电力载波技术在用电信息采集系统中的应用研讨

电力载波技术在用电信息采集系统中的应用研讨

陈勇敏

（国网甘肃省电力公司兰州供电公司）

摘要：在电力事业迅猛发展的背景下，我国智能电网的用电信息采集系统建设力度逐渐加大，在采集过程中将会应用到多种通讯技术，从技术层面而言，用电信息采集设备的下行通信主要以抵押电力载波技术为主，该技术利用电力线缆实现数据通讯，且覆盖范围极广，运行成本低廉，因此在用电信息采集系统中有较高的实用价值。本文基于上述背景，对电力载波技术在用电信息采集系统中的应用进行了研究，以期能为相关人员提供技术借鉴。

关键词：电力载波技术；用电信息采集系统；应用；研究

在智能电网系统中，电力用户用电信息采集是重要组成部分，也是开展高水平智能用电服务的技术前提，其建设标准贴合了国际智能电网的发展目标，为实现电网用户全覆盖、信息全采集、支持预付费等业务提供了数据支持，从而建立纵向贯通、横向集成的一体化电力信息集成平台。电力载波通讯作为用电信息采集设备的主要下行通讯技术，在智能电网中被广泛采用。以下将从电力载波概述入手，逐步探讨了该项技术在用电信息采集系统中的应用。

1、电力载波技术概述

电力载波通讯技术是指利用电力线缆实现通信的方式，其覆盖范围极广，只要有电力线缆通过的地方均可实现通信，充分利用了线路以及频率资源。目前可按照带宽频率将电力载波技术分为宽带和窄带载波两种不同技术，但在低压抄表系统当中通常采用窄带载波技术，载波频率通常在500kHz一下，电网运行标准中规定载波信号频率范围需在3~500kHz之间，通信速率通常为300bps~5kbps。对载波进行调制的方式包括ASK、PSK、FSK等多种技术，此外还可采用高速数字信号技术提高通信性能，例如多载波调制以及过零传输等。考虑到配网通信环境较为恶劣，会对载波通信的物理层功能造成限制，因此必须进行集抄设置以此来提升通信准确率。

2、电力载波通信技术的优势

2.1覆盖面积广、容量大

我国目前的电网覆盖面积占所有网络之首，已经深入到大部分居民区，且供电能力有充分保障，因此借助电力线缆作为用电信息的传输媒介，在信息采集系统中有得天独厚的优势，由于载波通信本身为电力系统应用的一部分，因此电力线缆所分布的地方即为需要进行用电信息计量的地方。电力网络进行通信时，所产生的基建设施投资费用可忽略不计，因此载波通信利用电力线缆作为媒介有很强的可行性。

2.2技术成熟

电力载波技术早在上世纪30年代就已经在国外使用，在集抄方案中电力载波通信业有几十年的应用历史，技术逐渐成熟。由于我国低压配网结构、供电方式以及负荷特征与国外有较大差异，因此需对电力载波技术进行整改方可使用，目前我国已针对配网供电特征研究出了多项技术解决集抄问题，例如电力载波技术在目前我国智能电网中的远程抄表、宽带上网等多个领域均得到广泛应用，随着技术发展，必将拥有广阔前景。

2.3保证线路美观

采用电力载波通信技术进行用电信息采集时，可实现低压抄表，无需在电力表与采集器之间重新布线，在台区工作当中，除电表箱下户线外无需另设其他接线，可保留原有线路的美观整洁，对提高表箱内线路的安全性也有一定的促进作用（如图1）。

3、电力载波技术在用电信息采集系统中的具体应用——以OFDM载波通信技术为例

3.1方案介绍

在以往的FDM（频分复用）采集系统当中，整个带宽被分为若干个子频带，且每个子频带之间不存在相互重叠，为了避免各个子频带运行时相互干扰，通常需要加装保护带宽，但这通常会导致频谱利用率降低，为了解决这个问题，OFDM（正交频分复用技术）采用多个重叠的子频带，让各子频带间正交，在接收端无需对频谱进行分离即可完成信号接受，采用OFDM载波通信技术的最显著的优点即正交的子载波可通过快读傅立叶变换实现对频谱的调制和解调，从而提高频谱利用率和用电信息数据采集的准确率。

3.2OFDM技术在物理层的应用

首先，在用电信息采集系统运行时，OFDM第一个子载波中心频率需设置为41992.1875Hz，而最后一个子载波中心频率则设置为88867.1872Hz，选择这种工作频率的主要原因为：考虑到MHz级别的通信通道高成本的因素，在该工作频率下容易实现对开发设备以及运行成本的控制，此外，电力线缆中手法的通信通道质量可得到保障。

其次，OFDM子载波间隔需定为488.28125Hz，在带宽上可分割出97个子载波，传输用电信息数据时占用其中96个，反傅里叶间隔长度设为2018ms，加设192ms的循环前缀。

最后，考虑到噪声对接收机端造成直接影响，可在采集系统当中通过自适应方法来对电力线缆中的数据速率进行优化，在实际应用过程的测试阶段可知，PSk的调制方式在通讯通道上表现出色，且比16QAM更容易实现对数字的调制。

图1采用电力载波技术实现集抄的表箱

3.3OFDM技术在MAC层的应用

用电信息采集设备的运行环境与传统的数据应用设备相比存在较大差异，从特征层面来看，用电信息采集设备应用环境主要以产生小的突发数据流应用为主，且需要具备实时性。因此，在MAC层通讯通道接入时采用TDM与CSMA/CA的组合方式，可在共享的竞争周期或无竞争周期中进行数据传输。①在竞争周期中接入通讯通道时无需做出任何裁决，但发送设备必须要重点关注单个帧内的竞争周期时间边界，并对通讯通道的繁忙/空闲状态进行检测。②在无竞争周期中接入通讯通道，采集设备需向基本节点提出分配请求，节点根据通道使用现状批准设备在一定时隙状态下接入或拒绝请求。

3.4OFDM技术在收敛层的应用

在收敛层当中，单个服务节点能将一对多的数据包交付到基本节点或者系统的其他服务节点，例如可使用静态的IPv4地址或者DHCP来获取地址后实现数据传输，此外，每个服务节点均能向基本节点注册其IPv4地址以及EUi-48地址，收敛层则负责整个IPv4数据包的路由处理。

4、应用效果

电力载波技术与传统两层微功率无线抄表方式对比，所需要的集中器数量明显减少，因此可节省大量的通信费用。以一个200户的台区为例，若在采集用电信息时安装传统的两层微功率无线通信集中器，考虑到地形因素，至少需装设10台集中器，每台集中器月通信费用为4.5元，则该台区每月需要支付45元的通信费用。若采用电力载波抄表采集用电信息，装设1台集中器即可实现整个台区的用电信息集抄，即每月通信费用仅为4.5元，每月可节省41.5元的通信费用。

结束语

综上，电力载波技术在用电信息采集系统中的应用有效提高了电网数据采集系统的服务水平，电力技术人员可通过多种调制方式和技术实现对台区用电信息的采集，从而降低通信费用，降低运行成本，为实现智能电网可持续发展提供条件。

参考文献

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[2]陈敏.电力载波技术在用电信息采集系统中的应用[J].中国科技博览,2015(10):241-241.

[3]游坤城.低压电力线载波技术在用电信息采集系统建设中的应用[J].科技与创新,2015(7):125-125.