低压电力载波技术在居民集中抄表系统中的应用-通信界-中国通信门户

1 概述
　　近年来，随着电力系统两网改造工作的逐渐推进，“一户一表，抄表到户”及“城乡同网同价”等政策的贯彻实施，电力用户数量急剧膨胀，用电网络日益庞大。目前低压用电居民用户数量大、分布广、抄表强度大，传统的人工抄表容易出现误抄、漏抄的情况，而且现场故障和异常情况难以及时发现，线损分析和管理困难，难以满足现在的用电管理需要。随着计算机信息技术、通讯网络技术的不断发展，有效地开发、应用网络信息技术，解决这一矛盾，在电力行业中出现了基于现代通讯技术的集中抄表系统，其通信方式有RS485总线传输、无线传输、低压电力线载波等方式。

2 几种常用通信方式对比
　　集抄系统中，上层及中层通讯网所涉及的通讯量不会很大，组网形式也比较简单，技术也较成熟，关键在于采用何种通讯将大量的居民电能表电量数据传送到集中器，可以采用的方式有：
（1）无线方式
　　由于居民电表数量大，单户用电量较少，这就表明，不可能采用无线通信来从动辄数以十万计的电能表向集中器传送数据，这样的成本电力企业负担不起，而且也是不经济的。
（2）串行通信总线
　　目前广泛应用的RS-485总线，具有传输速率高、技术成熟的优势，被成功地应用于变电站抄表中，但是面对数量大、分布广的居民用户就有点显得力不从心了。首先在安装时需铺设RS-485总线，施工难度大；其次RS-485总线的驱动能力有限，抄收的用户数量有限，需采用多个采集终端方能解决；再者维护困难，一旦某个采集点发生485总线短接的情况，则会出现整个传输网络瘫痪，查找困难。因此RS-485总线只适合小面积范围的使用环境，不能满足大面积使用的需求。
（3）低压电力线载波
　　低压电力线载波就是利用现有的低压电力线做为通信信道的一种通信方式。此方式具备多种优点，系统实现简单，成本低、工程量小、免专门维护、组网灵活、扩容容易，易于规划和使用，是一种比较可行的通信方式。但载波通信技术也存在缺陷：低压电力线阻抗特性和衰减特性复杂多变、噪声干扰大，如果要在实践中得到应用，必须作大的投入去研究和解决。
3 应用低压电力线载波通讯技术的解决方案
　　为解决低压电力载波通信技术的缺陷，我们做了大量的研究，低压电力线上的输入阻抗与所传输的信号频率密切相关。在没有负载时，电力线相当于一根均匀分布的传输线。由于分布电感和分布电容的影响，输入阻抗会随着频率的增大而减小。当在电力线上有负载时，所有频率的输入阻抗都会减小。但是由于负载类型的不同，使不同类型的阻抗变化也不同，所以实际情况非常复杂，甚至使输入阻抗的变化不可预测。
高频信号在低压电力线上的衰减是低压电力线载波通信遇到的又一个实际困难。对高频信号而言，低压电力线是一根非均匀分布的传输线，各种不同性质的负载在这根线的任意位置随机的连接或断开。因此高频信号在低压电力线上的传输必然存在衰减。
　　影响居民集中抄表系统正常使用的另一个不确定因素是干扰。居民小区低压电力网中的干扰主要来自居民家用电器，如交直流两用电机、电视、带可控硅的调光器等产生的随机噪声、平滑噪声及工频谐波噪声等。
通过以上讨论，我们可以看到，低压电力线上的信号衰减特性和干扰特性非常复杂，而且随机性、时变性大，难以找到一个较为准确的解析式或数学模型加以描述。综上所述，由于在低压电力线上存在诸多使载波信号的信噪比急剧下降的因素，使得载波信号难以在一个供电区域内较好地传输，必须采用多种技术措施，才能构造出性能满足实际需要的载波抄表系统。
　　为此，基于扩频数据压缩宽频通讯理论的电力线载波通讯技术，被应用于低压电力线抄表系统。其主要技术特点是：
　　（1）数据压缩传输：低压电网干扰严重，干扰信号具有随机性、无规律性等特点，如果尽量压缩数据，使传输时间尽量减少，可以减少信号受干扰的概率，并且提高了通信的效率。
　　（2）宽频传输：宽频传输技术能够降低传输信号的辐值，且不在某单一频点上传输信息，通过寻找低干扰频段，可以得到较好的通信质量，并且由于不同电能表在不同时刻以不同的频段发送数据，减少了同频干扰的概率。
　　（3）自动增益控制：扩频通信方式抗干扰能力强，目前得到广泛的应用，扩频方式理论上比较先进，但是，采用传统的扩频技术在低压电力线上传输信号由于各种限制难以克服远距离传输的困难，因此，通过自动增益控制技术、接力通讯技术、自动中继技术弥补了这方面的不足，有效地延长传输距离。
　　（4）接力通讯：接力通讯技术能够在特别恶劣的通讯环境下，使每一个终端成为其他终端的接力站，以确保稳定可靠的传输，避开干扰的影响。
　　（5）实时中继：实时中继则是自动寻找最佳的信号中继点，通过该点载波模块实现信号的中继，可以解决较远距离的信号传输。
在实际应用中，通过采取以上措施，较好地解决了信号的衰减和噪声的干扰问题。
4 低压电力载波技术在电业局集抄系统的实用化应用
　　目前，基于扩频数据压缩宽频通讯理论的电力线载波通讯技术被应用于电业局居民集中抄表系统，该系统现已覆盖城区的6个小区9个台变，共计2263户。自2004年投入运行到现在，运行情况良好、实用化程度高。
4.1电业局载波集中抄表的组网模式及建设规模

图1居民集抄低压电力载波一体化模式图

　　该组网模式中的单/三相电能表，包含了内置式的低压电力线载波通讯功能模块，具有一体化、安装方便、不易受到人为破坏、维护简单等特点。

　　电业局集抄系统建设规模：

序号	台变号	台区名	电表数量（架）	主站与集中器通讯	集中器与电表通讯
1	EP5961001	佳苑1＃变	276	GPRS	低压电力线
2	EP5961002	佳苑2＃变	255	GPRS
3	EP5963001	悦华1＃变	330	GPRS
4	EP5963003	悦华2＃变	172	GPRS
5	EP5964001	华港小区	274	GPRS
6	EP5965001	新园1＃变	134	GPRS
7	EP5965002	新园2＃变	119	GPRS
8	EP5966001	东湖大厦	141	GPRS
9	EP5967001	达嘉名门	462	GPRS
合计			2263

表1 电业局集抄系统建设规模表

4.2 产生的经济效益分析

　　整个项目自2004年底完成安装工作，2005年上半年处于边运行边调试的状态，调试过程就已经逐步显示出良好的效益，至2005年7月完成现场及主站功能测试，经统计，实施片区的线损率与去年同期相比，均有了大幅度的下降，取得了较为明显的经济效益，详见表2。

表 2 线损效益统计表

4.3 管理效益分析

　　通过电力线载波集中抄表的应用，可以大大提高电力营销管理的现代化水平，其带来的社会效益和经济效益也是十分显著的。归纳起来，主要有以下几点：

（1）降低了抄表的管理成本

　　改变落后、陈旧、古板的人工抄表计费模式，实现了抄表方式的技术革命，降低了人工抄表的人力投入，如10万户居民用户，原抄表和管理人员有40-80人，年费用近100多万元。而使用居民集中抄表系统后扣除每年的通信费用可以节省管理成本近80万元。

（2）工作效率大幅提高

　　采用该系统后，抄表人员已做到足不出户就可读取实时电能表的数据，在减少了人力投入的情况下大大提高了工作效率。

（3）线路运行可靠率大为加强

　　由于本集抄系统具有客户用电异常警示功能，对于客户停电或发生异常事件能迅速作出反应，这使得维护人员可以在最短的时间内到达现场进行处理，提高了事故预防和故障处理的主动性，不仅可在最大限度内为电力企业挽回停电损失，也给用电客户带来了极大的方便。

5 结束语

　　电业局低压电力载波抄表系统自2004年建成运行以来取得了较好的效果。本系统利用低压电力线网络作为集抄的通讯介质，采用了数据压缩传输技术、宽频传输技术和自适应跟踪技术，克服了电力网中阻抗小，信号衰减大；干扰信号强；负荷重、变化大；网架结构复杂等困难，成功地解决了低压电力载波的技术难点。该系统不仅解决了抄表问题，而且还可实现用电监测、供电质量监测、功率、电压测量、线损及三相平衡统计等功能。产生了良好的经济效益和管理效益，它可以作为电力系统中自动抄表系统的一部分，发挥自动、及时、准确的优势。