淺析用電信息采集系統中采用的通信方式

李慧+汪陽胤+劉樹林

【摘要】 用電信息采集系統的搭建，既是智能電網的基石，同時也促進了智能電網的發展，對電力公司依靠智能電網進行應用深化有著重要意義。我國目前已經全覆蓋用電信息采集系統，但由于幅員遼闊，南北、東西的差異很大，所以很難用一種技術手段實現用戶用電信息的全覆蓋，針對不同的地域，需要各地供電公司結合自身情況，選用與之匹配的通信手段，本文淺析了目前我國智能電網上常用的通信技術，包括低壓電力線、中壓電力線、無線通信技術，以上方案均有效提高了用電信息采集成功率。

【關鍵字】 用電信息采集 電力載波 無線通信

一、引言

智能電網可以匯總分布式電源技術，因此其被認為是面向主動配電網的基礎，伴隨著智能電網的蓬勃發展，智能電網也需要更加高級的技術手段來增強智能化。在當今的智能電網中，用戶用電采集系統得到極快的發展，不僅因為它與每個用戶息息相關，同時，用電信息采集系統也是國家電網對自身實力提升的一種體現，迄今為止，國家電網的采集系統已經融合了目前世界上各種先進的現代科學技術，例如微波理論、控制技術、通信理論、信息理論等等，在這個龐大的電力網絡中，通過安裝各種先進的智能儀器儀表和電子傳感器，使每一個電力用戶接入到網絡中，國家電網公司在數據交互的過程中獲取電網的運行狀態，實現電網的自動采集和監控，完善自身數據庫，不僅為提高自身服務水平提供指導方向，也為國家配電網的全局智能化提供堅實的數據支撐。

針對不同地區的用電信息采集，需要使用不同的技術手段，下文逐步分析各種通信技術的技術特點和應用范圍。

二、窄帶電力線載波

電力線載波通信PLC（Power…Line…Communication）是以電力線為信息傳輸媒介進行語音或數據傳輸的一種通信方式[1]，它以電力線作為傳輸介質，通過采用不同的調制手段、提高性噪比，降低信號衰減。在我國，窄帶電力線通信指的是工作頻率在3KHz～500KHz的傳輸技術[2]，目前我國的窄帶通信方案廠家主要使用FSK、BPSK等單載波調制，傳輸速率普遍都在10Kbps以下，傳輸過程中也易受到各種干擾信號的影響。

但是窄帶載波所用理論簡單、硬件成本低，對于低壓自動抄表來說性價比極高，另外，窄帶載波所用的路由蟻群算法，中繼級別高，令窄帶載波的抄表成功率很高，并且，普通的低壓載波用戶的數據量很低，對實時性也沒有很高要求，綜合考慮成本和性能，目前在我國的低壓用戶用電信息采集中，普遍采用的還是窄帶載波方案。

目前使用窄帶電力線載波技術的廠家：

三、寬帶電力線載波

針對窄帶電力線載波無法實現高速通信的問題，目前依靠寬帶電力線載波開展的高速采集技術如火如荼，寬帶載波能解決智能電網中的大數據深化應用，例如，負載投切、安全追蹤、動態計費，全時段監控等。寬帶電力線載波提供的巨大帶寬，讓整個智能電網的通信效率極大提高，理論計算物理層速率可以達到10Mbps，并且因為減少了數據的交互時間，也就是相對的減少了突發性脈沖噪聲對信號的影響。寬帶載波借鑒了TCP/IP的交互技術，在路由路徑規劃、節點組織和算法優化方面，有先天的優勢，對于負載多變的電力線信號適應能力更強，但寬帶載波使用的帶寬和頻率都很高，是否會對電力線上其他用電設備產生EMI干擾，由于目前寬帶載波剛剛在國網范圍內推廣，這個問題還要長時間運行測試。

寬帶載波在鏈路層使用了多種先進的加密算法，其通信安全性更高，從調制方式上看，寬帶載波使用的OFDM/DMT多載波調制方式，能夠自動規避禁用頻段，在同頻干擾下可通過跳頻技術規避，相對算法更復雜。

硬件上，寬帶載波多采用ARM體系架構，需要更高的主頻速度、大數據處理能力。這使得寬帶載波的軟硬件成本超過窄帶載波，但如果未來大批量應用寬帶技術，整體價格會有一定回落。

目前國內應用寬帶載波的廠家有東軟載波、華為、鼎信通訊、友訊達等多家，關于寬帶載波的實際測試與應用，在我國廣東電網公司已經逐步開展。…

四、中壓電力線載波

中壓載波通信是利用10KV中壓配電線作為傳輸通道的一種通信方式，廣泛應用于電氣自動化領域。在我國，10KV配電站的數量最多，分布也最廣，不少山區、農村的變壓器，均使用10KV電力變壓器進行低壓220V電力轉換，但是偏遠地區沒有配備移動基站，因此采集集抄的上行線路就受到阻塞，如果采集數據無法上傳到電力公司的采集系統主站，那么低壓集抄系統就沒有意義，中壓載波即用于解決此問題。將無移動基站地區的數據，通過中壓配電線路，將數據打包傳輸到有基站地區進行上行傳輸。

中壓載波與普通低壓載波的區別在于，由于中壓載波需要借助10KV配電線，因此需要將低壓上的載波信號通過耦合饋網發送到10KV線路上，這時需要注意高壓隔離，同時中壓載波與低壓載波比較，噪聲功率譜、配電線路阻抗可能有差異，這些都需要重新展開深入研究。圖1為中載載波方案實施原理。

五、北斗采集系統

北斗衛星導航系統是中國自行研制的全球衛星定位與通信系統（BDS），北斗系統由空間端、地面端和用戶端組成，可在全球范圍內全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導航和授時服務，同時，北斗系統具備短報文通信能力。

在我國，坐落于峽谷中交通不便的水電站，既可能沒有可靠的光纖通路，也未必有穩定的公網信號覆蓋；而水電站因與其他節點的距離過遠，無中繼的電力線載波技術也可能無法通信，針對此種情況，往往只能選用北斗衛星系統完成數據交互。

北斗衛星系統具有無線發射鏈路，能夠實時與北斗衛星進行信息傳輸，上行鏈路無需地面通訊基站配合，通訊設備對外部環境要求也不高，抗干擾能力強，但北斗RDSS系統運行成本高，發送報文長度短，只適用于重要節點的小數據交互，因此無法對偏遠地區的用戶表提供大范圍的組網服務。

北斗衛星系統每分鐘可以收發一個報文，報文長度120個字節，對于數據量不大的小型水電站，完全能夠滿足使用要求，圖2為北斗系統運用于用電信息采集系統的方案原理。

六、無線專網

盡管載波集抄的性價比很高，但是有時候，多個臺區交叉，載波串擾嚴重，使用低壓載波抄表難以保證抄表的穩定性，此時可以考慮微功率無線通信技術，微功率無線技術不需要額外鋪設電纜，安裝簡單，同時不受電網特性影響，可以方便的對跨臺區，復雜用電環境進行快速抄表。

我國有些省市、例如北京、山東部分地區采用了無線專網進行數據采集。下表比對了幾款目前常見的無線通信技術：

當無線專網的頻段有其他設備使用時，例如遙控車庫門，會對集抄產生影響，其障礙物的穿透性也沒有載波集抄性能好，易受樓房遮擋，影響通信鏈路。因此在使用時需根據自身環境特點，選擇合適技術手段。

七、結語

本文根據現場抄表應用的經驗，總結出了當前在國家電網用電信息采集系統中常用的采集手段。通過各個技術方案的綜合運用，能夠實現國網公司提出的“全覆蓋、全采集”目標，但因為不同環境、地區的應用仍有不同，具體方案的實施仍然要具體分析，區別對待。

參 考 文 獻

[1]…鮑琳.低壓電力線載波通信模擬實驗系統設計[D].…哈爾濱：哈爾濱理工大學，2007

[2]…胡開文.基于HomeplugGreenPHY的電力線載波通信單元的研究與實現[D].…長沙：湖南大學，2016endprint