基于宽带窄带载波混合组网的用电信息采集系统构建

唐伟宁，鞠默欣，孔凡强

(国网吉林省电力有限公司电力科学研究院，长春 130021)

随着智能电网建设的推进，国家电网公司在原来用电信息采集需求的基础上，提出了用户数据实时采集、双向互动、远程费控、远程校时等功能，这对系统通信技术、抗干扰能力等提出了更高要求。目前，国家电网低压集中抄表绝大部分采用了窄带电力线载波通信方案[1]，由于窄带电力线载波通信方案抗干扰能力弱[2]，通信速率低的局限性，导致部分台区的部分电能表上线困难、无法完成数据采集、实时控制等，窄带载波的固有缺陷已经无法满足现今电网用户需求，因此，在不改变原有窄带电力线载波采集系统结构的前提下，提出基于宽带窄带载波混合组网的用电信息采集系统构建方案，即将部分无法通信或者通信不稳定电能表的窄带载波模块更换为宽带载波模块，同时在原有集中器旁增加一台宽带载波转换器，将数据汇总后通过原有集中器上行通道，完成与采集主站管理系统的通信功能。

1 系统架构

宽带和窄带混合载波用电信息采集系统结构与原有窄带载波采集系统类似，主要由采集系统主站、集中器、载波转换器、载波电能表等组成，其系统框图见图1 。

图1 宽带窄带载波混合组网的用电信息采集系统

原有的窄带电力线载波集中器不需更换，将无法通信或者通信不稳定的电能表窄带载波模块更换为宽带载波模块，增加一台载波转换器，通过RS485接口连接到窄带载波集中器，即可实现所有安装宽带载波模块电能表的数据采集，集中器完成数据采集后，通过上行通道完成与主站系统的数据交互功能。

采集系统主站[3]一般由电力业务应用、信息采集、数据存储管理、营销支持等组成。系统的远程信道通用分组无线业务(GPRS)/码分多址(CDMA)无线公网、230 MHz电力专网、光纤等)将主站与集中器进行有机的衔接，其上行通道用于传送终端设备收集的用户信息；下行通道则用于用电数据采集、远程费控、远程校时、事件监测与上报等。通过主站系统可以完成档案管理、数据采集、数据管理、定值控制、远方控制等功能。

集中器主要功能为数据采集、数据处理、参数设置与查询、事件记录、数据传输、本地状态指示与接口维护、终端维护、故障信息主动上报等。

宽带载波转换器将集中器通过RS485接口发出的抄表指令，转换为宽带载波调制信号，发给载波电能表，同时将载波电能表发回的数据，经RS485接口送给集中器，完成安装宽带载波模块电能表的数据采集。

电能表是系统的基本计量设备，主要功能有能效计量、费率控制、时段管理、预付费、 数据存储、事件记录、用户加密、双向通信。

系统通过实时采集、存储、分析、核算电力用户的用电信息，可帮助居民用户了解电价、停复电及缴费等信息，为企业用户提供节能减排、用电优化、安全用电等信息，指导社会科学用电，及时发现用电隐患、排查故障。

采用高速宽带电力线载波技术可扩展实时应用功能，向电力用户推行阶梯电价、实现多次结算、有序管理用电、在线监测设备运行和保障用电安全，实现双向互动功能。

2 系统建设

采用宽带和窄带混合载波方案可以在不改变原有窄带载波技术抄表系统结构的情况下，通过更换部分电能表的载波模块，即可完成系统改造建设，无须更换原来的集中器、载波电能表等设备，建设速度快，原有投资仍然发挥作用。

对于原来已经建设完成的基于窄带电力线载波技术的用电采集系统，改造流程如下。第一步： 在原有集中器旁增加一台宽带载波转换器；第二步：更换部分电能表载波模块，将部分通信不稳定载波电能表原有的窄带载波模块取下，换上宽带载波模块。

3 系统主要功能

a.数据采集功能:根据设定的采集任务要求，可以采用定时自动采集、人工召测、主动上报等方式采集电能量数据、交流模拟量、工况数据、电能质量越限统计数据和事件记录数据等，并统计、记录数据采集成功率、采集数据完整率。

b.自动组网功能：通信单元具备在本地网络中唯一的地址标识，用于建立中继路由关系，能够在无人工干预的情况下，自动加入网络并接受集中器本地通信单元的管理。 通过集中器可以将上报的电能表地址与主站管理系统的电能表档案进行比对，确认档案正确性；动态组网可以快速、准确地优化通信路径，从而提高抄通率。

c.自动中继功能：无需人工干预，通信单元之间可以自动建立数据传输的路由关系；当路由中的某个中继节点拆除或故障后，系统能够立即自动找到一条新路由；当新通信单元加入到系统之后，也能够立即建立新路由。

d.远程费控功能：主站管理系统可以根据需要向终端或电能表下发远程拉合闸命令，控制用户开关跳闸、合闸或者合闸允许。

e.远程校时功能：主站管理系统可以根据需要向终端或电能表远程下发校时命令，为系统分时计费、“四分”线损管理提供基础。

f.信息上报功能：可根据设置，将电能表运行状态、事件信息等主动上报至主站管理系统。

4 系统特点

a.系统建设成本低。原有的窄带载波用电信息采集系统可以继续使用，每个台区仅需增加一台载波转换器及更换部分宽带载波模块，可有效降低改造资金投入，节省建设成本。

b.系统建设周期短。原有通信稳定的窄带载波模块和电能表均无需更换，仅需更换部分电能表载波模块，减少了现场安装工作量。一般1天即可完成载波转换器及模块安装，系统调试需要2天，对采集数据进行观察，整个系统建设周期在3～5天可完成，系统建设周期较短。

c.提高系统采集成功率。宽带载波通信速率高达10 Mb/s，通信速率高，典型台区300个计量点数据抄收只需30 s。同时，2～12 MHz的工作带宽，远高于电器设备工作频率，避开了谐波干扰；工作带宽内多子载波同时通信，避免了通道堵塞；基于IP网络的自动路由、自动中继技术，具有通信链路稳定、通信距离远等特点。这些特点弥补了窄带载波通信性能的不足，提高了数据采集成功率和完整率。

5 结论

基于宽带和窄带载波混合组网的用电信息采集系统方案通信可靠性更高，安全性更好，具有抄收速度快、抄收实时性好、数据准确、施工难度小、维护量少等特点，不仅提高了抄表工作的效率，而且能够为供电企业提供远程用电管理的双向网络通信平台，从而实现远程预付费、断复电和防窃电功能，并可增值用户电费查询、网上缴费等网络服务功能，是提高电力用户用电信息管理水平的有效技术手段。