冯少力
（深圳市国电科技通信有限公司，广东 深圳 518109）
0 引 言
目前，我国大多数居民用电计费采用的是“一户一表”的模式，由于居民电表分散在各个居民小区，电力部门只能人工对这些分散的电表进行抄表，从而耗费了大量的人力物力。通信技术和计算机技术的发展和应用实现了自动抄表技术[1]。目前，需要建立集用电信息采集、智能电表管理以及传输端口管理等功能为一体的电力数据管理平台，实现用电信息的远程采集，集中管理，从而实现用电信息采集的智能化和自动化。文章研究了基于电力载波通信技术的用电信息采集系统的应用方面，提出基于电力载波通信技术的用电信息采集系统应用方案。
1 电力载波通信技术及其基本原理分析
1.1 电力载波通信技术概述
电力载波通信技术是将现有的电力线缆作为载体的通信载波技术，是电力部门特有的通信技术。该技术能够在电力线路中实现数字信号的模拟传输，实现用电信息的采集和传输[2]。为提高电力载波通信技术传输数据的可靠性，使用了移频键控、直接序列扩频以及跳频扩频等物理层调制解调技术。其中，直接序列扩频技术能够对高速码流层进行扩展，从而提高数据传输的速度。移频键控技术能够使用较窄的宽带高速传输二进制数据流。跳频扩频技术则通过频率的规律性跳变来传输数据。在以上调制解调技术中，直接序列扩频和跳频扩频技术虽然会占据较宽的带宽，但是噪声带宽也相对较宽，信号传输的干扰较少，因此不需要重新架设原有的电力网络就能实现信号的远距离传输。
1.2 电力载波通信技术作业原理
基于电力载波通信技术的用电信息采集系统以电力缆线作为通信信号传输的载体，在保证电力线路能够正常输变电的情况下，完成用电信息的采集和传输工作。20 世纪20 年代，开始研究电力线载波通信技术，但应用和推广较为缓慢。数字技术以及计算机技术的进步为电力线载波通信的推广和应用提供了有效的技术支持，电力缆线载波通信技术也得到了业界的认可，并在国外用电信息采集系统中得到了部分的推广和应用。电力载波通信技术根据领域划分，可分为低压载波技术、中压载波技术以及高压载波技术。以低压载波通信技术为例，其载波通信的工作原理如图1 所示。
图1 电力线载波通信系统工作原理
如图1 所示，电力载波通信系统由5 部分组成，分别是信号处理器、调制解调器、信号放大电路、信号耦合网络以及低压电力网络。其中信号处理器可以将信息转变成数字信号，并通过调制解调器将信号转换成已调信号。为提高电力载波信号的强度和抗干扰能力，还需要使用信号放大电路对信号进行益增，并采用耦合电路将信号耦合至电力网络中进行传输。
2 基于电力载波通信技术的用电信息采集通信技术要求及问题
2.1 基于电力载波通信技术的用电信息采集通信技术要求
基于电力载波通信技术对设备敷设要求较高，需要现场接线确保正确，还需要选择合理的安装位置并达到工艺要求。为了保障抄表的准确率和可信度，还需要增强系统的可靠性。此外，电力载波通信技术需要解决以下几个技术问题。一是电力线本身具有的脉冲干扰特性，我国目前的电力网络为50 Hz的交流电，其交流周期为20 ms，每个交流周期出现2次交流峰值，形成2 次交流脉冲干扰，即100 Hz 的笃定脉冲干扰，干扰时间约为2 ms。因此，电力载波通信技术必须及时处理这种脉冲干扰，从而提高电力载波通信技术的抗干扰特性，提高载波通信技术的可靠性。二是电力线路负载的噪声干扰，噪声干扰来自电路负载的无线电干扰，衰减随时间变化，而且很难预测其频率的规律，给电力载波通信技术数据传输的有效性带来了挑战。目前解决的方式是对载波通信信号进行技术处理，提高其抗干扰的能力。
2.2 基于电力载波通信技术的用电信息采集通信技术存在的问题
基于电力载波通信技术的用电信息采集系统对数据通信的准确率和可靠性要求极高。然而，目前电力载波基础设施的施工依然存在设备接线不规范、施工工艺差等问题，从而导致信号无法正常采集和传输[3]。同时，电力载波通信技术的信号受地形影响较大，在山区或者丘陵区的信号衰减比较严重。此外，电力载波通信技术还存在通信费用高、维护工作量大等问题。我国电网的配压结构、负荷特性、供电方式以及管理方式与国外有极大的不同，这些问题的存在严重地阻碍了电力载波通信技术在用电信息采集技术系统中的推广和应用。因此，需要改造和完善现有的电力载波通信技术。
3 基于电力载波通信技术的用电采集模式可实现的功能
3.1 负荷监测
使用基于电力载波通信技术的用电信息采集模块能够实时监视用户的用功、电压以及电流等相关数据，并及时将数据通过电力载波通信技术传输到系统主站，从而获得用户每日的用电情况，同时能够汇总和分析整个地区的用电情况，从而为电力部门提供准确的用电负荷数据，以此作为电力部门调节电力生产的依据[4]。
3.2 抄读电量
自动抄读电量是基于载波技术的用电信息采集系统的基本功能，抄表人员从此不需要对各个分布的电表进行定期抄表，而是通过用电信息采集系统对用户的用电信息进行自动存储和显示，从而大幅度降低抄表人员的工作负荷，节约电力企业的人力资源支出[5]。
3.3 用电监控
电力管理部门能够通过用电信息采集系统监控用户实时的用电量，当用户的用电量出现异常时，系统能够在数学模型和算法的支持下对用户的用电量进行监控，并判断用户的异常用电有无违法、偷电漏电或者断相等问题，从而提高用户用电管理的规范性。
3.4 欠费控制
使用电力载波通信技术的用电信息采集系统广泛采用新一代智能电表，电力载波通信技术应用使得智能电表能够与用电信息系统进行数据交换，因而可以将用户欠费的信息及时传输给主站。主站在排除电力用户欠费的非主观因素后，将会对用户实施警告、催缴甚至远程停电处理。用户在付清相关电费和滞纳金后，用电信息系统就会根据最新的缴费信息，及时给用户续电。
4 基于电力载波通信技术的用电信息采集产品的应用分析
4.1 基于电力载波通信技术的用电信息采集系统实施方案
通过对基于电力载波通信技术的用电信息采集系统的技术分析，目前依靠电力载波形式进行电力信息传输和交换的应用场景为偏远山区，或者地形平坦且传输半径小于300 m 的台区。当台区距离超过300 m 时，可以通过全、半载波的切换，提高载波传输的距离[6]。
电力载波通信技术通道的选择在电力信息选择的方案中也非常关键，直接关系着电力载波通信技术的信号衰减能力和抗干扰能力，进而决定信号传输的准确率和可靠性。电力载波通信技术在实际应用的过程中，应当根据现场的工况来实际选择固定组网和自组网的形式，或者选择2 种组网方式相结合的方式。
4.2 基于电力载波通信技术的用电信息采集系统的性能分析
为了检测载波通信技术在电力信息采集系统中的可行性和可靠性，本次测试选择了国内载波通信领域有代表性的2 种电力载波通信产品，即A 厂家产品和B 厂家的产品。其电力载波通信产品主要的技术及性能指标如表1 所示。
表1 A 厂家产品和B 厂家产品主要技术指标
对A 厂家产品和B 厂家产品实施+50 dB 衰减测试，以验证2 家产品的有效测试距离和数据传输的可靠性。2 种产品均能够通过1 个集中器和30 个电能表分别组成2 个实验性载波通信平台。在测试条件和测试方法相同的条件下，测试这2 种产品实施电力信息抄表的效果，测试的结果分别如表2 和表3所示。
表2 A 厂家、B 厂家产品抄读成功情况（电表30 个）
表3 A 厂家、B 厂家产品抄读正确率
如表2 和表3 所示，运用移相键控（Phase Shift Keying，PSK）调制方式和频移键控FSK（Frequency-Shift Keying，FSK）调制方式的2 种电力载波通信产品，在不同的载波频率模式下均能够达到理想的超标正确率，说明这2 种产品技术所代表的电力载波通信技术已经能够较好地运用于用电信息采集领域。
5 结 论
我国电力部门在近年来一直在大力推广智能抄表技术，电力载波通信技术作为智能抄表技术的重要技术环节，得到了广泛的关注。目前，电力载波通信技术依然是用电信息采集系统中最有前途的技术之一，在电力技术智能化升级过程中具有广阔的推广和应用前景。电力载波通信技术在电力行业用电信息采集系统中的推广，依然有很多管理问题、资金问题和产品配套问题需要解决，随着这些技术问题的不断解决和完善，电力载波通信技术将会在电力行业得到广泛的应用，从而成为我国居民用电智能抄表的主流技术。
