宽带载波技术在信息采集系统的应用

宽带载波技术在信息采集系统的应用

王作伟

(国网吉林省电力有限公司松原供电公司吉林省松原市138000)

摘要：低压电力线载波通信技术凭借零施工、无辐射、电力公司特有等优势，在用电信息采集系统建设进程中拥有较高应用频率。在载波通信技术不断发展与进步的时代中，宽带载波技术日益成熟化，它具有快捷、路由性能与抗噪声能力强等特征，故此创造良好的社会效益，获得明朗的应用前景。本文在概述宽带载波技术优势的基础上，对其在信息采集系统的具体应用形式进行探究。

关键词：宽带载波技术；信息采集系统；优势；具体应用

用电信息采集系统，为智能用电环节的基础内容，也是“SG186”营销业务应用系统的主要组成成分之一，运行的规范化、统一化为实现全面智能化电网的基础保障。宽带载波技术在信息采集系统的应用，大幅度提升了用电信息采集自动化水平，强化了多维度数据分析的精确性与及时性，满足客户多样化需求，确保电网系统运行的安稳性。本文以宽带载波技术在信息采集系统的应用为论点，现做出如下论述内容。

1.宽带载波技术在信息采集系统实现“全采集”目标

稳固型智能电网的“全采集”功能，关键在于“全”字。这确保信息采集工作的稳定性，以及异常事件上报的时效性。现阶段，应用频率最高的为窄带载波方案，用户以低压电力线为传导媒介，FSK或PSK单频点载波技术，中心频点低于500k。其通讯质量受到电力线上的阻抗和噪声的影响，窄带方案应用的载波频段，但是在阻抗和噪声方面不占优势。

微功率无线解决方案的构建与执行，能最大限度的提升采集工作运行效率，但是在“全采集”目标实现上，依然存在一些缺陷尚未弥补，例如在大规模建筑物遮挡下，台区整体覆盖目的的达成存在较大难度[1]。处理办法为在一个台区中加装多台集中器，借此途径获得全覆盖的效果，但是施工、维修难度均有不同的提升，并且在外界环境的作用下，采集率很难得到切实保障。

宽带通信的关键技术参照频率选择特性确定最佳信号传输频率，借用有效的抗噪声技术与抗衰减技术，使电力线的通信性能大幅度提升，构建快捷、安稳、实时、远程距离通信模式。但是“全费控”目标的实现绝非是一蹴而就的，构建“全采集”是基础，此时对通信实时性要求就有不同程度提升。具体不再是针对一个固定时段的通讯要求，而是使任意时刻的通信质量得到切实保障。费控成功率、通信时间，依靠物理层通信的安稳性的同时，也受到通信重传的频率（即系统对信道变化的实时适应性）的影响。因为在GPRS通信上需要消耗较多的时间，重传频率的增加，使得整体业务耗时迅速上升，宽带技术最大的功效体现在彻底处理了重传频率造成的影响，确保了信息采集系统“全采集”、“全费控”目标的顺利实现。

2.宽带载波通信解决多台变信号串扰问题

台区串扰问题一直影响着窄带载波方案运行效率。在变压器的作用下台区之间有效被隔离，在这样的情景中通讯信号的强度就难以得到切实保障。台区之间的信号仍然通过并行线路串扰、地线、空间辐射等形式互相扰乱。特别是在一些新建的高层小区，在居民户数目与用电量不断上涨的情况下，通常会在同一个机房中应用多个变压器进行供电。该类规划模式加剧了台区之间串扰的严重性，抄读质量难以得到切实保障。

宽带载波方案借用自动协调技术，不需要个体手工操纵，从而确保抄表工作运行的连贯性，具备网络ID自动协调技术为定义网络有效ID，产生上不受时空的限制，确保网络系统运行的独立性[2]。具备实时动态带宽协调体制，参照串扰影响程度动态化整改带宽，从而使通信成功率有所保障，适用频分与时分方案，也能够确保数个台区运行的协调性。特有的白名单技术为借助表档案定义白名单，支持台区运转的安稳性，无需跨越台区交叉入网，只需设置网络标识符(SKID)与白名单去规划分子网，若节点不在本网络白名单中，需要发送入网请求，集中器载波模块拒绝进入，并解析拒绝原因，节点自行判断向其他网络发起入网请求，同时集中器载波模块之间进行网络协同，最大限度降低矛盾与扰乱事件出现的概率，一个节点只接收本网络内的数据，借此途径使子网能够通信运行的安稳性与独立性有所保障。

3.宽带载波通信支撑智能用电及能效管理业务

当下，国内社会经济处于不断增长的态势中，资源消耗随之上升，环境恶化问题日益严重化，解决上述问题的有效方法为在高能耗企业构建能耗监测、管理、控制系统，借助高端科技技术创新提升能源使用效率。据有关资料记载，国内多数工业企业有大于5%的能源消耗因为能源监测与维护规划缺乏，12%的能源消耗因为缺少能源管理及控制系统。人工定时抄表方法的应用在数据采集环节上滞后性显著、时效性缺乏、数据结构单一化，在动态化获得现代企业能源耗损状况上效率较低，而PLC方案的编制，为能效管理系统智能化目标的实现创造了机会。

宽带载波通信技术在信息采集系统中的应用，能够动态化的供应双向、实时、高速与安稳的通讯渠道，点对点通讯达到1Mbps速率。拉大了与窄带所能提供的有效速率(<10kbps)之间的距离[3]。微功率无线传输速度较高，实验室测试可达50kbps，但是在传导距离不断加大的情况下，信号强度不断降低，通常在现场供应10kbps的有效数据。

宽带电力线通信在掌握现网每个用电终端的用电消耗数据方面上体现出实时性、精确性与详实性，借助采集不同时段用户用电量数据的方式，及时把数据传导到后台数据库进行存储并构建能耗模型，从不同角度对配网状态进行统计、解析、评价与判断，应用动态曲线、图表模式，获得精确的负载和网损数据，及时传递能耗漏洞，进而降低电力设备过载和提高电能质量。

4.宽带载波技术在地市供电公司应用的实际案例

2013至2014年期间，吉林省电力有限公司松原供电公司所属部分县公司的部分台区存在如下问题：（1）现场噪声干扰、信号衰减引发抄收率偏低；（2）窃电、电表时间错、反相计量、欠压等现象无法实时监控；（3）台区窜扰无法有效避免；（4）现场户表与系统档案存在不对应现象。

对采集率造成干扰的因素分析：（1）窄带通信局限性：窄带方案所使用的是载波频段，在阻抗和噪声方面存在显著缺点。一定程度上强化了信号通讯的难度。使用单频点载波，原理上不能解除频率选择性噪声的产生影响。国际上应用的G3、Prime等窄带标准，尽管应用了OFDM多载波技术，但是因为频段相对较为狭窄，采样率相对低下等缘故，致使通信帧延长。而通信帧过长在无法应对信道快速变化、脉冲噪声干扰等方面的问题。如巨宝镇街道二台、城东所1160台区等；（2）管理因素：台区中存在换表、迁址等未及时办理相关流程问题；现场表计烧毁、被盗（见图1）没有及时更换造成部分表计抄收失败。如三青山镇小榆树台区、太平川镇80号台区等。

更换宽带载波模块解决问题：

1、对于现场周边的大功率用电设备、吉视传媒、移动基站等产生的大量干扰源。通过软件直观显示集中器测噪声峰峰值是表箱侧的4~5倍，由频域可以看到集中器侧噪声能量主要集中在低频段1M~5M附近，即解决方案的通信频段。频域上可以看到，在1~5M附近，集中器侧噪声的平均谱密度比表箱侧高10dB左右，是导致CCO和表箱之间上下行通信不对称的主要原因。宽带载波采用OFDM调制方式及2M-12M的传输频率有效避免噪声干扰及信号衰减。（如图5.7）

2、结合HSO软件可实时查看电表状态，可发现电表窃电、电压反相、表内时间错误等现象及其物理地点。

对于松原供电公司的复杂台区，处理方案如下：（1）现场勘查。窄带方案的规划面对的环境条件是多样化的，集中器安装方位应整改。可能需要外加装信号中继设备。微功率无线方案的编制受建筑物条件限制，集中器安装方位、数量均不固定。现场勘查的同时还需要进行实地测试。宽带方案无需勘查，所有环境使用标准安装流程；（2）设备安装。窄带方案中应在单台区安装一台集中器，偶有需要加装中继器场景。微功率无线方案单台区需安装多台集中器，且安装位置不固定。宽带方案单台区安装一台集中器，不需要安设中继器；（3）系统调试。窄带方案多台区串扰条件下，需耗费大量时间去调试。需要主站设置固定分时抄通进行合作，否则将会对抄通率造成极大的负面影响。微功率无线方案支持多台区协调运行。但由单台区需安装多台集中器，需管理之间的对应关系。宽带方案多台区协调。标准安装程序就可以；（4）安装效果确认。窄带方案入网很慢，第二天才能确认。如出现问题，调试后仍然要在第二个工作日查看效果。微功率无线方案数小时后能够确认。宽带方案安装结束后可立即确认。

宽带载波技术在复杂台区的应用，实用价值体现在如下几个方面上：（1）事件主动上报；（2）费（负）控功能应用；（3）台变线损实时监测；（4）台变能效分析与管理等应用类功能、电能质量分析；（5）传输距离、日平均功耗指标。

结束语：

低压电力线载波通信技术凭借零施工、无辐射、电力公司特有等优势，在用电信息采集系统建设进程中拥有较高应用频率。它带动了宽带载波技术的发展进程。现阶段，宽带载波技术在信息采集系统的应用，价值体现在实现“全采集”目标、解决多台变信号串扰问题以及支撑智能用电及能效管理业务等方面上，为国内一致化坚强智能电网提供有利条件。

参考文献：

[1]易永仙,陈霄,崔高颖,周玉.基于GSA算法的宽带载波抄表用户类型辨识[J].电气应用,2015,34S2:116-119+125.

[2]吴道平.电力线载波通信技术在用电信息采集系统中的应用[J].电子科学技术,2016,0304:410-412.

[3]杜珂,王韦杰,梅平.基于OFDM的低压电力线宽带载波通信技术在低压集抄系统中的应用[J].科技展望,2016,2635:83-84.