电力载波技术在用电信息采集系统中的应用

电力载波技术在用电信息采集系统中的应用

胡玉萍 陈海红

国网内蒙古东部电力有限公司开鲁县供电分公司

内蒙古 通辽市 028400

摘要：现阶段中国低压站区目前的用电信息采集系统一般由集中器、采集器(采集终端)、通信通道和主站系统组成，其中集中器-主站系统为上行通道，集中器-采集器系统为下行通道。大部分上行信道采用远程数据传输，其可靠性和技术不再是制约无线抄表的主要问题。目前关键问题在于下行通道，这也是低压抄表的瓶颈问题。下行(本地通信)主要分为有线模式和无线模式。

关键词：用电信息采集系统；电力载波技术；应用；

基于电力消费信息采集系统，对电力载波技术这一非常重要的组成部分进行了研究。首先定义了它的含义和工作原理，然后总结了它的工作过程和可以实现的主要功能，并讨论了它在用电信息系统中的应用。最后，通过实验体现了电力载波技术的优势。

一、电力载波的含义

电力载波全程为电力载波通信技术（PLC），电力载波主要是指电力系统所特有的通信方式，主要是指通过对现有电力线的运用，再经过载波的方式来对实现数字信号的模拟或者处理，从而提升传输的一种技术防范。在电力线的传播中，为了提升数据传输的可靠性，运用合适的物理层调制解调技术可以说有着非常重要的作用。直接序列扩频（DSSS）、FSK以及跳频扩频(FHSS)等均是较常见的调制解调技术。其中DSSS主要是通过对低速的数据进行扩展，使其能够迅速达到高速码流层，从而促使传输速度的提升；FSK则主要是指经由一对频率来实现对二进制数据流的传输，其能够占用相对较窄的带宽；FHSS则主要是通过一组频率再经由相应的规律来实现对数据的跳变从而达到数据的传输。上述三种技术中，FHSS与DSSS均会占据相对较宽的频带，并且能够相对较好的实现对频率选择性的干扰，而在接收端的处理上，则标志着其噪声宽带相对较宽；而其最大的特点是并不需要对网络进行重新架设，只需要通过电线就能够实现数据的快速传输。

二、电力载波技术作业原理

一般情况下，可将电力载波技术视为可经由电力线路来实现电力通信的一种通信作业的信道，同时还可将其更为简单地理解为，可确保电力线路正常运转的一种通信信道，同时其还可对相关信号作出相应的调制，从而使其能够达到高频载波的一种通信模式。早在20年代初期，电力载波技术就已经出现并迅速得到广泛运用，其主要具有路由合理性、传输通道可靠性以及通信方式经济性等特点，这使得电力载波技术在运用的过程中，得到了各个领域的共同认可。根据不同领域，可将电力载波技术划分三大类，分别为低压、中压以及高压电力载波，本研究主要对低压电力载波进行探讨。低压电力载波技术主要由五个部分共同组合而成，分别为信号处理器、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，其中信号处理器能够迅速向电力线载快速发送大量的信号，其能够对数据进行控制，同时还能够对反馈的信号进行接受，可以说是信息数据处理中非常重要的代码信号；调制解调器则主要实现频谱的搬移作用，其能够将频谱调解到最佳的位置，同时还可将调制器的信号迅速转化为已经调制的信号。因电力衰减的幅度相对较大，为此，对低压载波通信性能进行提升至关重要，还必须确保系统抗干扰能力得到更好的提升，这就需要对已经调节信号经由耦合电路器来使其与电力线耦合，从而促使电力网与电路实现有效分离；低压电力网络主要对载波模块进行传输进行负责。

三、低压电力载波通信需要解决的问题

电力线为用电设备传送电能，不是用来传输数据，所以电力线对数据传输有许多限制。具体表现为以下方面。

1.电力线本身具有脉冲干扰特性，目前使用的交流电有50 Hz和60 Hz，其周期分别为20 ms和16.7 ms。在每个交流周期中，出现2次峰值，2次峰值会带来2次脉冲干扰，即电力线上固有的100 Hz或120 Hz脉冲干扰，干扰时间约为2 ms。这种固定干扰必须加以处理。有一种方法是在波形过零点的短时间内进行数据传输，但由于过零点的时间短，实际应用与交流波形同步不易控制，现代通信技术帧较长，所以难以实施。

2.低压电力线上的噪声干扰制约了信号的传输质量。噪声干扰主要来自与低压电网相连的负载以及无线电的干扰。在这样恶劣的电力线通信环境下，很难保证数据传输的质量，并且电力线通信的噪声和信号衰减随时间而变化，很难找出其变化规律，所以在利用电力线进行信号传输时，必须对信号进行一定的处理，并贯穿从信号发送到接收的全过程，这正是电力载波通信技术所涉及的重点和难点。

3.造成载波抄表不成功的因素还有电压、电流的不稳定，以及谐波干扰源的增多，另外载波抄表方式适合低压线路规划较好的台区，对于线路运行状况较差、较杂的台区，载波抄表成功率也极不稳定，需要使用消谐装置，加大传输带宽或提高谐波在复杂环境下稳定运行的可靠性。

4.低压载波通道阻抗变化大，远大于高压电力线阻抗。在负荷很重时，线路阻抗可能低于1，这使得载波装置不能采用固定的阻抗输出。而且电力线路的阻抗随信号频率和时间的变化而变化，造成载波信号的衰减非常严重。实际应用中，当电力线空载时，点对点载波信号可传输到几千米；但是当电力线上负荷很重时，只能传输几十米。因此，只有进一步提高载波信号功率来满足数据传输的要求，提高载波信号功率会增加产品成本和体积，而且，单一提高载波信号功率往往不是有效的方法。

5.低压载波通道衰减大，时变性强。信号的衰减与传输距离和信号频率有关。信号传输的距离越远，信号的频率越高，则信号的衰减就越大。电力网络的阻抗特性及其衰减制约了信号的传输距离，这与通信信道的物理长度和低压电网的阻抗匹配相关。

6.点对点的采集存在不确定性。就低压电力线路上的载波集中器与载波电能表而言，其采集成功率与时间有很大的联系，在电气设备使用低谷时（一般为夜间），调制的信号可以被传输的很远，集中器与电能表采集成功率很高，而在电气设备使用高峰时（一般为尖和峰时段），调制信号很快被衰减，并受到很强的干扰，集中器与电能表采集成功率较低。

四、低压电力载波通信需解决问题的方案

通过实践，目前载波抄表方式较适合应用于偏远山区，或台区内线路状况较好且直径小于300 m的台区。通过全、半载波的切换，可以将台区直径扩大至500 m左右。下行通道（本地通信方式）的选择，在低压电力用户用电信息采集方案中非常重要，将直接影响数据采集的成功率，因此，低压集抄台区应根据现场实际情况选择合适的通信方式。电力载波抄表的重点在于解决载波通信技术的干扰和信号衰减问题。解决以上问题，可以借鉴微功率通信方式，可考虑采取自组网和固定点组网，以及2种形式的混合。若以上问题得到解决，电力载波抄表将凭借施工成本低、维护方便等优势脱颖而出，成为首选的本地通信方式。建议由国家电网公司牵头，营销部计量处具体负责，组织行业内尖端技术人员，针对目前电力载波通信存在的问题进行科研突破和试点运行工作，并针对载波的特性，有选择性的进行合理搭配使用，如城区可采用全载波传输方式，针对农村或山区可考虑采用载波和485两种通信方式的结合，以解决载波通信目前面临的问题，同时有效提高采集成功率指标。

总之，随着国家电网公司大力推广居民低压集抄技术，电力载波技术也将得到进一步的发展，载波技术的瓶颈解决将使载波抄表技术得到全面应用。相信随着国家电网公司对载波技术的大力推广，在不久的将来，载波抄表技术将成为我国居民低压抄表的主流发展方向。

参考文献：

1. 杜届.电力线载波通信技术.2019.

[2]周宏宇.浅谈电力载波技术在用电信息采集系统中的应用.2020.