采用通信新技术，解决本地通信技术瓶颈------重构省级电网用电信息采集系统的基础

采用通信新技术，解决本地通信技术瓶颈------
重构省级电网用电信息采集系统的基础

中国现代电网量测技术高端论坛

张春晖

2016年2月10日

国网2016年计量重点工作要求:研究新一代
用电信息采集系统架构。
2008年9月，国网启动了"计量，抄表，收费标准化建设"项目研究工作，随后提出省级电网用电信息采集系统以"全覆盖，全采集，预付费"作为建设总目标。
从2010年系统工程开始，经过5年的实施，2014年江苏电网率先建成省级电网用电信息采集系统，预计2016年各省级电网将实现用电信息采集基本全覆盖，国网总采集覆盖率达到95,5%，采集用户37758万户。
为什么省级电网用电信息采集系统尚未全面建成，现在提出该系统需要重构？
究其原因，主要是目前的省级电网用电信息采集系统，存在早期系统设计缺失，本地通信技术瓶颈，不适应新提出的系统功能，"四表合一采集" 的需求。其中，本地通信技术瓶颈一时难以解决。
由此，本文将汇总叙述近两年来推出的有关通信新技术，供
重构省级电网用电信息采集系统时，解决本地通信技术瓶颈的参考。
这里，首先提出未统一规范的问题，本地通信新技术需要在哪些不同的采集周期内，实现自动抄表成功率100%，才能满
足新一代系统不同功能的需求？本文建议:
•采集周期为24h，系统基本功能，用于按月抄表收费，计算电网月线损率。
•采集周期为3h，有些省级电网计算电网日线损率。
•采集周期为0.5h，用于远程预付费。用户缴纳欠费后，保证0.5h内，将"合"指令送到电表，操作负荷开关后用电。
•采集周期为15min,用于:
低压电网故障预警，报警，自愈。
用户需求响应。
低压电网电能质量指标在线监测，报警。
本文下面叙述内容包括:宽带电力线载波通信技术，关注双模通信技术之争，窄带电力线载波通信技术瓶颈低成本解决方案。
1,宽带电力线载波通信技术应用研究正在热起来

宽带电力线载波通信技术应用研究正在热起来，重点在配网通信、智能家居、智慧城市、用电信息采集系统本地通信、能源互联网通信支持平台。

1）国网营销[2014]82号、国网营销[2015]53号文都提出宽带电力线载波通信技术研究与应用试点的要求。

2）2015年，重庆电力率先招标120万棵宽带载波芯片、江苏电力也招标几十万棵宽带载波芯片，开展宽带电力载波通信方式批量应用试点。

从前几年宽带载波通信在若干配变台区试点传出的信息，原有窄带载波（低速）通信模块，只要换上宽带载波模块，在短周期内，自动抄表成功率达到99%以上，但是，未见过负面反应的报道。由此，本文作者认为：重庆电力、江苏电力进行宽带载波通信批量应用试点，期望关注与研究以下几个问题：

·影响宽带载波通信扩大应用的因素，对地埋电缆、台区电力电容器无功补偿装置的影响，提出量化的影响数据。

·集中器设计方案改进？采用宽带载波通信替代窄带载波（低速）通信方式，是否只是简单的将集中器、采集器、载波电表的通信模块更新，辅以集中器软件升级、调试；对新安装的宽带集中器设计方案，与窄带载波（低速）通信集中器技术方案有哪些重大改进？

·目前，宽带载波通信模块的价位还高，影响大规模推广应用，需要与宽带载波通信模块供应商协商测算，宽带载波通信模块应用量达到多大的批量，其价位才能降至高于窄带载波（低速）通信模块的30%？

3）宽带电力线载波通信标准研究

2014年11月，电力线载波通信新标准、新产品技术交流（青岛）会议的议题之一，交流国际/国内宽带电力线载波通信标准研究情况。

·威胜集团公司、《环球表计》：《电力线载波通信国际标准制订工作进程》，介绍Homeplug、IEEE、ITU制定的宽带电力线载波通信标准，共计8项。

·青岛东软公司：《宽带电力线载波通信技术标准参数比对》

·2014年7月，中国电子技术标准化研究院发布《宽带电力线通信标准化白皮书》

·2014年8月和10月，国网公司两次开会讨论确定了《电力用户用电信息采集系统通信协议第5部分：基于宽带载波通信的数据》

·张春晖先生作汇总发言：

一是，基于用电信息采集系统的需求，重点要研究宽带（低速）载波与OFDM窄带载波标准。这是据中国电科院的预测，AMR/AMI的通信速率要求1.2/20kbps，负荷管理10kbps；扩大到配电业务，配电自动化、报警管理、DG均为10kbps，视频监控要求1Mbps。

二是，电力线载波通信的系统标准

总结我国窄带（低速）载波通信20年发展的经验，实用价值高的用电信息采集系统，出于载波芯片供应商、系统集成商和电力部门的合作开发、运行与故障处理。其中首要的是需要制定高品质用电信息采集系统的系统标准，包括载波通信芯片、系统终端、载波信道、工程勘测与设计、主站及数据库和系统工程应用6个方面的通信标准。目前，国际/国内的宽带载波与OFDM窄带载波通信标准方面，主要研究制定载波芯片标准及接入规范，通信信道标准很不完善，工程勘测与设计、系统工程应用标准几乎还是空白，由此建议：

·电力线载波信道系列标准制定：可参考EN60065系列标准，结合宽带载波通信的特征，需要涵盖频带和电磁骚扰限值（包括宽带载波通信发出的辐射干扰限值），各类应用环境的抗传导、辐射干扰要求，各类去耦滤波器、设备阻抗等。

该载波信道系列标准，建议由电表行业主管部门组织制定。

·电力线载波通信系统工程应用标准的研究制定，主要是电容补偿装置、地埋电缆对宽带载波通信的影响、测试及改进方法；各类传导、辐射干扰对宽带通信的影响、测试及抑制技术；强干扰源入网测试及抑制方法（例如采用阻波器）；宽带载波通信发出的辐射干扰测试及抑制措施；同频干扰测试及改进方法；集中器选址勘测技术；保证电表、终端、用户、台变、电力线路的编号/地址一致性的智能化技术措施；双向通信与网关规范；低压电网影响载波通信质量的参数测试及多参数测试设备技术规范。

该系统工程应用标准在国内首次提出，建议由重庆电科院牵头组织合作研究制定。

·宽带电力线通信系统工程勘测与设计规范的研究与制定，是用电信息采集系统建设的重大改革与难点。建议重庆电科院在前一阶段研究低压窄带（低速）载波通信系统工程设计与干扰源管理技术导则基础上，转向探索宽带电力线载波通信系统勘测与设计技术规范的编制方法。

·系统终端、主站及数据库系列技术规范，国网已经组织制定后发布，但其内容不完善，需要补充实用内容，特别是终端性能方面模拟现场应用测试、实验室载波通信路由仿真测试、省级用电信息采集系统主站的技术指标及系统软件测试技术。这些新的内容，建议以后再作专题交流、讨论。

4）宽带电力线载波通信芯片开发与应用

·国网：2012年7月“新一代智能电力线载波通信关键技术研究”项目启动，该智能载波通信芯片设计为跨频带：150kHz-10MHz；2014年11月，该项目通过验收。

·2014年3月，威胜集团公司在低压窄带载波通信技术测试与改进（重庆江津）现场会议上，介绍引进美国高通公司宽带载波芯片QCA7000（2M-30MHz）国内试点应用情况。

·2014年7月，华为海思公司在《进口高端电能表全性能研究》课题组第一次（长沙）会议上，介绍自主开发宽带载波通信芯片Hi3911（2M-12MHz）及宽带电力线载波信息采集解决方案系统。

·2014年11月，在电力线载波通信新标准、新产品技术交流（青岛）会议上：

·美国高通公司介绍宽带载波通信芯片QCA7000（2-30MHz）及Homeplug Green PHY标准技术原理。

·青岛东软公司介绍宽带载波芯片SSC1660/1661（25/50/100MHz）；SSC1663/1664（1.95—11.96Mz）技术特征与应用。

·重庆电科院介绍电力线宽带载波通信技术测试分析报告，包括实验室、现场测试项目及测试结果。

5）珠海慧信公司：提出《宽带电力线载波构建能源计量骨干通信网络》。

6）张春晖：《“配电网建设改造行动计划（2015-2020年）”中量测技术需求评估》文稿提出：2015-2020年电表企业需要重点开发项目，包括10kV宽带电力线载波通信技术及设备。

2 ,关注双模通信技术之争

双模通信的组合方式多种多样，各有各的用处：

1）湖北省电力公司、北京中宸鸿昌公司：《基于双信道自动切换技术的采集系统应用设计方案》

2）青岛东软公司：2014年推出PLCS1650-WL单相双信道标准模块[OFDM窄带载波+（东软）微功率无线通信]。

3）青岛东软公司、重庆电科院：《（重庆）江津龙门场二台区现场工作报告》提出：在窄带电力线载波通信系统中，处于阻波器后抄不到的几只电表，采用微功率无线采集方案，再通过“无线—载波转换器”，将这些表计信息发回窄带载波集中器。

4）国网营销部“关于四表合一典型技术方案设计”的第2个方案：更换双模模块，就是将电能表的I型采集器模块，更换为微功率无线+载波的双模通信模块方式，使电能表上行通过电力线载波与I型集中器通信，下行通过微功率无线与水气热表通信，上下信道独立运行。

5）深圳力合微公司：《双模通信及应用》

双模SOC单芯片LME2981，采用OFDM窄带载波和微功率无线双模方式。

6）珠海慧信公司：“宽带双模实现能源计量的通信接入”，提出宽带载波+微功率无线双模保证实时通信，宽带保证95%的骨干网抄级通信，微功率无线上需1跳，整体拓扑简单。

7）双模通信，重点要关注国网双模通信技术如何制定？

3,窄带电力线载波通信技术瓶颈低成本解决方案

1）青岛东软公司、重庆电科院：《（重庆）江津龙门场二台区现场工作报告》

江津参观点公变台区共有居民、工商户347户，由于干扰严重，安装2台集中器，其中1台集中器自动抄表成功率97%/24h，另1台集中器37-55%/24h。

经现场测试窄带载波通信的信噪比，由电信用户机柜开关电源发出最高干扰噪声达到280kHz、130dBμv。为此，对该用户配电柜进线端加装SQ780-100型阻波器；公变台区集中器由2台改为1台；该公变台区的大多数用户直接沿用低压窄带载波（低速芯片）通信方式，只有电信用户内的4只电表，处于阻波器后面，改用由青岛东软公司设计的微功率无线通信采集方案，再通过电信用户内合适地点安装的无线——载波转换器，将4只电表的数据，由电力线载波通信发回集中器。改进后，该公变台区由1台集中器实现24h、自动抄表成功率100%的目标。

2）重庆市电科院：《低压电力网信噪比测试仪研究》

注:低压窄带载波信噪比测试仪，尚待产品化开发

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