智能電網用電信息采集系統(tǒng)中的寬帶通信技術

　　引言

　　按照國家電網公司2009年發(fā)布的“建設堅強智能電網”規(guī)劃，我國智能電網建設將包含發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調度共六個環(huán)節(jié)，具有信息化、數字化、自動化、互動化的技術特征，到2020年，中國電網的資源配置能力、安全穩(wěn)定水平，電網與電源和用戶之間的互動性得到顯著提高?？梢?，如何有效搭建用戶與電網之間溝通橋梁，提供安全可靠的用電信息采集服務，是實現電網數字化、自動化、互動化的基礎，同時也是電力公司增強電網綜合服務能力，滿足互動營銷需求，提升服務水平的必然要求，可以預見用電信息采集系統(tǒng)將在我國智能電網配用電部分建設中起到至關重要的作用。

　　用電信息采集系統(tǒng)依托光纖、無線和電力線載波等通信技術構筑的網絡，通過采集器、集中器、智能表計、用戶智能交互終端等設備，在用戶和電網公司之間形成網絡互動和即時連接，從而實現電力、信息、應用數據的高速傳輸和遠程家電控制等功能。相對其它通信技術，寬帶電力線通信技術采用低壓電力線作為傳輸介質，具有線路資源豐富、傳輸速率高、網絡建設成本低等技術優(yōu)勢，有望在未來用電信息采集系統(tǒng)的網絡建設中發(fā)揮重要的作用。

　　1智能電網用電信息采集系統(tǒng)應用現狀

　　近年來，各地供電公司根據各自的應用需求，也陸續(xù)開展了智能電網用電信息采集系統(tǒng)的試點建設，在負荷預測分析、電費結算、需求側管理、線損統(tǒng)計分析、反竊電分析及供電質量管理等業(yè)務中取得了一定的效果。然而，調研和分析結果表明：這些僅僅作為試點建設的智能電網用電信息采集系統(tǒng)規(guī)模小、分散孤立，總體采集覆蓋率低，只占到電網公司經營區(qū)域內電力用戶總數的不到5%，離上述的總體目標還相差甚遠，無法滿足公司系統(tǒng)各層面、各專業(yè)準確掌控電力用戶信息的需求。

　　究其原因，已經試點建設的智能電網用電信息采集系統(tǒng)之所以沒有進行大規(guī)模的推廣應用，除了受系統(tǒng)規(guī)劃、標準建立、運行管理及資金投入等各方面因素制約以外，更重要的因素是電表數據采集系統(tǒng)的通信方式不能滿足現實的需求。

　　目前，國內現有的電力用戶抄表系統(tǒng)在從電表或采集終端到抄表集中器的本地通信方式上，大都采取的是485布線、窄帶低頻電力線載波或無線的通信方式。這些抄表系統(tǒng)或者是施工量太大，不方便大范圍實施(如485布線);或者是受電力線負載特性的影響較大，而造成通信信道的不穩(wěn)定不可靠(如窄帶低頻電力線載波)。而它們的共同弱點都是帶寬過窄、速率過低、實時性差、不能實現雙向快速通信等，因此已建系統(tǒng)的實用化程度低，無法滿足供電公司建設用電信息一體化采集平臺的需求，更不能滿足用電預付費、斷復電和防竊電等更高層面上的管理需求。因此，大多數供電公司沒有把握進行大范圍的推廣應用，現在仍以現場人工抄表為主。

　　因此，供電公司要打造適合于各層面、各專業(yè)共享的用電信息一體化采集平臺，能夠滿足線損的統(tǒng)計與計算、供電用戶用電負荷曲線分析和異常用電情況查詢，實現對電力用戶的遠程通斷電控制和預付費管理等更高的管理需求，就必須升級智能電網用電信息采集系統(tǒng)的通信方式，以確保系統(tǒng)的數據通信是實時的、快速的、可靠的、穩(wěn)定的。而如同其它工商業(yè)用戶信息與控制網絡一樣，網絡寬帶化將是是智能電網用電信息采集系統(tǒng)發(fā)展的必然方向。

　　2電力線寬帶通信的技術特點

　　電力線寬帶通信(BroadbandPowerLineCommunication，簡稱BPLC)技術，是以太網技術發(fā)展的分支。它采用先進的OFDM通信編碼技術，利用覆蓋范圍最為廣泛的電力線作為高速數據通信的載體，可以免布線、低成本地實現用戶的數據終端接入寬帶通信網絡，適應了現代節(jié)約型社會的建設需求。國內寬帶PLC的應用起始于1999年原國家電力公司的科技項目，并在2001年由原國電通信中心組織開始采用BPLC產品，在北京居民區(qū)進行電力線上網試驗，隨后在北京正式開展電力線上網商業(yè)化試運營，在上海、南京、深圳等各地大中城市，也都相繼出現了推廣電力線上網的企業(yè)，使得全國的電力線上網用戶達到了近十萬戶。

　　國家電網公司“電力用戶智能電網用電信息采集系統(tǒng)建設領導小組”頒布的建設模式及技術方案研究報告中，將電力線寬帶載波技術列為居民用戶用電信息采集本地通信的主要通信方式之一，指出“寬帶通信占用頻帶寬，數據傳輸速率高，數據容量大，雙向傳輸，無需另外鋪設通信線路，安裝方便、可以方便地將電力通信網絡延伸到低壓用戶側，實現對用戶電表的數據采集和控制”，認為“相對窄帶載波通信，寬帶載波安全性更好，通信可靠性更高，這種模式適合用戶電表集中的城市臺區(qū)，能夠通過網絡實現預付費功能。國家電網公司對該技術的科學評價，將極大地推動基于電力線寬帶通信”技術的電力用戶智能電網用電信息采集系統(tǒng)的大規(guī)模推廣應用。

　　電力線寬帶通信技術充分利用現有的配電網絡線路，無需布線，可以較大程度上節(jié)省網絡建設投資，符合我國建設節(jié)約型社會的宗旨，也是低成本實現用戶終端寬帶網絡化重要手段之一。因為傳統(tǒng)的以太網建設需要敷設大量的光纖和雙絞線，安裝大量的網絡交換設備。盡管光纖和雙絞線可靠性高，但施工量太大，而且安裝技術要求高，造成初裝成本高，目前尚不適宜于電力用戶計量終端網絡的建設。電力線寬帶通信以電力線為載體，覆蓋范圍廣、無需布線、建設投資小，而且終端連接方便，接入電源就等于接入網絡。因此，利用供電公司380V/220V低壓供電網絡，完全可以建立起從局端直達每個低壓用戶的端到端的寬帶通信網絡，既可以為供電公司遠程用電管理的各種應用提供統(tǒng)一的寬帶通信平臺，又可以為其它基于互聯(lián)網的社區(qū)、樓宇與家庭的諸多應用提供經濟實惠的寬帶傳輸手段。

　　3電力線寬通信在抄表領域與其他通信方式的比較

　　3.1抄表領域的主要通信方式

　　在抄表領域，本地通信信道的主要方式包括RS-485總線、窄帶電力線載波、寬帶電力線載波和短距離無線等。

　　(1)RS-485總線。RS-485是一種雙向、半雙工通信的工業(yè)總線標準，允許多個驅動器和接收器掛接在總線上，數據信號采用差分傳輸方式，具有較高共模范圍(-7V至+12V)。其優(yōu)勢在于資源消耗小，易于實現，成本低廉，信號傳輸可靠性高，因此得到了廣泛的應用。但每條RS-485總線上的終端數量有限，多臺設備共存時需要分級轉發(fā)，因此系統(tǒng)安裝調試復雜;因終端共用總線，任何一個節(jié)點故障都會導致總線無法通信，因此故障排查工作量大;RS-485總線的實現需要敷設專用線路，施工量大，容易遭受外部電磁干擾和人為破壞。

　　(2)窄帶載波通信方式。低壓窄帶載波通信技術是指載波信號頻率范圍≤500kHz的低壓電力線載波通信，數據傳輸速率較低。采用這種通信方式時無需另外鋪設通信線路，安裝方便、可以方便地將電力通信網絡延伸到低壓用戶側，實現對用戶電表的數據采集和控制，適應性好。因為電力線信道具有信號衰減大、噪聲源多且干擾強、受負載特性影響大特性，從而降低了低壓窄帶載波通信的可靠性，使其推廣應用遭遇一些技術障礙，需要在應用時采用軟、硬件技術結合完成組網優(yōu)化。因此低壓窄帶載波通信方式適用于電能表安裝位置分散、布線困難、用電負載特性變化較小的臺區(qū)，例如城鄉(xiāng)公變臺區(qū)供電區(qū)域、別墅區(qū)等。

　　(3)電力線寬帶通信方式。低壓電力線寬帶通信技術指載波信號頻率范圍>1MHz的低壓電力線載波通信。低壓電力線寬帶通信占用頻帶寬，數據傳輸速率高，數據容量大，雙向傳輸，無需另外鋪設通信線路，安裝方便、可以方便地將電力通信網絡延伸到低壓用戶側，實現對用戶電表的數據采集和控制，適應性好。因其采用較高頻率的載波信號，在電力線中信號衰減較快，因此在長距離通信中，可通過在適當條件下加裝中繼方式實現可靠傳輸。電力線寬帶通信所使用的頻段在電力線上干擾較少，通信可靠性更高、更穩(wěn)定，安全性更好，這種模式適合用戶電表集中的城市社區(qū)，能夠通過網絡實現預付費功能。

　　(4)無線通信方式。無線通信的頻段是工業(yè)科學醫(yī)療(ISM)頻段微功率，包括433MHz、868MHz(歐洲)、915MHz(美國)和2.4GHz，節(jié)點間的通信方式包括點對點、固定中繼和自組網等類型。無線通信方式主要包括ZIGBEE、微蜂窩及由這些技術衍生出來的類ZIGBEE等方式。無線通信的優(yōu)點在于安裝簡便，無需布線，適應性強。但因其標準不統(tǒng)一，實現方式各異，性能參差不齊。除了距離衰減外，建筑物、天氣、空間電磁干擾等外部環(huán)境變化都會對無線通信造成影響，因此無線通信方式在抄表領域的應用也必須根據現場環(huán)境，采用中繼、轉發(fā)、組網等方式來實現數據的傳輸，使其推廣受到阻礙，更適合于作為其他本地通信方式的補充形式。