洪晶晶許崇杰

（1.國網(wǎng)浙江電力有限公司臺州供電公司，浙江 臺州 318001；2.華立科技股份有限公司，浙江 杭州 310023）

0 前言

近年來，隨著我國用電信息采集系統(tǒng)低壓遠(yuǎn)程抄表的日益推進(jìn)，低壓集抄已經(jīng)順利完成了全覆蓋的計劃且自動抄表電量覆蓋率也已達(dá)到99.9%以上。同時低壓集抄中最重要的載波技術(shù)也在飛速發(fā)展，電力線通信頻率范圍從3kHz ～500kHz的窄帶載波向2.4MHz ～5.6MHz、2.0MHz ～12.0MHz、0.7MHz～3.0MHz以及1.7MHz～33.0MHz的寬帶載波邁進(jìn)，數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到數(shù)百千比特率（kbps）至幾兆比特每秒（Mbps）。且電力線在高頻段的噪聲相對較弱，與低頻段相比，其通信的可靠性和穩(wěn)定性顯著提升。

目前，我國低壓集抄技術(shù)以及基礎(chǔ)建設(shè)應(yīng)對當(dāng)下自動抄表電量的需求已呈現(xiàn)出冗余的情況。因此，為了能充分利用已有設(shè)備資源，實現(xiàn)最終經(jīng)濟(jì)效益和服務(wù)效益的最大化，迫切需要加大數(shù)據(jù)采集頻次，利用高頻數(shù)據(jù)對業(yè)務(wù)進(jìn)行深加工，擴(kuò)大應(yīng)用場景，為下一步現(xiàn)貨交易推向居民側(cè)及居民需求側(cè)響應(yīng)進(jìn)行技術(shù)層面的試點及可行性分析。

1 HPLC的高級應(yīng)用

國家電網(wǎng)公司用電信息系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示，分為主站系統(tǒng)、通信信道以及現(xiàn)場設(shè)備3個部分。目前主要采用的通信技術(shù)包括4G、470 MHz、230 MHz專線、HPLC以及RS485等，其中應(yīng)用最廣泛的是電表與采集設(shè)備之間通過HPLC方式進(jìn)行通信。全國各地陸續(xù)開展了一些載波技術(shù)高級應(yīng)用的研究，可實現(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)自動識別以及查竊分析等功能，下文介紹幾種較為成熟的載波高級應(yīng)用。

1.1 通信模塊互聯(lián)互通

與PLC相比，HPLC除了可以提升通信速率以外，還可以實現(xiàn)不同供應(yīng)商間模塊的互聯(lián)互通，不影響上一層的數(shù)據(jù)應(yīng)用業(yè)務(wù)，從而解決了實際使用過程中的設(shè)備統(tǒng)一調(diào)配、統(tǒng)一維護(hù)的問題[1]。根據(jù)國網(wǎng)電子商務(wù)平臺的公開信息進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果見表1。通過圖2可以看出，目前國內(nèi)HPLC供應(yīng)商整體數(shù)量偏多，對供應(yīng)商的管理上存在一定困難。隨著整體行業(yè)廠商份額集中度不斷提升，后續(xù)因業(yè)務(wù)需要極有可能會逐步減少供應(yīng)商數(shù)量，為基層一線實際使用帶來方便，提升供應(yīng)商的服務(wù)綜合水平。

表1 HPLC方案商名單

圖 1 用電信息采集系統(tǒng)

1.2 臺區(qū)負(fù)荷數(shù)據(jù)監(jiān)測

HPLC數(shù)據(jù)采集在保證原來1 d/次的日凍結(jié)數(shù)據(jù)采集及每臺區(qū)不超過20只重點用戶小時電壓電流數(shù)據(jù)的抄到率基礎(chǔ)上，將采集頻率提升到1次/h、1次/15 min，甚至1次/1min。同時利用高頻數(shù)據(jù)采集的特點，可以對臺區(qū)下每只電表的電能數(shù)據(jù)進(jìn)行分析[2]。

通過對臺區(qū)下所有電表的電壓、火線電流以及零線電流的高頻采集進(jìn)行電壓比對和電流比對，從而來判斷電表是否出現(xiàn)采樣通道故障、電壓基準(zhǔn)故障、主CPU與計量芯片通信故障等問題：1）如果電壓采樣通道發(fā)生故障，則電壓測量值也會出現(xiàn)異常，可通過電壓比對發(fā)現(xiàn)異常。2）如果某一路電流采樣通道發(fā)生故障，則零火線電流測量值會不一致，可通過電流比對發(fā)現(xiàn)異常。3）如果2路電流采樣通道都發(fā)生故障，2路電流的誤差一般也不會完全一致，可通過電流比對發(fā)現(xiàn)異常。4）如果計量芯片基準(zhǔn)電壓發(fā)生故障，則電壓、電流測量值都會出現(xiàn)偏差，可通過電壓比對發(fā)現(xiàn)異常。5）如果主CPU與計量芯片通信發(fā)生故障，那么電能表會通過事件記錄、輸出特征電壓以及應(yīng)答否認(rèn)等方式進(jìn)行提示，通過采樣電表的事件以及采樣的成功率可以發(fā)現(xiàn)異常。

1.3 用電異常數(shù)據(jù)監(jiān)測

定時抄讀臺區(qū)下所有電表的上10次停電次數(shù)以及停電記錄，通過邊緣計算App統(tǒng)計所有電表的停電次數(shù)，挑選出停電次數(shù)異于臺區(qū)內(nèi)其他電表的電表進(jìn)行進(jìn)一步分析。抄讀停電次數(shù)異常電表的停電記錄，計算出停電時長T。如果停電時長T大于閾值Y，則認(rèn)為是有效停電時間，對這些電表的有效停電時長T進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，如果有電表的停電時長T有效且與其他電表不存在停電時長相近的關(guān)系，則判斷為用電異常或有竊電行為。

智能電能表、II型采集器上的HPLC模塊作為通信子節(jié)點，均配置了超級電容，可實現(xiàn)低壓戶表停電的功能。當(dāng)電壓回路發(fā)生掉電時，HPLC模塊上管腳電平拉高，并在規(guī)定時間內(nèi)將停電事件信息實時上報至主節(jié)點。主節(jié)點一般指集中器，由集中器再上報至計量自動化主站，主站根據(jù)上報的內(nèi)容進(jìn)行研判，與相鄰的子節(jié)點、主節(jié)點進(jìn)行比較，確定是有效停電還是無效停電，及時準(zhǔn)確定位故障類型和故障位置，并通過95598系統(tǒng)和相關(guān)臺區(qū)管理員在客戶反饋停電信息之前實現(xiàn)主動服務(wù)，排除相關(guān)故障。由被動搶修向主動搶修轉(zhuǎn)變，提高停電故障維修的準(zhǔn)確性、及時性，提升客戶服務(wù)保障能力。經(jīng)過現(xiàn)場實測，HPLC方案停電事件主動上報平均時長為35 s，上報準(zhǔn)確率達(dá)到99.99%以上。

針對用電異?？赡艽嬖诘膯栴}對現(xiàn)有698協(xié)議進(jìn)行擴(kuò)展，見表2。部分告警事件由集中器完成本地邊緣計算后產(chǎn)生告警事件，不僅可以減少主站大量數(shù)據(jù)研判的工作量，而且還可以提高故障處理的有效率。擴(kuò)展事件內(nèi)容如下。

表2 擴(kuò)展告警事件

1.4 檔案同步流程

通過定時（默認(rèn)每日20：00）自動啟動自動搜表，電能表及采集器等相關(guān)信息通過載波通道注冊到集中器模塊上。此時，終端會啟動測量點信息與路由搜索到的電能表信息進(jìn)行檔案同步比對的工作，對終端內(nèi)不存在測量點的地址進(jìn)行存儲，同時啟動告警上報至計量自動化系統(tǒng)。計量自動化系統(tǒng)也會主動召測集中器內(nèi)計量點信息與營銷系統(tǒng)原始檔案進(jìn)行比對，如果差異過大，就需要人工核實是否存在現(xiàn)場重新劃分臺區(qū)或現(xiàn)場批量輪換導(dǎo)致信息未及時更新的問題，如圖2所示[3]。

圖2 集中器自動搜表流程

1.5 臺區(qū)電能表相位拓?fù)渥R別

技術(shù)原理：載波模塊具備采集過零NTB信息的功能，主節(jié)點模塊定時采集從節(jié)點模塊的過零NTB信息，從而與自身的過零NTB信息進(jìn)行比對，生成從節(jié)點的相位信息和零火線接線狀態(tài)，并存儲在本地。

圖3 測試系統(tǒng)硬件框圖

通過HPLC通信模塊內(nèi)置的過零檢測點路，在正常搜表、定時抄表的過程中可實現(xiàn)電能表、采集器相位的智能識別功能，集中器模塊內(nèi)會產(chǎn)生電能表的相位信息，主站可通過配置定時任務(wù)的方式進(jìn)行主動上報和定時更新。

通過載波技術(shù)的相位拓?fù)淇梢耘袛?A、B和C 三相相位及線路拓?fù)潢P(guān)系，有助于提升治理配網(wǎng)三相不平衡及線損分相的水平。能自動識別接線是否存在錯誤，消除安全隱患，降低安全風(fēng)險，從而提高供電營銷系統(tǒng)信息化、精益化管理水平。

1.6 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)線損計算正確的關(guān)鍵要素之一，目前比較可行的是采用HPLC模塊自動識別法、停電研判法、大數(shù)據(jù)分析法及注入小電流信號法等方法。

1.6.1 HPLC自動識別法

HPLC自動識別法主要利用不同臺區(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)點的工頻周期等數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確判斷電能表的供電臺區(qū)。采用的算法由通信模塊提供，主站采取定期（默認(rèn)1h）輪詢的方式進(jìn)行信息更新。

優(yōu)點：成本低，無須更換任何設(shè)備。

缺點：識別時效性不高，識別準(zhǔn)確率不到60%。

1.6.2 停電研判法

停電研判法通過主動停電法和被動停電法來判斷是否存在跨臺區(qū)現(xiàn)象。通過收集電能表停電上報記錄來進(jìn)行研判。

優(yōu)點：方法簡單、有效。

缺點：影響客戶的用電體驗。

1.6.3 大數(shù)據(jù)分析法

通過大數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤、分析，主站下發(fā)任務(wù)，由集中器不停地主動去輪詢驗證戶變關(guān)系路徑。

優(yōu)點：對現(xiàn)場影響較小。

缺點：運算量極大，識別率大約為75%。

1.6.4 注入小電流法

注入小電流法通過HPLC模塊外置搭建電流發(fā)送接收裝置，并注入微電流信號以實現(xiàn)信號傳輸?shù)墓δ堋?/p>

優(yōu)點：識別準(zhǔn)確率高，可達(dá)到99%以上。

缺點：需要更換現(xiàn)有HPLC模塊，會產(chǎn)生一定替換成本，目前售價偏高，整體性價比不高。

2 測試方案

從上述的幾個應(yīng)用項目可以看出，載波的高級應(yīng)用主要使用載波的高頻采集技術(shù)、相位識別技術(shù)以及自動搜表技術(shù)。因此針對以上3個技術(shù)設(shè)計以下3個測試方案。

2.1 邊界測試

通過測試得出載波的最大帶載能力以及載波抄表速率，以判斷評估該載波方案是否可以支撐高級應(yīng)用項目中高頻采集數(shù)據(jù)的時效性和完整性。

2.1.1 正常情況下載波的極限最大帶載能力

式中：Tn為統(tǒng)計下掛表數(shù)抄表所需要時間的平均值的和；n為統(tǒng)計的總次數(shù)。

2.1.2 載波信號異常狀態(tài)下極限帶載能力

在2.1.1的測試模型上增加強電隔離衰減器，通過設(shè)置衰減值改變電表的組網(wǎng)情況。測試不同個數(shù)電表接入的測試場景下的抄表成功率。

測試目的：測試在衰減環(huán)境下的最大可接入表數(shù)量。

測試點：根據(jù)不同的臺區(qū)環(huán)境，對城區(qū)、農(nóng)村以及城鄉(xiāng)結(jié)合部3種典型環(huán)境下的線路衰減幅值進(jìn)行模擬，通過不同個數(shù)電表接入的測試場景，測試不同的抄表成功率。測試內(nèi)容的第一步～第七步同2.1.1。接下來，將不同衰減下的抄表成功率進(jìn)行比較，從而判定現(xiàn)場臺區(qū)理論最大可接入電能表的數(shù)量。

2.1.3 正常情況下載波抄表速率

測試目的：測試載波通信所需要的時間。

測試點：通過交互不同長度的報文，測試載波的通信時間。

測試內(nèi)容：1）控制測試裝置上電。2）將被測終端接入測試網(wǎng)絡(luò)內(nèi)。3）統(tǒng)計10萬條20 B報文成功通信的時間，通過計算得出平均1條報文通信所需要的時間。4）統(tǒng)計10萬條50 B報文成功通信的時間，通過計算得出平均1條報文通信所需要的時間。5）統(tǒng)計10萬條255 B報文成功通信的時間，通過計算得出平均1條報文通信所需要的時間。

說明： 第三步是模擬抄讀正常數(shù)據(jù)所需要的時間。第四步是模擬抄讀停電記錄、負(fù)荷記錄等特定項目需要的大數(shù)據(jù)所需要的時間。第五步是模擬載波文件傳輸（遠(yuǎn)程程序升級）所需要的時間。

2.1.4.載波信號異常狀態(tài)下載波抄表速率

在2.1.3的測試模型上增加強電隔離衰減器并對其進(jìn)行測試。測試目的：測試在衰減環(huán)境下載波通信所需要的時間。測試點：根據(jù)不同的臺區(qū)環(huán)境，對城區(qū)、農(nóng)村以及城鄉(xiāng)結(jié)合部3種典型環(huán)境下的線路衰減幅值進(jìn)行模擬測試。

測試內(nèi)容：1）第一步～第五步同2.1.3。2）將不同衰減下的抄表成功率進(jìn)行比較，從而判定現(xiàn)場臺區(qū)理論最大支持抄表數(shù)量、高頻數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)內(nèi)容以及有效程序升級數(shù)。

2.2 相位拓?fù)渥R別測試

搭建一個測試環(huán)境，分別在A、B和C相接入不同數(shù)量的電表。通過載波的相位識別功能采集各個電表的相位信息。

測試目的：驗證載波相位識別技術(shù)的準(zhǔn)確性。

測試點：通過模擬現(xiàn)場的干擾環(huán)境、調(diào)整電壓的環(huán)境等手段來測試不同情況下載波的相位識別能力。

測試內(nèi)容：1）控制測試裝置上電。2）將被測終端接入測試網(wǎng)絡(luò)內(nèi)。3）將終端采集回來的電表相位與實際電表相位進(jìn)行比對，計算得出一個準(zhǔn)確率。4）調(diào)節(jié)A、B和C電壓的大小以及相位角度的變化。5）將終端采集回來的電表相位與實際電表相位進(jìn)行比對，計算得出一個準(zhǔn)確率。6）在通信鏈路中加入強電隔離衰減器，設(shè)置不同的隔離衰減值，便于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)區(qū)分出各個層級，以便于驗證中繼相關(guān)功能，中繼級別不少于3級（路由模塊為0級）。7）將終端采集回來的電表相位與實際電表相位進(jìn)行比對，計算得出一個準(zhǔn)確率。

2.3 搜表功能測試

通過載波的搜表功能，將終端統(tǒng)計搜表情況與實際電表進(jìn)行比對。

測試目的：驗證載波的搜表技術(shù)的完整性和準(zhǔn)確性。

測試點：通過模擬現(xiàn)場的干擾環(huán)境以及增加一些非臺區(qū)的電表等手段來測試不同情況下載波的搜表能力。

測試內(nèi)容：1）控制測試裝置上電。2）將被測終端接入測試網(wǎng)絡(luò)。3）將終端得到的搜表電表信息與實際電表進(jìn)行比對，計算得出一個搜表準(zhǔn)確率。4）在通信鏈路中加入強電隔離衰減器，設(shè)置不同的隔離衰減值，增加個別電表的中繼等級。5）將終端采集回來的電表相位與實際電表相位進(jìn)行比對，計算得出一個搜表準(zhǔn)確率。6）給非本臺區(qū)電表上電，查看是否會被載波誤報。7）將終端采集回來的電表相位與實際電表相位進(jìn)行比對，計算得出一個搜表準(zhǔn)確率。

3 結(jié)語

綜上所述 ，HPLC技術(shù)能夠提高抄表效率，可在一定程度上提升目前非抄表外業(yè)務(wù)的支撐能力。隨著電網(wǎng)營配融合程度的提升以及精品臺區(qū)試點建設(shè)的有效推進(jìn)，一方面需要提升HPLC的抄表業(yè)務(wù)方案的設(shè)計水平，增加抄表數(shù)據(jù)內(nèi)容項，另一方面要利用數(shù)據(jù)分析處理能力為具體業(yè)務(wù)提供更加有效的支撐，滿足臺區(qū)精細(xì)化管理、數(shù)字化要求以及智能化水平的要求，保證低壓配電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行的水平，極大地滿足用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)的需求，實現(xiàn)更多、更好地為客戶服務(wù)的電網(wǎng)宗旨。