柯海波

(國網(wǎng)攀枝花供電公司，四川 攀枝花 617000)

0 引 言

近年來，隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)及通信技術(shù)的高速發(fā)展，用電信息采集不斷地為多系統(tǒng)、多專業(yè)提供數(shù)據(jù)和應(yīng)用支撐，采集數(shù)據(jù)類型不斷增多，數(shù)據(jù)采集頻率和采集速率要求也越來越高，前期使用的窄帶載波通信速率慢、路由變化慢、易受干擾、組網(wǎng)進程慢、只能完成抄讀日凍結(jié)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)單一等問題凸顯嚴重[1]。為滿足快速增長的通信數(shù)據(jù)需求，國家電網(wǎng)公司已全面推廣高速電力線載波通信(high speed power line carrier comccnication，HPLC)新技術(shù)應(yīng)用。

1 HPLC技術(shù)簡介

HPLC技術(shù)是一種高速電力線通信技術(shù)，是指利用電力線作為通信介質(zhì)進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N通信技術(shù)，采用了正交頻分復(fù)用(orthogond frequency division multiplexing,OFDM)技術(shù)，相比于窄帶載波技術(shù)，寬帶載波技術(shù)有更寬的帶寬、更強的抗干擾性、更高的通信速率、更多的業(yè)務(wù)承載能力以及更穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)通信業(yè)務(wù)[2]。

高速電力線載波網(wǎng)絡(luò)是一種實時分布式路由網(wǎng)絡(luò)，由周期性的信標覆蓋整個網(wǎng)絡(luò)，從而驅(qū)動所有節(jié)點實現(xiàn)組網(wǎng)。主節(jié)點上電后，會開始發(fā)送信標幀，從節(jié)點根據(jù)主節(jié)點信標幀的頻段，自適應(yīng)選擇工作頻段發(fā)起入網(wǎng)請求。所有入網(wǎng)的節(jié)點都需要身份驗證，稱為白名單，只有在白名單的節(jié)點才被允許加入網(wǎng)絡(luò)。入網(wǎng)動作全部由從節(jié)點主動發(fā)起，主節(jié)點進行確認。只有在網(wǎng)節(jié)點，才能進行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通信。組網(wǎng)完成后，重要節(jié)點仍需要繼續(xù)維持信標發(fā)送，并通過一定的周期網(wǎng)絡(luò)維護和實時的通信成功率評估、變更路由網(wǎng)絡(luò)。

2 基于HPLC在電能數(shù)據(jù)采集中的新型功能描述

基于HPLC技術(shù)，可實現(xiàn)模塊互聯(lián)互通、高頻數(shù)據(jù)采集、停電主動上報、相位拓撲識別、臺區(qū)自動識別等功能。

2.1 通信模塊間互聯(lián)互通

相對于窄帶載波而言，HPLC高速載波除了通信速率之外，其最大的一個功能就是實現(xiàn)了不同供應(yīng)商的設(shè)備可以相互連接、相互通信，不會影響上層的應(yīng)用業(yè)務(wù)，從而解決了窄帶時期無法統(tǒng)一采購、統(tǒng)一調(diào)配、統(tǒng)一維護的問題。

2.2 電流電壓高頻數(shù)據(jù)采集與分析

HPLC數(shù)據(jù)采集要求將采集頻率從原來的1次/d，提升到1次/h、1次/15 min(15 min曲線)，甚至1次/5 min(5 min曲線)。利用HPLC通訊速率快的特點，可以有效提升智能電能表采集成功率并保證采集數(shù)據(jù)質(zhì)量，同時利用高頻數(shù)據(jù)采集的特性，可以實現(xiàn)對臺區(qū)下每一用戶的電能質(zhì)量分析。通過對智能電能表電壓、電流及電量曲線的大數(shù)據(jù)比對，可以分析出臺區(qū)電能質(zhì)量不合格用戶的時間特性和空間特性，為線路和臺區(qū)改造提供數(shù)據(jù)支撐。通過高密度的數(shù)據(jù)采集和大數(shù)據(jù)分析，還可以實現(xiàn)對用戶智能用電和用電行為的分析，提供用能交互和用能增效的方案，進一步提高用電效率[3]。

從HPLC通信角度，主要是提供并發(fā)通信的能力，以此來提升應(yīng)用層通信速率。主要從兩方面來并發(fā)：1)集中器與電能表之間不采用一問一答制，集中器可以同時抄讀多個電能表；2)每幀Q/GDW 1376.2—2013協(xié)議可以包含多幀電能表協(xié)議。

2.3 臺區(qū)停電主動上報

在HPLC子節(jié)點通信模塊中(如電能表STA、Ⅱ型采集器)配置超級電容，可實現(xiàn)低壓戶表停電。智能電能表斷電后，通過HPLC通信單元在規(guī)定時間內(nèi)將停電事件信息實時主動上報集中器并且在智能電能表復(fù)電后主動上報復(fù)電信息，集中器再上報給主站。主站可以根據(jù)上報的電能表停電信息，結(jié)合系統(tǒng)檔案，及時準確地定位故障類型和故障位置，并通知技術(shù)服務(wù)人員前往排除故障。由被動搶修變?yōu)橹鲃訐屝蓿岣咄ｋ姽收暇S修的準確性、及時性，提升客戶服務(wù)保障能力。通過選取部分臺區(qū)測試，更換HPLC模塊后停電事件主動上報平均時長為37 s，上報準確率可達到100%。

2.4 臺區(qū)電能表相位拓撲識別

若供電線路三相負荷不平衡，會增加臺區(qū)電力線路的損耗，產(chǎn)生零序電流，影響電氣設(shè)備的安全運行。輕則增加線路和配電變壓器的功率損耗，出現(xiàn)局部過熱，加速絕緣老化，降低設(shè)備壽命；重則會導(dǎo)致配電變電器或用戶用電設(shè)備燒毀等嚴重后果。通過HPLC通信單元配備的過零檢測電路，在正常入網(wǎng)、抄表過程中可實現(xiàn)電能表、采集器相位的智能識別，集中器通過本地通信單元獲取電能表相位信息，為臺區(qū)三相不平衡治理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

基于大數(shù)據(jù)的相位識別功能：探索通過大數(shù)據(jù)的方式，分析出臺區(qū)內(nèi)節(jié)點間的拓撲關(guān)系及采集器下表計的相位信息；針對表計間拓撲關(guān)系的識別，由于下游節(jié)點的電流總和與上游關(guān)口節(jié)點的數(shù)據(jù)具有相關(guān)性，可以通過電流數(shù)據(jù)的高頻采集進行相關(guān)分析；針對采集器下表計的相位識別，可以嘗試用集中器的分相電壓曲線與采集器下表計分相電壓的變化趨勢具有相關(guān)性的特點，通過電壓數(shù)據(jù)的高頻采集進行相關(guān)分析；針對臺區(qū)內(nèi)所有表計的相位及拓撲關(guān)系，可以分析計算臺區(qū)及各個分支的線損數(shù)據(jù)，對各類竊電行為都可識別。

由此通過HPLC相位識別技術(shù)，可以實現(xiàn)自動識別臺區(qū)電能表相位，提高臺區(qū)用戶電能表相位信息的準確性；能自動識別單相、三相電能表零火線接反，消除接線錯誤引起的安全隱患，降低安全風(fēng)險；為臺區(qū)分相負荷平衡、臺區(qū)線損和分相線損的計算提供信息支撐，提高供電營銷系統(tǒng)信息化、精益化管理水平[4]。

2.5 臺區(qū)戶變關(guān)系自動識別

臺區(qū)戶變關(guān)系是保證臺區(qū)線損計算正確的基本要求之一，利用HPLC的臺區(qū)自動識別技術(shù)，可以準確判斷臺區(qū)下智能電能表所屬集中器，有效避免臺區(qū)串戶、跨臺區(qū)抄表等，提高臺區(qū)戶變關(guān)系準確性，提高供電公司臺區(qū)線損合格率。

臺區(qū)戶變關(guān)系識別主要用于電力用戶臺區(qū)歸屬、戶變關(guān)系判斷及相位識別，為梳理臺區(qū)戶變關(guān)系、線損分析和臺區(qū)精細化管理提供真實、準確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在日常線損管控中，通過采集成功率異常和線損合格率低的特征，在數(shù)據(jù)庫中篩選問題臺區(qū)進行臺區(qū)識別業(yè)務(wù)，針對性地根據(jù)臺區(qū)戶變關(guān)系識別進行線損和采集消缺。

HPLC通信模塊實現(xiàn)臺區(qū)戶變關(guān)系自動識別，主要是利用不同臺區(qū)、不同負荷導(dǎo)致的工頻周期差異，通過比對全網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的工頻周期等數(shù)據(jù)，準確判斷電能表的供電臺區(qū)，給出準確可靠的臺區(qū)歸屬，可有效輔助供電企業(yè)對計量自動化系統(tǒng)檔案的管理，為線損治理、臺區(qū)負載均衡提供準確的依據(jù)。

通過HPLC臺區(qū)戶變關(guān)系自動識別技術(shù)，可以解決由于臺區(qū)歸屬關(guān)系混亂引起的臺區(qū)抄表成功率低、臺區(qū)線損計算不準確等問題；可以有效替代臺區(qū)識別儀，甚至現(xiàn)場停電人工判定臺區(qū)歸屬關(guān)系的方式，實現(xiàn)自動判定臺區(qū)歸屬。

3 HPLC在智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集中的實踐應(yīng)用

HPLC采用OFDM自適應(yīng)調(diào)制方式、并發(fā)抄表技術(shù)，將給定信道分成若干相互正交的子信道，將高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成并行低速子數(shù)據(jù)流，在每個子信道上進行調(diào)制，各子信道數(shù)據(jù)并行傳輸。正交信號可以通過在接收端采用相關(guān)技術(shù)來分開，減少子信道間的相互干擾，即使在信道受嚴重干擾時，也能夠切換到抗干擾能力好、速率高的調(diào)制方式進行數(shù)據(jù)傳輸[5]。

3.1 數(shù)據(jù)測試方法及場景說明

試點臺區(qū)為高層小區(qū)，臺區(qū)負荷較穩(wěn)定，峰谷用電明顯，每個臺區(qū)變壓器都是在單元樓地下室通過電纜進入電井入戶，現(xiàn)場信號強度穩(wěn)定且相當，臺區(qū)臺戶關(guān)系正確，不存在跨臺區(qū)抄表的情況。數(shù)據(jù)采集通過用電信息采集系統(tǒng)對單戶數(shù)據(jù)進行點抄記錄數(shù)據(jù)返回時間，取多戶平均值測算數(shù)據(jù)采集平均響應(yīng)時間。采集成功率分為日凍結(jié)采集成功率和點抄一次采集成功率，均以臺區(qū)為單位進行統(tǒng)計。日凍結(jié)采集成功率為用電信息采集系統(tǒng)制定抄表任務(wù)，對每日0時電能表凍結(jié)數(shù)據(jù)進行多次采集；最后，對臺區(qū)下電能表數(shù)據(jù)采集情況進行統(tǒng)計，點抄一次采集成功率為通過用電信息采集系統(tǒng)手動對臺區(qū)下所有電能表進行數(shù)據(jù)單次隨機采集，統(tǒng)計電能表數(shù)據(jù)采集情況。臺區(qū)線損為臺區(qū)損耗電量與臺區(qū)供入電量的比值，合格臺區(qū)線損標準為0%～ 8%的線損率。

3.2 測試結(jié)果分析

所選的攀枝花某高層小區(qū)包含10個供電臺區(qū)，臺區(qū)大小和供電范圍相當，通過測試采集平均響應(yīng)時間、臺區(qū)數(shù)據(jù)采集成功率、臺區(qū)線損合格率及停電上報和相位識別功能進行分析?，F(xiàn)場測試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 高層居民小區(qū)測試數(shù)據(jù)

3.2.1 數(shù)據(jù)采集平均響應(yīng)時間

通過對攀枝花某高層居民小區(qū)10個裝有窄帶載波模塊的不同臺區(qū)的600戶進行系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集測試，數(shù)據(jù)采集通道均經(jīng)由集中器4G模塊連接用電信息采集系統(tǒng)主站，窄帶載波模塊系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集平均響應(yīng)時間為3.38 s，相同臺區(qū)更換HPLC模塊后系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集平均響應(yīng)時間為2.12 s，數(shù)據(jù)采集平均響應(yīng)數(shù)據(jù)提升37.28%。

3.2.2 采集數(shù)據(jù)質(zhì)量及成功率

選取攀枝花某高層居民小區(qū)10個臺區(qū)，共計安裝的600塊智能電能表進行測試。數(shù)據(jù)采集通道均經(jīng)由集中器4G模塊連接用電信息采集系統(tǒng)主站，在原窄帶載波通信時，通過采集主站召測測試臺區(qū)日凍結(jié)數(shù)據(jù),平均一次采集成功率僅為83%，電壓、電流、停復(fù)電上報、相位識別等功能數(shù)據(jù)存在采集失敗或錯誤。全部更換為HPLC通信模塊后，平均一次采集成功率達到100%，每個臺區(qū)2 min內(nèi)可以完成一次采集數(shù)據(jù)的召測，抄表成功率100%，電壓、電流、停復(fù)電上報、相位識別等功能應(yīng)用良好。

3.2.3 臺區(qū)線損合格率

選取攀枝花某三供一業(yè)老舊改造臺區(qū)，結(jié)合用電信息采集系統(tǒng)抽取臺區(qū)線損不合格臺區(qū)10個，開展HPLC模塊在臺區(qū)線損中深化應(yīng)用。在全部更換為HPLC通信模塊后，臺區(qū)采集成功率基本穩(wěn)定在100%，臺區(qū)分相線損計算正常。結(jié)合用電信息采集系統(tǒng)HPLC深化應(yīng)用數(shù)據(jù)分析判斷，通過現(xiàn)場核實其中3個臺區(qū)線損由不合格達到合格，3個臺區(qū)戶變關(guān)系錯誤，1個臺區(qū)存在竊電情況。

4 結(jié) 語

綜上所述，HPLC技術(shù)能夠提高實時性、通訊速率、抗干擾性、可靠性、安全性、穩(wěn)定性。在建設(shè)堅強智能電網(wǎng)過程中，能夠保證實時、高效、安全、穩(wěn)定、可靠的數(shù)據(jù)采集要求，有效提升臺區(qū)采集成功率及臺區(qū)線損合格率，滿足臺區(qū)下用戶精細化管理、數(shù)字化管理、智能化管理的要求，保證低壓配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的水平，搭建用戶與電網(wǎng)溝通橋梁，極大地滿足了用電信息采集需求，實現(xiàn)智能電網(wǎng)的全面可持續(xù)發(fā)展。