wù)保障能力。通過選取部分臺區(qū)測試，更換HPLC模塊后停電事件主動上報平均時長為37 s，上報準(zhǔn)確率可達(dá)到100%。

2.4 臺區(qū)電能表相位拓?fù)渥R別

若供電線路三相負(fù)荷不平衡，會增加臺區(qū)電力線路的損耗，產(chǎn)生零序電流，影響電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。輕則增加線路和配電變壓器的功率損耗，出現(xiàn)局部過熱，加速絕緣老化，降低設(shè)備壽命；重則會導(dǎo)致配電變電器或用戶用電設(shè)備燒毀等嚴(yán)重后果。通過HPLC通信單元配備的過零檢測電路，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別，集中器通過本地通信單元獲取電能表相位信息，為臺區(qū)三相不平衡治理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

基于大數(shù)據(jù)的相位識別功能：探索通過大數(shù)據(jù)的方式，分析出臺區(qū)內(nèi)節(jié)點(diǎn)間的拓?fù)潢P(guān)系及采集器下表計(jì)的相位信息；針對表計(jì)間拓?fù)潢P(guān)系的識別，由于下游節(jié)點(diǎn)的電流總和與上游關(guān)口節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)具有相關(guān)性，可以通過電流數(shù)據(jù)的高頻采集進(jìn)行相關(guān)分析；針對采集器下表計(jì)的相位識別，可以嘗試用集中器的分相電壓曲線與采集器下表計(jì)分相電壓的變化趨勢具有相關(guān)性的特點(diǎn)，通過電壓數(shù)據(jù)的高頻采集進(jìn)行相關(guān)分析；針對臺區(qū)內(nèi)所有表計(jì)的相位及拓?fù)潢P(guān)系，可以分析計(jì)算臺區(qū)及各個分支的線損數(shù)據(jù)，對各類竊電行為都可識別。

由此通過HPLC相位識別技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)自動識別臺區(qū)電能表相位，提高臺區(qū)用戶電能表相位信息的準(zhǔn)確性；能自動識別單相、三相電能表零火線接反，消除接線錯誤引起的安全隱患，降低安全風(fēng)險；為臺區(qū)分相負(fù)荷平衡、臺區(qū)線損和分相線損的計(jì)算提供信息支撐，提高供電營銷系統(tǒng)信息化、精益化管理水平[4]。

2.5 臺區(qū)戶變關(guān)系自動識別

臺區(qū)戶變關(guān)系是保證臺區(qū)線損計(jì)算正確的基本要求之一，利用HPLC的臺區(qū)自動識別技術(shù)，可以準(zhǔn)確判斷臺區(qū)下智能電能表所屬集中器，有效避免臺區(qū)串戶、跨臺區(qū)抄表等，提高臺區(qū)戶變關(guān)系準(zhǔn)確性，提高供電公司臺區(qū)線損合格率。

臺區(qū)戶變關(guān)系識別主要用于電力用戶臺區(qū)歸屬、戶變關(guān)系判斷及相位識別，為梳理臺區(qū)戶變關(guān)系、線損分析和臺區(qū)精細(xì)化管理提供真實(shí)、準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在日常線損管控中，通過采集成功率異常和線損合格率低的特征，在數(shù)據(jù)庫中篩選問題臺區(qū)進(jìn)行臺區(qū)識別業(yè)務(wù)，針對性地根據(jù)臺區(qū)戶變關(guān)系識別進(jìn)行線損和采集消缺。

HPLC通信模塊實(shí)現(xiàn)臺區(qū)戶變關(guān)系自動識別，主要是利用不同臺區(qū)、不同負(fù)荷導(dǎo)致的工頻周期差異，通過比對全網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的工頻周期等數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確判斷電能表的供電臺區(qū)，給出準(zhǔn)確可靠的臺區(qū)歸屬，可有效輔助供電企業(yè)對計(jì)量自動化系統(tǒng)檔案的管理，為線損治理、臺區(qū)負(fù)載均衡提供準(zhǔn)確的依據(jù)。

通過HPLC臺區(qū)戶變關(guān)系自動識別技術(shù)，可以解決由于臺區(qū)歸屬關(guān)系混亂引起的臺區(qū)抄表成功率低、臺區(qū)線損計(jì)算不準(zhǔn)確等問題；可以有效替代臺區(qū)識別儀，甚至現(xiàn)場停電人工判定臺區(qū)歸屬關(guān)系的方式，實(shí)現(xiàn)自動判定臺區(qū)歸屬。

3 HPLC在智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集中的實(shí)踐應(yīng)用

HPLC采用OFDM自適應(yīng)調(diào)制方式、并發(fā)抄表技術(shù)，將給定信道分成若干相互正交的子信道，將高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成并行低速子數(shù)據(jù)流，在每個子信道上進(jìn)行調(diào)制，各子信道數(shù)據(jù)并行傳輸。正交信號可以通過在接收端采用相關(guān)技術(shù)來分開，減少子信道間的相互干擾，即使在信道受嚴(yán)重干擾時，也能夠切換到抗干擾能力好、速率高的調(diào)制方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸[5]。

3.1 數(shù)據(jù)測試方法及場景說明

試點(diǎn)臺區(qū)為高層小區(qū)，臺區(qū)負(fù)荷較穩(wěn)定，峰谷用電明顯，每個臺區(qū)變壓器都是在單元樓地下室通過電纜進(jìn)入電井入戶，現(xiàn)場信號強(qiáng)度穩(wěn)定且相當(dāng)，臺區(qū)臺戶關(guān)系正確，不存在跨臺區(qū)抄表的情況。數(shù)據(jù)采集通過用電信息采集系統(tǒng)對單戶數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)抄記錄數(shù)據(jù)返回時間，取多戶平均值測算數(shù)據(jù)采集平均響應(yīng)時間。采集成功率分為日凍結(jié)采集成功率和點(diǎn)抄一次采集成功率，均以臺區(qū)為單位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。日凍結(jié)采集成功率為用電信息采集系統(tǒng)制定抄表任務(wù)，對每日0時電能表凍結(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行多次采集；最后，對臺區(qū)下電能表數(shù)據(jù)采集情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，點(diǎn)抄一次采集成功率為通過用電信息采集系統(tǒng)手動對臺區(qū)下所有電能表進(jìn)行數(shù)據(jù)單次隨機(jī)采集，統(tǒng)計(jì)電能表數(shù)據(jù)采集情況。臺區(qū)線損為臺區(qū)損耗電量與臺區(qū)供入電量的比值，合格臺區(qū)線損標(biāo)準(zhǔn)為0%～ 8%的線損率。

3.2 測試結(jié)果分析

所選的攀枝花某高層小區(qū)包含10個供電臺區(qū)，臺區(qū)大小和供電范圍相當(dāng)，通過測試采集平均響應(yīng)時間、臺區(qū)數(shù)據(jù)采集成功率、臺區(qū)線損合格率及停電上報和相位識別功能進(jìn)行分析。現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 高層居民小區(qū)測試數(shù)據(jù)

3.2.1 數(shù)據(jù)采集平均響應(yīng)時間

通過對攀枝花某高層居民小區(qū)10個裝有窄帶載波模塊的不同臺區(qū)的600戶進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集測試，數(shù)據(jù)采集通道均經(jīng)由集中器4G模塊連接用電信息采集系統(tǒng)主站，窄帶載波模塊系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集平均響應(yīng)時間為3.38 s，相同臺區(qū)更換HPLC模塊后系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集平均響應(yīng)時間為2.12 s，數(shù)據(jù)采集平均響應(yīng)數(shù)據(jù)提升37.28%。

3.2.2 采集數(shù)據(jù)質(zhì)量及成功率

選取攀枝花某高層居民小區(qū)10個臺區(qū)，共計(jì)安裝的600塊智能電能表進(jìn)行測試。數(shù)據(jù)采集通道均經(jīng)由集中器4G模塊連接用電信息采集系統(tǒng)主站，在原窄帶載波通信時，通過采集主站召測測試臺區(qū)日凍結(jié)數(shù)據(jù),平均一次采集成功率僅為83%，電壓、電流、停復(fù)電上報、相位識別等功能數(shù)據(jù)存在采集失敗或錯誤。全部更換為HPLC通信模塊后，平均一次采集成功率達(dá)到100%，每個臺區(qū)2 min內(nèi)可以完成一次采集數(shù)據(jù)的召測，抄表成功率100%，電壓、電流、停復(fù)電上報、相位識別等功能應(yīng)用良好。

3.2.3 臺區(qū)線損合格率

選取攀枝花某三供一業(yè)老舊改造臺區(qū)，結(jié)合用電信息采集系統(tǒng)抽取臺區(qū)線損不合格臺區(qū)10個，開展HPLC模塊在臺區(qū)線損中深化應(yīng)用。在全部更換為HPLC通信模塊后，臺區(qū)采集成功率基本穩(wěn)定在100%，臺區(qū)分相線損計(jì)算正常。結(jié)合用電信息采集系統(tǒng)HPLC深化應(yīng)用數(shù)據(jù)分析判斷，通過現(xiàn)場核實(shí)其中3個臺區(qū)線損由不合格達(dá)到合格，3個臺區(qū)戶變關(guān)系錯誤，1個臺區(qū)存在竊電情況。

4 結(jié) 語

綜上所述，HPLC技術(shù)能夠提高實(shí)時性、通訊速率、抗干擾性、可靠性、安全性、穩(wěn)定性。在建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)過程中，能夠保證實(shí)時、高效、安全、穩(wěn)定、可靠的數(shù)據(jù)采集要求，有效提升臺區(qū)采集成功率及臺區(qū)線損合格率，滿足臺區(qū)下用戶精細(xì)化管理、數(shù)字化管理、智能化管理的要求，保證低壓配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的水平，搭建用戶與電網(wǎng)溝通橋梁，極大地滿足了用電信息采集需求，實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的全面可持續(xù)發(fā)展。