基于HPLC技术的智能空气开关研制及应用

沈嘉平 刘惺惺 马青 吕一凡

摘要：HPLC是高速电力线载波，也称为宽带电力线载波，是在低压电力线上进行数据传输的宽带电力线载波技术。基于传统民用开关无法与电网公司进行交互的情况，根据电力载波系统全网覆盖的现状，利用电力线宽带载波通讯技术，将通讯模块、ESAM加密模块和计量模块进行整合，通过串接继电器进行分合控制，设计出基于HPLC的智能空开，与传统民用开关相比，无需依靠蓝牙、WIFI等通讯方式，仅依靠电力线即可有效实现精准用电负荷的数据监测分析和分钟级控制。

关键词：智能空开;HPLC;精准负荷;分钟级控制

1电网公司与低压用户交互背景概述

随着全社会用电负荷峰值不断突破记录，电网调峰压力日趋增长，亟待开拓更广泛的负荷调控手段，目前通过开展以高压用户为主体的需求侧响应达到了一定的成效，但低压需求响应由于无法实现精准负荷远距离自动控制，响应时段内不能做出及时有效的响应，一直以来无法大规模落实。而低压用户负荷曲线与电网负荷曲线高度匹配，峰值负荷时段相重合，其时间特性、可中断特性符合新型电力系统建设需求。单相费控电能表虽然具备响应控制能力，但其控制功能仅支持整户通断，不满足优质服务的理念，亟需寻找一种精准实时的负荷管理方式。

2 HPLC宽带载波技术简介

宽带电力线载波通信网络是以电力线作为通信媒介，实现低压电力用户用电信息汇聚、传输、交互的通信网络。宽带电力线载波主要采用了正交频分复用（OFDM）技术，频段使用2MHz-12MHz。与传统的低速窄带电力线载波技术而言，HPLC技术具有带宽大、传输速率高，可以满足低压电力线载波通信更高需求。

根据国家电网方面的消息，Q/GDW 11612-2016《低压电力线宽帶载波通信互联互通技术规范》是国际首个面向电力业务应用的宽带载波通信标准。该标准起草工作组于2014年正式成立，由中国电科院（国网计量中心）牵头，国网北京、天津、冀北、江苏、浙江等共同参与，并邀请海思、鼎信等社会企业共同讨论验证，历经多次工作组会议、标准修订、实验室方案验证和现场测试后最终确定标准终稿，由国家电网公司于2017年6月16日正式发布并实施。

3基于HPLC技术的智能空气开关

3.1 理论依据

将宽带载波与磁保持继电器结合应用，产品的核心技术是利用宽带 OFDM 的载波调制方式进行数据传输，由于其具有抗噪声能力强、传输速度快的优点，加上其工作频段所处的电力线环境干扰小、负载轻，所以它能更快更稳定的进行通信。该模块目前主要用于自动抄表领域，配合单相智能电表实现用户端的数据传输。

3.2 技术方案及原理

HPLC智能空气开关基于HPLC通讯技术，通过电力线宽带载波通道接收跳合闸指令实现对末端电路的智能精准跳合闸管理，通过计量芯片实时采集用户用电负荷数据，掌握用户的用电情况，结合HPLC宽带载波和磁保持继电器两个常用功能模块，通过ESAM安全加密模块与上行管理设备交互实现对终端用户的负荷控制管理。

该智能空开上行支持 HPLC通讯，通过HPLC通道接收跳合闸指令实现对末端电力线进行跳合闸管理;设备支持国网硬件数据加密处理，确保数据信息的安全性;具备短路过载保护能力;可以实现末端电路的智能精准管理及应用。

HPLC智能空气开关首次将电力线宽带载波通讯技术用于智能空开的通讯控制使用，与传统家用空开相比，传输距离远，传输速率稳定可靠，无需附加任何通讯线路，通过台区现有电力线即可实现信息数据的互联互通，台区集中器自动搜索智能空开物理地址，实现即装即用;首次将ESAM安全加密模块用于智能空开的数据安全保护使用，将国网硬件数据加密处理技术用于智能断路器的数据安全保护，通过网上国网App及营销采集系统传输加密数据，高效安全地保障用户实现一键式参与低压需求侧响应。

3.3 智能空开的应用

本产品与市面传统家用空开规格精准适配，易于改装，成本造价低，通过拉合闸可靠性试验，可靠性高，产品使用寿命久，同时可以通过响应补贴实现低压用户的闲置负荷补贴变现，销售渠道丰富，在国网体系内，可以迅速推广普及，完全具备市面流通潜力。

通过建立以智能空开为基础，以需求响应系统为平台，以网上国网App为渠道，以精准负荷为对象的一整套系统，嵌入“响应数据池”和“弹性指数”等数据分析应用模块，将参与响应的负荷纳入数据池，可监测接入系统的所有灵活可调负荷变化情况，以便于随时投入响应，并通过“弹性指数”直观反应响应负荷削峰水平。

可以实现对末端电路的智能精准管理及应用，实现自动响应，解决了低压用户需求侧响应过程中邀约后无法远程遥控的问题，并具备个性化服务功能，用户可根据自身需求，自由选择需求响应负荷，同时具备远程停送电控制和本地机械拉合闸双重功能，用户可根据实际用电需求情况，自由选择响应时间。

4 HPLC智能空开应用成效

智能空开推出市场后，短期来讲，通过产品应用，用户实现闲置负荷的智能化精准管理，电力企业实现削峰填谷，节能减排，提升社会综合能效。

中期将促进完善电网邀约式需求响应管理，通过产品应用，可唤醒全社会“沉睡的资源”，释放灵活的可调节用电负荷，电力企业将实现减少输配电基建投入成本，支撑区域电网由能源精细开发向精细使用转变，由刚性投资向提升电网辅助服务水平、满足电量增长的柔性投资转变，同时，低压用户闲置负荷参与响应实现节能减排，实现电力企业与低压用户的效益双赢。

通过产品的应用后期将形成大量有效的需求侧电力数据，能够作为电网公司的电力数字资产，丰富数据库，为未来的电力交易与综合能源服务业务发展提供重要支撑。

5 结语

本装置是缓解电网调峰压力，支撑以新能源为主体的新型电力系统建设的创新应用，是畅通低压用户需求侧响应通道，实现精准实时的负荷识别与控制的重要枢纽，产品客户定位为参与需求侧响应的所有低压用户，通过与电力用户达成需求响应共识，利用先进的通讯和智能技术，调动低压用户的闲置负荷，降低需求侧尖峰负荷，增强电网度峰能力，可大大缓解用电高峰时期负荷压力，达到削峰填谷，节能减排，提升设备利用率，减少输配电基建投入的效果，为全方位向能源互联网演进，贡献巨大产品价值，对推动新型电力系统的建设具有极为重要的现实意义。

参考文献：

[1]温新，陈贤霞.基于一种载波转换器实现电能信息的远程采集[J].电工技术，2021（06）：109-110.

[2]周湛，沈鑫.基于电力载波与WIFI通信的电表模块研究[J].数据通信，2019（06）：13-17.