智能電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)中的寬帶通信技術(shù)

　　引言

　　按照國家電網(wǎng)公司2009年發(fā)布的“建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”規(guī)劃，我國智能電網(wǎng)建設(shè)將包含發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度共六個(gè)環(huán)節(jié)，具有信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化、互動(dòng)化的技術(shù)特征，到2020年，中國電網(wǎng)的資源配置能力、安全穩(wěn)定水平，電網(wǎng)與電源和用戶之間的互動(dòng)性得到顯著提高?？梢?，如何有效搭建用戶與電網(wǎng)之間溝通橋梁，提供安全可靠的用電信息采集服務(wù)，是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)數(shù)字化、自動(dòng)化、互動(dòng)化的基礎(chǔ)，同時(shí)也是電力公司增強(qiáng)電網(wǎng)綜合服務(wù)能力，滿足互動(dòng)營銷需求，提升服務(wù)水平的必然要求，可以預(yù)見用電信息采集系統(tǒng)將在我國智能電網(wǎng)配用電部分建設(shè)中起到至關(guān)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(shù)構(gòu)筑的網(wǎng)絡(luò)，通過采集器、集中器、智能表計(jì)、用戶智能交互終端等設(shè)備，在用戶和電網(wǎng)公司之間形成網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)和即時(shí)連接，從而實(shí)現(xiàn)電力、信息、應(yīng)用數(shù)據(jù)的高速傳輸和遠(yuǎn)程家電控制等功能。相對其它通信技術(shù)，寬帶電力線通信技術(shù)采用低壓電力線作為傳輸介質(zhì)，具有線路資源豐富、傳輸速率高、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本低等技術(shù)優(yōu)勢，有望在未來用電信息采集系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中發(fā)揮重要的作用。

　　1智能電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

　　近年來，各地供電公司根據(jù)各自的應(yīng)用需求，也陸續(xù)開展了智能電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)的試點(diǎn)建設(shè)，在負(fù)荷預(yù)測分析、電費(fèi)結(jié)算、需求側(cè)管理、線損統(tǒng)計(jì)分析、反竊電分析及供電質(zhì)量管理等業(yè)務(wù)中取得了一定的效果。然而，調(diào)研和分析結(jié)果表明：這些僅僅作為試點(diǎn)建設(shè)的智能電網(wǎng)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(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)域內(nèi)電力用戶總數(shù)的不到5%，離上述的總體目標(biāo)還相差甚遠(yuǎn)，無法滿足公司系統(tǒng)各層面、各專業(yè)準(zhǔn)確掌控電力用戶信息的需求。

　　究其原因，已經(jīng)試點(diǎn)建設(shè)的智能電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)之所以沒有進(jìn)行大規(guī)模的推廣應(yīng)用，除了受系統(tǒng)規(guī)劃、標(biāo)準(zhǔn)建立、運(yùn)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通信方式不能滿足現(xiàn)實(shí)的需求。

　　目前，國內(nèi)現(xiàn)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(shí)施(如485布線);或者是受電力線負(fù)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(diǎn)都是帶寬過窄、速率過低、實(shí)時(shí)性差、不能實(shí)現(xiàn)雙向快速通信等，因此已建系統(tǒng)的實(shí)用化程度低，無法滿足供電公司建設(shè)用電信息一體化采集平臺(tái)的需求，更不能滿足用電預(yù)付費(fèi)、斷復(fù)電和防竊電等更高層面上的管理需求。因此，大多數(shù)供電公司沒有把握進(jìn)行大范圍的推廣應(yīng)用，現(xiàn)在仍以現(xiàn)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(tái)，能夠滿足線損的統(tǒng)計(jì)與計(jì)算、供電用戶用電負(fù)荷曲線分析和異常用電情況查詢，實(shí)現(xiàn)對電力用戶的遠(yuǎn)程通斷電控制和預(yù)付費(fèi)管理等更高的管理需求，就必須升級智能電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)的通信方式，以確保系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信是實(shí)時(shí)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(wǎng)絡(luò)一樣，網(wǎng)絡(luò)寬帶化將是是智能電網(wǎng)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(shù)特點(diǎn)

　　電力線寬帶通信(BroadbandPowerLineCommunication，簡稱BPLC)技術(shù)，是以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的分支。它采用先進(jìn)的OFDM通信編碼技術(shù)，利用覆蓋范圍最為廣泛的電力線作為高速數(shù)據(jù)通信的載體，可以免布線、低成本地實(shí)現(xiàn)用戶的數(shù)據(jù)終端接入寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，適應(yīng)了現(xiàn)代節(jié)約型社會(huì)的建設(shè)需求。國內(nèi)寬帶PLC的應(yīng)用起始于1999年原國家電力公司的科技項(xiàng)目，并在2001年由原國電通信中心組織開始采用BPLC產(chǎn)品，在北京居民區(qū)進(jìn)行電力線上網(wǎng)試驗(yàn)，隨后在北京正式開展電力線上網(wǎng)商業(yè)化試運(yùn)營，在上海、南京、深圳等各地大中城市，也都相繼出現(xiàn)了推廣電力線上網(wǎng)的企業(yè)，使得全國的電力線上網(wǎng)用戶達(dá)到了近十萬戶。

　　國家電網(wǎng)公司“電力用戶智能電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組”頒布的建設(shè)模式及技術(shù)方案研究報(bào)告中，將電力線寬帶載波技術(shù)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(shù)據(jù)傳輸速率高，數(shù)據(jù)容量大，雙向傳輸，無需另外鋪設(shè)通信線路，安裝方便、可以方便地將電力通信網(wǎng)絡(luò)延伸到低壓用戶側(cè)，實(shí)現(xiàn)對用戶電表的數(shù)據(jù)采集和控制”，認(rèn)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(tái)區(qū)，能夠通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)預(yù)付費(fèi)功能。國家電網(wǎng)公司對該技術(shù)的科學(xué)評價(jià)，將極大地推動(dòng)基于電力線寬帶通信”技術(shù)的電力用戶智能電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)的大規(guī)模推廣應(yīng)用。

　　電力線寬帶通信技術(shù)充分利用現(xiàn)有的配電網(wǎng)絡(luò)線路，無需布線，可以較大程度上節(jié)省網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資，符合我國建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的宗旨，也是低成本實(shí)現(xiàn)用戶終端寬帶網(wǎng)絡(luò)化重要手段之一。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的以太網(wǎng)建設(shè)需要敷設(shè)大量的光纖和雙絞線，安裝大量的網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)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(shù)要求高，造成初裝成本高，目前尚不適宜于電力用戶計(jì)量終端網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。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(shè)投資小，而且終端連接方便，接入電源就等于接入網(wǎng)絡(luò)。因此，利用供電公司380V/220V低壓供電網(wǎng)絡(luò)，完全可以建立起從局端直達(dá)每個(gè)低壓用戶的端到端的寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，既可以為供電公司遠(yuǎn)程用電管理的各種應(yīng)用提供統(tǒng)一的寬帶通信平臺(tái)，又可以為其它基于互聯(lián)網(wǎng)的社區(qū)、樓宇與家庭的諸多應(yīng)用提供經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的寬帶傳輸手段。

　　3電力線寬通信在抄表領(lǐng)域與其他通信方式的比較

　　3.1抄表領(lǐng)域的主要通信方式

　　在抄表領(lǐng)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(biāo)準(zhǔn)，允許多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器掛接在總線上，數(shù)據(jù)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(shí)現(xiàn)，成本低廉，信號傳輸可靠性高，因此得到了廣泛的應(yīng)用。但每條RS-485總線上的終端數(shù)量有限，多臺(tái)設(shè)備共存時(shí)需要分級轉(zhuǎn)發(fā)，因此系統(tǒng)安裝調(diào)試復(fù)雜;因終端共用總線，任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)故障都會(huì)導(dǎo)致總線無法通信，因此故障排查工作量大;RS-485總線的實(shí)現(xiàn)需要敷設(shè)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(shù)是指載波信號頻率范圍≤500kHz的低壓電力線載波通信，數(shù)據(jù)傳輸速率較低。采用這種通信方式時(shí)無需另外鋪設(shè)通信線路，安裝方便、可以方便地將電力通信網(wǎng)絡(luò)延伸到低壓用戶側(cè)，實(shí)現(xiàn)對用戶電表的數(shù)據(jù)采集和控制，適應(yīng)性好。因?yàn)殡娏€信道具有信號衰減大、噪聲源多且干擾強(qiáng)、受負(fù)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(yīng)用遭遇一些技術(shù)障礙，需要在應(yīng)用時(shí)采用軟、硬件技術(shù)結(jié)合完成組網(wǎng)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(fù)載特性變化較小的臺(tái)區(qū)，例如城鄉(xiāng)公變臺(tái)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(shù)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(shù)據(jù)傳輸速率高，數(shù)據(jù)容量大，雙向傳輸，無需另外鋪設(shè)通信線路，安裝方便、可以方便地將電力通信網(wǎng)絡(luò)延伸到低壓用戶側(cè)，實(shí)現(xiàn)對用戶電表的數(shù)據(jù)采集和控制，適應(yīng)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(dāng)條件下加裝中繼方式實(shí)現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)預(yù)付費(fèi)功能。

　　(4)無線通信方式。無線通信的頻段是工業(yè)科學(xué)醫(yī)療(ISM)頻段微功率，包括433MHz、868MHz(歐洲)、915MHz(美國)和2.4GHz，節(jié)點(diǎn)間的通信方式包括點(diǎn)對點(diǎn)、固定中繼和自組網(wǎng)等類型。無線通信方式主要包括ZIGBEE、微蜂窩及由這些技術(shù)衍生出來的類ZIGBEE等方式。無線通信的優(yōu)點(diǎn)在于安裝簡便，無需布線，適應(yīng)性強(qiáng)。但因其標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)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(huì)對無線通信造成影響，因此無線通信方式在抄表領(lǐng)域的應(yīng)用也必須根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境，采用中繼、轉(zhuǎn)發(fā)、組網(wǎng)等方式來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)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(bǔ)充形式。