基于HPLC通信模塊的智能電表深化應用研究

邱志輝，伍棟文，劉 水，胡志強

（1.南瑞集團有限公司，江蘇 南京 211100；2.國網江西省電力有限公司電力科學研究院，江西 南昌 330096；3.國網江西省電力有限公司，江西 南昌 330077）

0 引言

隨著智能電表的全覆蓋，各網省智能電表覆蓋率基本達到99.5%左右，智能電表采集成功率均在98.5%以上。智能電表的雙向計量、支持浮動電價、遠采集抄功能不僅支撐了電費的智能化結算、臺區線損分析、用電稽查、負荷管理，而且為運檢專業的臺區重過載、低電壓治理、中高壓四分線損、中高壓實時停上電情況、電網運行狀況方面提供重要數據保障。

為提升客戶優質服務滿意度，及時了解客戶用電情況與電力需求情況，國網公司對與客戶關聯性最高的智能電表功能提出更高要求，HPLC通信模塊應運而生，該類型模塊比電力線窄帶模塊在通信速率與穩定性方面可提升7-10倍，可在智能電表停上電實時上報、低壓客戶電壓電流監測、臺區拓撲信息、臺區相位識別、臺區識別、通信模塊ID管理方面發揮重大作用，支撐深化智能電表非計量功能在配網設備監測、故障研判指揮、運維管控管理等方面發揮重要作用[1]。充分挖掘智能電表數據資產價值，進一步解決供電服務“最后一公里”問題，全面提升客戶服務響應速度和配網運營管理水平。

1 智能電表現狀

1.1 智能電表建設現狀

截止2018年8月，國網公司累計安裝智能電能表4.45億只，累計采集接入4.44億戶，采集覆蓋率99.5%，公司利用采集系統開展遠程費控功能應用。8月執行遠程跳閘操作377.4萬次，遠程合閘操作433.3萬次；推送停電事件數據121.4萬條、電壓監測數據23.3億條。全年累計發現故障48.3萬次，發現竊電5.5萬次，挽回經濟損失3.40億元。在運臺區408.18萬個，其中374.9萬個臺區在同期線損系統實現在線監測，占比達到91.87%，營銷口徑臺區同期線損率4.22%，線損合格臺區占比達到89.38%。

1.2 智能電表在智能電網的作用

智能電表已不是傳統意義上的電能表，不僅可測量和存儲雙向和分時段電能計量電能信息，而且可測量雙向和分時段最大需量，可根據需要選擇記錄六組數據，分別為電壓、電流、頻率，有功功率、無功功率，有功總電能、無功總電能，功率因數，當前需量以及四象限無功總電能。可監測電能質量和供電狀況，記錄客戶電表失壓、欠壓、過壓、斷相、全失壓、電壓逆相序、電流逆相序、電壓不平衡、電流不平衡、失流、過流、斷流、潮流反向、過載、掉電、需量超限、總功率因數超限等事件，為解決用電糾紛和客戶投訴事件提供依據[2]。

智能電表的建設實現了營業管理從抄表、核算發行數據的全封閉管理，做到現場數據與微機數據百分之百的一致，營業管理達到無管理損失的新高度，細化了營業管理。實現對客戶檔案、用電動態數據管理分析、客戶用電自動查詢服務、結算數據自動引入計費系統、負荷端欠費斷電、預收電費用電控制等管理，從而提升電力企業的服務品質，提升用電管理部門社會形象。實現數據信息的共享，對生產系統提供數據支持。實現臺區供、售電量同步計算，提高了統計線損的準確性，提升線損管理水平，有效降低供電損失。為發現竊電行為提供了強有力的技術支撐，減少了竊電損失。對變壓器三相負荷做平衡分析。積極推進營銷現代化建設，提高抄核收作業及管理手段，逐步取消傳統的手工作業方式，不斷提高抄核收工作的自動化管理水平，大大降低企業經營風險，促進公司向智能化方向發展，加快管理現代化的進程。

1.3 智能電表應用瓶頸

目前國網公司轄區內的智能電表數據貫通至數據系統集成方式如圖1所示：

圖1 智能電表數據貫通圖

如圖1所示：智能電表數據先由終端設備通過低壓電力線窄帶載波通信方式采集，后通過終端設備通過通信信道層（移動、電信、聯通運營商等）上送數據至系統，終端與智能電表是通過電力線窄帶載波的模式進行數據交互，該種模式的傳輸效率慢，覆蓋距離短，傳輸過程容易發生丟包的問題，窄帶載波信道易受到干擾，通信成功率較低，故目前終端設備主要采集低壓客戶的智能電表的有功總電能、無功總電能等數據，無法深入開展智能電表全量數據采集工作，無法準確計量客戶用電情況，故無法有效提升停電范圍精準管理與主動服務水平[3]。

2 智能電表深化應用

2.1 智能電表深化應用需求

國網公司為貫徹國務院《計量發展規劃（2013-2020年》和公司“十三五”發展規劃，落實2018年公司“兩會”精神及營銷工作總體部署，深入推進智能計量體系建設，以智能電表為主線，深化計量資產精益管理，挖掘智能電能表數據價值，以技術創新引領業務轉型發展，提升智能計量體系運行質效，全力支撐以客戶為中心的供電服務、體系建設，充分發揮智能電表資產效益，降低電網運營成本，全面支撐配網運營管理和供電服務水平提升。結合公司供電服務指揮平臺、“全能型”班組建設有關工作，按照智能電表提供基礎信息、業務系統開展深化應用的原則，促進營配貫通，深化智能電表非計量功能在配網設備監測、故障研判指揮、運維管控管理等方面的應用，充分挖掘智能電表數據資產價值，進一步解決供電服務“最后一公里”問題，全面提升客戶服務響應速度和配網運營管理水平。

2.2 智能電表深化應用方案

基于低壓電力線高速載波通信技術（HPLC）的戶表停上電實時上報、電壓電流監測、臺區拓撲信息、相位識別、臺區識別、通信模塊ID管理等技術，為深化智能電表應用提供了基礎支撐，有效助力供電部門在不改動電能表的前提下挖掘采集系統的潛力，提高計量和采集業務的精益化管理水平、提升客戶優質服務水平、提高數據資產利用價值。

2.2.1 低壓客戶表計停上電實時上報功能

基于HPLC通信的高速通信機制，在電能表斷電后，通過智能電能表載波模塊在規定的時間內上報停電故障信息。智能電能表載波模塊需配備超級電容，當停電發生時，通信模塊在待機狀態下，后備電源能夠維持供電時長不小于30~60 s。通過HPLC通信載波模塊在規定的時間內上報停電故障信息，逐步實現低壓客戶的停電事件主動上報功能應用。低壓客戶表計停上電實時上報具體流程如圖2所示。

圖2 低壓客戶表計停上電實時上報流程

2.2.2 低壓客戶電壓電流高頻采集與監測

利用低壓電力線高速載波（HPLC）通信技術的頻帶寬、速率快的優點，通過其并發抄讀機制可實現電壓、電流、電量的15 min凍結數據采集，或者電壓、電流、電量15 min實時數據采集[4]。15 min凍結數據取電表的電壓、電流、電量負荷曲線（負荷記錄）。

低壓客戶電壓電流高頻采集與監測支撐配網低電壓、配變重過載和三相不平衡監測等工作，精準治理低電壓客戶、重過載配變臺區、三相負荷不平衡配變臺區。為充分發揮智能電能表數據資產效用，進一步支撐配電網運維管理水平的提升工作。快速精準定位存在“違約用電、竊電”嫌疑客戶。同時，建立健全閉環管理機制，梳理核心業務流程，規范診斷方案、預警與響應機制、工單下發流轉、現場勘察、審核處理、歸檔上報等環節，做到定位精準、響應及時、歸檔有效的閉環管理機制，實現“以防為主，實時監測，快速處理，防治結合”，全面提升公司綜合防竊電能力。

2.2.3 臺區戶變關系智能識別功能

利用載波臺區的“集中器—智能電表”關系，實現對配變和客戶電表關系檔案、相位的自動智能識別，能夠支撐客戶地理位置定位精準報修、供電質量研判、三相負荷不平衡分析等業務。利用集中器載波搜表功能與客戶電壓變化特征相似性分析，智能識別、矯正戶變關系。通過集中器自動搜表功能，通過通信鏈路識別戶變關系；其它通信組網臺區，可通過戶表電壓變化特征與臺區總表電壓變化特征比對，通過電壓特征相識性進行戶變關系識別，改造主站前置服務器、完善主站配套功能，采集主站智能確認戶變關系并與營銷檔案比對，將不一致戶變關系反饋給營銷。

基于HPLC的通信模塊在正常組網、抄表過程中，集中地本地模塊可獲取智能電能表載波模塊的入網信息，集中器通過查詢本地模塊獲取智能電能表載波模塊（電能表）的邏輯拓撲信息。主站進行協議擴展，使終端能夠獲取臺區拓撲，主站擴展具備臺區拓撲展示的功能。HPLC通信模塊，基于分類大數據分析，利用不同臺區、不同的負荷導致交流電相位偏移、電壓波動存在差異的特點，同步獲取交流電過零相位偏移量、電壓波動量等數據，加以分析，可準確判斷采集器的供電臺區，給出準確可靠的臺區歸屬，有效輔助供電企業對計量自動化系統檔案的管理，為線損治理、臺區負載均衡提供準確的依據。

2.2.4 臺區客戶相位識別功能

采集主站通過技術手段，自動識別低壓客戶在臺區所屬供電相位，為異常定位、三相不平衡治理等業務應用提供支撐。通過集中器根據通信鏈路確定戶表所接相位，改造主站前置服務器、完善主站配套功能；其它組網方式通過戶表電壓與臺區表分相電壓變化特征相識性確定戶表所接相位。HPLC通信模塊配備過零檢測電路，在正常入網、抄表過程中可實現電能表（采集器）相位的智能識別，且可以識別單相電能表的L/N接反、三相電能表的逆相序。

通過集中器載波模塊獲取相關信息，主站進行相關信息的召測。通過對相位的準確識別，可統計每條線路上的電表數量，分別對各線路上的供電量、用電量、損耗電量進行計算統計，為分相線損治理、供電線路優化等工作提供準確的依據。

2.2.5 臺區拓撲智能識別功能

對于用電信息采集系統，HPLC通信網絡一般會形成以CCO為中心、以PCO（智能電表/I型采集器通信單元、寬帶載波II型采集器）為中繼代理，連接所有STA（智能電表/I型采集器通信單元、寬帶載波II型采集器）多級關聯的樹形網絡。HPLC通信模塊在正常組網、抄表過程中，集中地本地模塊可獲取智能電能表載波模塊的入網信息，集中器通過查詢本地模塊獲取智能電能表載波模塊（電能表）的邏輯拓撲信息，進一步提升數據采集質量，提升臺區檔案數據管理水平，深化采集系統應用水平，降低管理和運維成本。智能識別后的臺區樹形拓撲圖如圖3所示。

圖3 智能識別后的臺區樹形拓撲圖

2.2.6 臺區HPLC通信模塊ID管理

目前通信模塊并未納入全壽命周期管理，而是作為電能表或采集終端的一部分進行管理。但是實際情況中計量通信模塊的庫存和運行情況長期得不到跟蹤，資源閑置或浪費的情況比較嚴重。為實現計量通信模塊全壽命周期管理，實現從需求申報到資產報廢的全過程管控，基于通信模塊ID的全壽命周期管理應運而生。

集中器定期讀取HPLC通信模塊的芯片ID，并存儲。當發現通信模塊ID變更后上報告警，新裝模塊ID變更不上報。

主站與集中器交互流程如圖4所示：

1）主站配置集中器的HPLC通信模塊ID讀取任務配置；

2）主站按照配置定時（每周或每月）實時獲取集中器下HPLC通信模塊的模塊ID信息，并與HPLC模塊資產信息進行關聯；

3）集中器根據主站的配置，定時獲取集中器下HPLC通信模塊ID，若發現通信模塊變更則上報變更事件；

4）主站根據上報的變更事件執行對應的處理，包括記錄該變更事件，并核查是否屬于正常變更及執行對應操作。

圖4 主站與集中器通信模塊ID交互流程

集中器與HPLC通信模塊的交互流程如圖5所示：

圖5 主站與集中器通信模塊ID交互流程

1）集中器根據主站配置的通信模塊ID讀取任務配置參數，定時讀取模塊ID信息；

2）集中器將獲取到的信息與上次獲取結果進行對比，若存在變化則上報模塊ID變更事件。

3 應用效果

基于HPLC通信模塊的智能電表深化應用的開展，為國網公司營銷部門的自動化抄表、反竊電、計量異常管理、用電異常管理、費控工作帶來強大支撐功能，全國網自動化抄表率為99.3%，減少3.4萬抄表人員，由前期的日線損統計轉變為實時線損（小時線損）統計，整體臺區線損由14.6%減少為4.22%，費控分合閘成功率均在90%以上，有效支撐電費回收工作，支撐查獲竊電及違約用電案件8.17萬起，追補電量1.74億千瓦時，追繳電費和違約使用電費共計4.13億元；支撐運檢部門開展了配網低電壓、配變重過載和三相不平衡監測等工作，精準治理低電壓客戶999.2萬戶、重過載配變臺區20.2萬個、三相負荷不平衡配變臺區79.8萬個，取得了良好的效果。

基于HPLC通信模塊的智能電表深化應用工作為配網規劃提供用電信息的準確、全面的數據支撐，提供規劃區域內相關數據，為電網改造方案中的電壓等級選擇、站點選擇、供電半徑、線路長度的確定提供科學依據，為其進一步優化配置資源，提高電網輸送能力，為電網安全經濟運行奠定基礎。使生產經營管理的可控、能控、在控，具備較完備的可操作性，有利于供電、輸電、配電、用電、售電縱向協調聯動，形成合力，大大降低企業經營風險，促進公司向信息化方向發展，加快管理現代化的進程。

基于HPLC通信模塊的智能電表深化應用實現關鍵核心基礎業務的實時在線考核，減少基層供電所營銷基礎數據管理薄弱、部分臺區和客戶營業信息不準等傳統管理死角，實現上下及時互通互動、管控精益到位、執行操作橫向協調協作有力，提高執行力，以科技進步促進管理手段創新，推動公司營銷管理變革。實現電能表信息的采集無人工參與，減少人為主觀或客觀因素造成差錯，通過技術手段確保實抄率可達100%。

4 結語

開展基于HPLC通信模塊的智能電表深化應用，提高智能電表的支撐作用，為供電可靠性、配網搶修平臺等相關業務系統提供及時準確的信息數據，提高對客戶的響應速度，減少客戶的投訴，提高服務能力，進一步提升整體供電服務水平，積極履行社會責任，樹立國家電網公司優質服務品牌；為供電故障判斷提供數據基礎，有利于提高故障搶修及時性，構建和諧的供用電關系，方便客戶，提升公司形象，提升客戶滿意度。