宽带载波技术在智能用电小区用电信息交互中的应用探究

张 科，罗 建，李纯坚

（广东电网公司佛山供电局）

0 前言

电能直供到户是供电企业最重要的营销举措，这使得电能营销部门的电能抄算业务量成倍增长。采用新的远程抄表技术来改善用电管理和电能营销的装备水平、优化电能市场服务的技术手段是供电企业最紧迫的需求。

随着我国电力系统的改造深化，电力事业的迅速发展，电力已作为商品进入了市场，用电核算、用电收费以及相应的电能电量的计算计费系统的控制盒管理有待进一步改造和完善，为此，国家电力总公司做出了在全国范围内用三至五年时间实现“一户一表、集中抄表”的战略部署。由此可见电表集抄、远程管理是市场发展的必然趋势。

1 电力行业远程集中抄表系统（AMR）现状分析

目前，电力企业对居民电表的远程集中抄表系统，普遍采用电话线、窄带电力载波、458线、无线或GPRS等组合的数据传输方式，如图1所示。

但这些方式都存在一些瓶颈。比如，由于低压电力线载波信道的特性随机性、时变性很大，非常地不稳定，窄带调制的低压载波表和配变集中器很难保证点亮或控制数据的可靠传输。电话线传输为较早使用的方式，其缺点在于需要额外申请较多电话线路及费用且传输速度慢，不能实现多线程的数据上传，连接话费时间长，带宽窄。GPRS模式是现今采用最多的一种数据传输模式，但电力企业须先行采购SIM卡，同时还得租用移动运营商的GPRS基站，采用此方式，投资大、误码率高，且无线模式的稳定性受天气影响较大，无法始终做到实时集抄。

成本偏高、施工量大，或带宽过窄、实时性差、稳定性不高、维护工作量大等原因，使得以上方式难以适用于点多面广的远程抄表系统，且无法实现电力信息化及自动化的最终目标，因此，难以大范围推广。

2 智能用电小区试点研究

智能电网（Smart Grid）作为运用IT技术自动控制电力供求平衡的第二代供电网，主要利用能够进行双向通讯的智能电表（Smart Meter），即时掌握家庭电量和电力消费等信息。电力企业也可以通过智能电表控制空调运转等实现节能。因此，迫切需要解决从电力主站到智能终端的全面双向高速且安全的网络通讯手段，以及一个能向最终用电用户发布信息的快速、迅捷、广泛网络的互动平台。

高级量测架构（Advanced Meteting Infrastructure, AMI）则是这样一种在智能电表和电力公司之间的自动双向流通架构，旨在为电力公司提供实时的能耗数据，并且允许客户在使用时，以价格为基础，对能源使用作出明智的选择。因此，AMI是建立智能电网不可缺少的基础。

基于目前AMR现状以及对AMI的迫切需求，通过对几种现存应用于电力系统的抄表模式进行对比分析，佛山供电局设立专项资金投入到低压宽带载波通信的科研项目研究中，并着手建立试点小区，全面测试低压宽带载波通信技术在电力“用电信息采集”中的实际效果，加强宽带电力线通讯技术的研究，改变原有窄带载波电力线通讯技术的局限性的局面，同时优化通讯网络资源配置，减少投资并增强网络的可靠性，开展PLC技术在电力系统中得综合应用分析研究。

通过多种方案的比较以及对试点小区实际环境的勘察，目前由电力公司投资进行光纤环网到智能电表短时间建设的可行性并不高。因此，根据南方电网公司和中国联通公司签订的战略协议，利用中国联通公司的光纤环网资源来实现AMI的各项业务，同时利用Citiway公司提供Master设备完成对智能电表的覆盖，方案设计图如图2所示。

实施方案分为软、硬件两部分进行。

软件部分的实施主要是建立服务端、客户端的运行环境（操作系统均要求Windows ZP及以上）以及Java环境（包括数据库及插件的安装等）。配合使用司维特科技研发的可稳定通讯和快速、准确抄表的CRMS用电信息采集系统（以下简称“系统”）以及可通过电脑或3G手机远程登录查询的电力互动平台（以下简称“平台”）。

硬件部分的实施包括局端（即终端接入方）安装、局端配置和线路连接几部分。其中，局端安装工作将小区内所有局端通过网线或者光纤上联小区出口交换机；局端配置则是对局端IP、抄表成熟、设备分组号等进行规划配置；具体线路连接方法为，局端的四个端口分别为A，B，A，B提供两路输出，使用两芯线连接到分离器的进口。分离器出口，分为两路：高频信号线出口线串联所用上网用户入户线位置，使用耦合磁环将上网信号屏蔽在用户电力线路上，为用户提供高速上网服务。低频信号线出口串联所用用户电表458口，提供远程集抄服务。

3 试点成果

为验证整个佛山测试科研项目所获取数据的稳定性和准确性，分别对PLC通讯技术中的各项内容进行了测试，测试内容及结果分别如下：

1）远程集中抄表：整个系统每十分钟主动采集更新数据一次，（系统最小采集颗粒能达到一分钟），从而论证了整套系统的实时和便捷性。

2）远程单个用户点抄：通过系统单个用户点抄所得数据读数，与其楼内电表数据在同一时段进行校对比较，发现数据完全相同。同时计算出系统对单个用户点抄操作用时仅为4秒左右，从而论证了整个系统的准确与实时性。

3)PLC网络设备管理：通过系统拓扑管理系统，可以直观的发现整个在网设备的运行状况，通过各种颜色的标识，来区别设备运行状态，从而判断问题的所在，保证连接到所有在网局端设备运营正常稳定。

4)PLC家庭用电设备检测及控制：可通过系统读取到该用电设备的相关用电信息，并可对其进行断送电控制。

5）智能电表数据远程集抄：通过对系统功能模块的操作，可读取到单块智能电表的实时用电信息，以及自动生成电流、电压、电网频率等相关分析图

6）电力互动平台：用户可以登录平台，查询自家电表的实时读数，以及相关历史账单，并可定制相关短信通知服务。

图1 传统集抄结构组成

图2 利用公共网络实现AMI各项业务的方案设计图

4 未来展望

电力线通讯充分利用现有的配电网络基础设施，无需任何布线，是一种“nonewwires”技术，可以节省巨大的新增投资。基于宽带的电力线通讯技术可直接使用既有的电力传输网路，被视为在宽带服务通讯技术中最便捷、高速的接入方式之一。我们可以通过电力线提供的数据网，为用户提供电表集抄、高速上网、VoIP、数字电视、视频监控等服务。

目前，我国拥有全世界长度排名第二的电力输电线路，全国500kv和330kv的电力线路长达25094.16km，220kv线路107348.06km，回路110kv线路共计310000km，可绕地球近8圈。我国目前电话用户不到3亿，但用电用户已超过10亿，显然这连接10亿用户的既存电力线是提供上网服务的巨大物质基础，直接在覆盖全国的电力网络上架构互联网连接将比现在铺设光纤的方式节省大量的人力和物力。利用电力线通讯的便捷，除了现阶段可实现的电力线上网及数据通讯为未来更可轻松实现数据、语音、视频以及电力于一体的“四网合一”！更可以在智能家用电器控制、数字化社区服务、小区安防等领域大显身手。

[1] GB/T 17463-1998 远动设备及系统 第4部分：性能要求。

[2] DL/T 698.31 电能信息采集与管理系统 第3—1部分：电能信息采集终端技术规范—通用要求。

[3] DL/T 698.31 电能信息采集与管理系统 第3—5部分：电能信息采集终端技术规范—低压集中抄表终端。

[4] DL/T 698.41 电能信息采集与管理系统 第4—1部分：通信协议—主站与采集终端通信协议。

[5] DL/T 698.42电能信息采集与管理系统 第4—2部分：通信协议—低压集中器下行通信协议。

[6] 王智慧，李建岐，渠晓峰等，基于OFDM的低压电力线窄带载波通信技术及其应用，2011电力通信管理暨智能电网通信技术论坛论文集。