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浅析用电信息采集系统中采用的通信方式

范文

李慧+汪阳胤+刘树林

【摘要】用电信息采集系统的搭建，既是智能电网的基石，同时也促进了智能电网的发展，对电力公司依靠智能电网进行应用深化有着重要意义。我国目前已经全覆盖用电信息采集系统，但由于幅员辽阔，南北、东西的差异很大，所以很难用一种技术手段实现用户用电信息的全覆盖，针对不同的地域，需要各地供电公司结合自身情况，选用与之匹配的通信手段，本文浅析了目前我国智能电网上常用的通信技术，包括低压电力线、中压电力线、无线通信技术，以上方案均有效提高了用电信息采集成功率。

【关键字】用电信息采集电力载波无线通信

一、引言

智能电网可以汇总分布式电源技术，因此其被认为是面向主动配电网的基础，伴随着智能电网的蓬勃发展，智能电网也需要更加高级的技术手段来增强智能化。在当今的智能电网中，用户用电采集系统得到极快的发展，不仅因为它与每个用户息息相关，同时，用电信息采集系统也是国家电网对自身实力提升的一种体现，迄今为止，国家电网的采集系统已经融合了目前世界上各种先进的现代科学技术，例如微波理论、控制技术、通信理论、信息理论等等，在这个庞大的电力网络中，通过安装各种先进的智能仪器仪表和电子传感器，使每一个电力用户接入到网络中，国家电网公司在数据交互的过程中获取电网的运行状态，实现电网的自动采集和监控，完善自身数据库，不仅为提高自身服务水平提供指导方向，也为国家配电网的全局智能化提供坚实的数据支撑。

针对不同地区的用电信息采集，需要使用不同的技术手段，下文逐步分析各种通信技术的技术特点和应用范围。

二、窄带电力线载波

电力线载波通信PLC（Power…Line…Communication）是以电力线为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种通信方式[1]，它以电力线作为传输介质，通过采用不同的调制手段、提高性噪比，降低信号衰减。在我国，窄带电力线通信指的是工作频率在3KHz～500KHz的传输技术[2]，目前我国的窄带通信方案厂家主要使用FSK、BPSK等单载波调制，传输速率普遍都在10Kbps以下，传输过程中也易受到各种干扰信号的影响。

但是窄带载波所用理论简单、硬件成本低，对于低压自动抄表来说性价比极高，另外，窄带载波所用的路由蚁群算法，中继级别高，令窄带载波的抄表成功率很高，并且，普通的低压载波用户的数据量很低，对实时性也没有很高要求，综合考虑成本和性能，目前在我国的低压用户用电信息采集中，普遍采用的还是窄带载波方案。

目前使用窄带电力线载波技术的厂家：

三、宽带电力线载波

针对窄带电力线载波无法实现高速通信的问题，目前依靠宽带电力线载波开展的高速采集技术如火如荼，宽带载波能解决智能电网中的大数据深化应用，例如，负载投切、安全追踪、动态计费，全时段监控等。宽带电力线载波提供的巨大带宽，让整个智能电网的通信效率极大提高，理论计算物理层速率可以达到10Mbps，并且因为减少了数据的交互时间，也就是相对的减少了突发性脉冲噪声对信号的影响。宽带载波借鉴了TCP/IP的交互技术，在路由路径规划、节点组织和算法优化方面，有先天的优势，对于负载多变的电力线信号适应能力更强，但宽带载波使用的带宽和频率都很高，是否会对电力线上其他用电设备产生EMI干扰，由于目前宽带载波刚刚在国网范围内推广，这个问题还要长时间运行测试。

宽带载波在链路层使用了多种先进的加密算法，其通信安全性更高，从调制方式上看，宽带载波使用的OFDM/DMT多载波调制方式，能够自动规避禁用频段，在同频干扰下可通过跳频技术规避，相对算法更复杂。

硬件上，宽带载波多采用ARM体系架构，需要更高的主频速度、大数据处理能力。这使得宽带载波的软硬件成本超过窄带载波，但如果未来大批量应用宽带技术，整体价格会有一定回落。

目前国内应用宽带载波的厂家有东软载波、华为、鼎信通讯、友讯达等多家，关于宽带载波的实际测试与应用，在我国广东电网公司已经逐步开展。…

四、中压电力线载波

中压载波通信是利用10KV中压配电线作为传输通道的一种通信方式，广泛应用于电气自动化领域。在我国，10KV配电站的数量最多，分布也最广，不少山区、农村的变压器，均使用10KV电力变压器进行低压220V电力转换，但是偏远地区没有配备移动基站，因此采集集抄的上行线路就受到阻塞，如果采集数据无法上传到电力公司的采集系统主站，那么低压集抄系统就没有意义，中压载波即用于解决此问题。将无移动基站地区的数据，通过中压配电线路，将数据打包传输到有基站地区进行上行传输。

中压载波与普通低压载波的区别在于，由于中压载波需要借助10KV配电线，因此需要将低压上的载波信号通过耦合馈网发送到10KV线路上，这时需要注意高压隔离，同时中压载波与低压载波比较，噪声功率谱、配电线路阻抗可能有差异，这些都需要重新展开深入研究。图1为中载载波方案实施原理。

五、北斗采集系统

北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统（BDS），北斗系统由空间端、地面端和用户端组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航和授时服务，同时，北斗系统具备短报文通信能力。

在我国，坐落于峡谷中交通不便的水电站，既可能没有可靠的光纤通路，也未必有稳定的公网信号覆盖；而水电站因与其他节点的距离过远，无中继的电力线载波技术也可能无法通信，针对此种情况，往往只能选用北斗卫星系统完成数据交互。

北斗卫星系统具有无线发射链路，能够实时与北斗卫星进行信息传输，上行链路无需地面通讯基站配合，通讯设备对外部环境要求也不高，抗干扰能力强，但北斗RDSS系统运行成本高，发送报文长度短，只适用于重要节点的小数据交互，因此无法对偏远地区的用户表提供大范围的组网服务。

北斗卫星系统每分钟可以收发一个报文，报文长度120个字节，对于数据量不大的小型水电站，完全能够满足使用要求，图2为北斗系统运用于用电信息采集系统的方案原理。

六、无线专网

尽管载波集抄的性价比很高，但是有时候，多个台区交叉，载波串扰严重，使用低压载波抄表难以保证抄表的稳定性，此时可以考虑微功率无线通信技术，微功率无线技术不需要额外铺设电缆，安装简单，同时不受电网特性影响，可以方便的对跨台区，复杂用电环境进行快速抄表。

我國有些省市、例如北京、山东部分地区采用了无线专网进行数据采集。下表比对了几款目前常见的无线通信技术：

当无线专网的频段有其他设备使用时，例如遥控车库门，会对集抄产生影响，其障碍物的穿透性也没有载波集抄性能好，易受楼房遮挡，影响通信链路。因此在使用时需根据自身环境特点，选择合适技术手段。

七、结语

本文根据现场抄表应用的经验，总结出了当前在国家电网用电信息采集系统中常用的采集手段。通过各个技术方案的综合运用，能够实现国网公司提出的“全覆盖、全采集”目标，但因为不同环境、地区的应用仍有不同，具体方案的实施仍然要具体分析，区别对待。

参考文献

[1]…鲍琳.低压电力线载波通信模拟实验系统设计[D].…哈尔滨：哈尔滨理工大学，2007

[2]…胡开文.基于HomeplugGreenPHY的电力线载波通信单元的研究与实现[D].…长沙：湖南大学，2016

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