1、塔城电力有限责任公司电能计量中心 新疆 2012- 1-18【摘要】随着社会的不断发展和科技的高速进步，手工抄表方式已经越来越不适应当前工作需要。而在供电企业电能计量工作中，居民用电的计量工作又是一项点多面广，繁琐复杂的工作。为解决这一棘手问题，国网公司全力推进用电力信息采集工程，针对低压用户主要采用基于电力线的低压载波方式进行抄表。为改善目前低压电力线载波现状，更好地采集数据并对相关信息进行分析处理，起到降损节能的贡献。该文介绍了低压电力载波自动抄表系统的结构和特点，从电能表集中器，以及通信信道等方面介绍了电能计量自动抄表技术的现状及其优缺点，针对部分技术缺陷提出了解决方法。同时分析新疆各地
2、州在推进用电信息采集建设工程中遇到的问题，指出了低压集抄系统目前的不足及前进的方向。【关键词】电力载波自动化抄表 技术分析 0引言 电能计量是供电企业营销工作的一项重点工作，电能计量的准确度既与广大客户的经济利益密切相关，又直接关系到供电企业的经济效益。伴随着电子技术的迅猛发展，电子式电能表和低压电力线载波抄表技术也得到了快速发展。随着低压电力线载波技术的飞速发展，是载波通信技术的实际应用变为现实。电力部门将其应用到电力用户数据工作抄收工作方面，为将传统的人工抄表方式转变为自动化抄表作出了巨大贡献。电力线载波集中抄表系统是以先进的电力线载波通信技术为基础，以扩频通信技术为核心新一代集中抄表系统
3、。集中器将电能计量部分、数据采集部分和数据传输部分共同继承在同一个电子线路板中，使其成为一种具有电力线载波通信能力的计量装置。一方面，数据采集单元由于采用应答双工通信方式，使得各单元相互之间可以完成双向电力线通信，从而具有相互中继的能力，延长了通信距离；另一方面，为了缓解供电压力，鼓励用户在低谷时用电，方便供电部门按时段实施不同的计费标准（复费率）。1.1电力载波技术简介电力线载波（PLC）是电力系统特有的、基本的通信方式，电力线载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。电力载波通讯不需要另外的通信线路的投资，对电力企业来讲，是一种比较理想的本地通信信道。目前
4、新疆普遍采用的方式为低压用户使用基于电力载波的低压集中器，专变用户则采用GPRS负荷控制终端，通过集中器、采集终端将实时电能量数据传输到主站系统，主站系统对采集的数据进行分析，如发现异常，对异常用户的信息发起异常提醒等相关信息，并且可以通过主站下发提醒、跳闸及更改参数等命令。居民客户的用电数据通过电力线载波通讯传输到变台下的载波集中器，载波集中器通过RS485通讯接口将数据传至GPRS配网终端，再通过GPRS网络传输至供电公司抄表系统，然后主站系统将数据传输至营销业务应用系统，根据用电业务的需要进行电费的计算和用电情况分析工作。1.2 几种常见通信方式对比在用电信息采集系统中，上层及中层通讯网
5、所设计的通讯量不会很大，组网形式也比较简单，技术也比较成熟，关键在与采用何种通讯将大量的居民电能表电量数据传送到集中器，可以采用的方式有：（1）无线方式 由于居民电表数量大，单户用电量较少，这就表明，不可能采用无线通信来从以十万计的电能表向集中器传送数据，这样的成本电力企业负担不起，而且也是不经济的；（2）串行通信总线 目前广泛应用的RS-485总线，具有传输速率高、技术成熟的优势，被成功地应用于变电站抄表中，但是面对数量大、分布广的居民用户这种方式很不现实。首先在安装时需铺设RS-485总线，施工难度大；其次RS-485总线的驱动能力有限，抄收的用户数量有限，需采用多个采集终端才能解决；再者
6、维护困难，一旦某个采集点发生485总线端接的情况，则会出现整个传输网络瘫痪，查找困难。因此RS-485总线只适合小面积范围的使用环境，不能满足大面积使用的需求。（3）低压电力线载波 低压电力线载波就是利用现有的低压电力线做为通信信道的一种通信方式。这种方式具备多种优点，系统实现简单，成本低、工程量小。免专门维护、组网灵活、扩容容易，易于规划和使用。是一种比较可行的通信方式。但载波技术也存在缺陷：低压电力线阻抗特性和衰减特性复杂多变，噪声干扰大。在实践应用中，必须作大的投入去研究和解决。1.3系统构成及现状 目前各地州采用的低压电力载波抄表系统主要由4个部分组成：单相载波智能电能表、载波集中器、
7、主站系统、通信信道。集中器是载波通信的中央设备，安装在低压配电变压器的低压侧（附近或任何方便的地方），通过电力线汇集该配变下所有终端电表的数据。集中器负责主动与每一终端电表进行数据通信（抄表）并存储数据。这些定时或实时数据可通过信道传回到主站系统的数据服务器中，并对这些数据分析处理。 载波电能表是低压电网载波集中抄表系统的智能终端，它具有计量、记录、控制和载波通信功能，与载波集中器、上位机软件构成集抄系统，可实现一户一表、集中抄表、银行联网。主站系统式低压电网载波集中抄表系统的数据处理终端，对采集回来的数据进行存储、分析、处理，同时根据不同情况下发各种控制命令。系统中载波集中器用来控制同一台区
8、内的载波电能表并通过GPRS传输模块将采集到的数据传输回主站。依据系统时钟，集中器可以对同一台区内的电能表进行定时集中抄收，存储抄表数据，并且可以根据主站中心的命令对任意电能表进行实时抄收、传输数据，并对用户用电情况进行监控。载波集中器与载波电能表通信时采用低压电力线载波。通信信道是电能计量自动抄表技术中的关键。数据通信方式的选取要综合考虑地理环境特点、用户用电行为、技术水平、管理体制和投资成本等因素。国内外对于不同通信方式各有侧重，在西方发达国家，对于电能计量自动抄表技术的研究起步较早，电力系统包括配电网络较规范、完备，所以低压电力线载波技术被广泛应用；在我国，受条件所限，较多使用电话线通信
9、。近来，随着对扩频技术研究的深入，低压电力线载波中干扰大的问题逐步得到解决，因此，低压电力线载波通信方式在电能计量自动抄表技术中的应用有逐步推广的趋势。 低压电力线载波通信利用低压电力线作为系统前端的数据传输信道。其基本原理是：在发送数据时，先将数据调制到高频载波上，经功率放大后耦合到电力线上。此高频信号经电力线路传输到接收方，接收机通过耦合电路将高频信号分离，滤去干扰信号后放大，再经解调电路还原成二进制数字信号。电力线载波直接利用配电网络，免去了租用线路或占用频段等问题，降低了抄表成本，有利于运营管理，发展前景十分广阔。2.1相比于传统抄表方式及其他类型的远程集中抄表方式，基于电力载波的用电
10、信息采集系统主要有以下优点：（1）降低了抄表的管理成本改变落后、陈旧、古板的人工抄表计费模式，实现了抄表方式的改革，降低了人工抄表的人力投入。若按照人工抄表，每十万户居民用户，抄表和管理人员至少60-100人，年费用100余万元，采用居民集中抄表后扣除通信运维成本，每年可节省管理成本80万元。同时与其他采集方式相比，尽管传输速率不是最快，但是电力载波完全能够满足当前抄表工作的需求，选用“点对点”的通信方式，抄读数据的准确性和实时性也比较理性。因低压配电网是现有的电力基础设施，覆盖面最大，且不许新建线缆，降低了施工费用，带宽较宽，完全可以满足当前一段时间宽带接入业务的需要，成本低且维护简单。（2
11、）工作效率大幅提高 采用该系统后，抄表人员可以足不出户读取实时电能表的数据，在减少了人力投入的情况下大幅提高工作效率。同时，有效避免了人工抄表的弊端，减少了由于抄表人员错抄、漏抄导致的业务差错与营销事故，提升了服务质量，有效减少用户相关投诉。原始的手工抄表存在管理上的漏洞，用电管理中存在“关系电、权利电、人情电”现象，线路高损、抄表差错、客户欠费不仅使供电企业蒙受损失，同时也给用电客户带来了不必要的麻烦。（3）提高了工作安全性、为科学地发展用电负荷提供帮助由于建设用电信息采集工程，采用自动化抄表方式，减少了抄表人员登杆作业的危险性；实时利用抄表积累了大量数据，可以实时检测到用户的窃电情况，减少
12、不必要的收费纠纷，预防营销风险。也有助于供电单位准确了解负荷水平，进行停电定位以及回复供电的确认分析，为供电单位提供一种改进停电管理和线损管理的方式，有助于提高供电单位的竞争力，改善与客户的关系。2.2尽管低压电力线载波技术已经被广泛应用到用电信息采集工程中，也取得了不错的效果，从技术本身来说，还存在这不少的问题，具体来说主要有以下几点：（1）抗干扰能力差在低压电力线上进行数据通信时，其干扰的特殊性质是需要研究的重要问题之一，对于电力线上的干扰可分为非人为干扰和人为干扰。非人为干扰通常指自然现象引起的干扰，如雷电在电力线上引起的干扰。人为干扰则是指由于接入系统中的设备产生的干扰，相比于自然干扰
13、，人为干扰影响更为严重。由于低压电力线上的干扰主要呈现出随机性与多变性，在预测、过滤这些干扰的方面，目前还没有很好的解决方法。随机干扰通常是由于高压开关的操作、较大负荷变化、电力线路上的短路故障、雷电引起的，尽管时间很短，但是能量集中，频谱很宽。高压开关的断开和闭合会在电力线路上导致的暂态过程会产生一系列的电磁脉冲，这样的脉冲会对载波通信产生很大的影响。由于低压线路上的干扰来源丰富，衰减多变，因此从时间上、分布地域上的不同，其干扰呈现出多变的特性。而目前技术很难从根本上解决这些问题，因此在应用过程中经常出现抄表数据质量随天气变化波动很大，部分地区抄表成功率很难提高的问题。（2）输入阻抗变化大、
14、高频信号衰减由于低压电力载波传输信号的频率与输入阻抗密切相关，而低压电力线的输入阻抗是随负荷变化的。当没有负载时，电力线相当于一根均匀分布的传输线，由于分布电容和分布电感的影响，输入阻抗会随着频率的增大而减小；当电力线上有负载时，所有频率的输入阻抗都会减小，但是由于负载类型的不同，是不同类型的阻抗的变化也不同，实际情况非常复杂很难预测。实际负荷不仅影响到输入阻抗，更影响到传输效果，在实际应用中，当电力线空载时，点对点载波信号可传输到几公里，但当电力线上负荷很重时，只能传输几十米。高频信号在低压电力线上的衰减是低压电力线载波通信中的又一个难题。总体上，电力线上的衰减随着频率的增加而增加，但在某些
15、频率，由于负载产生的共振现象和传输线效应的影响，衰减会出现突然的迅速增加。同时，信号传输距离对信号衰减程度也起着决定性的影响，随着距离的增加，衰减会迅速地增加。在跨相传播时，衰减一般比同相传播要到10db以上，随着工频交流电相位的变化，高频信号的衰减也会出现周期性的变化。信号衰减会导致采集数据质量的下降，导致采集数据不全，由于部分表计而增加了整改台区的抄表时间，影响工作效率。根据新疆电力公司用电信息采集工程的部署，塔城电力有限责任公司将于2013年完成供电区域内所有居民用户的电能表置换工作，实现“全覆盖、全采集”。就目前使用情况与之前手工抄表时期的数据进行分析，可以发现，用电信息采集系统的上线
16、，很大程度上提升了抄表数据与质量，有效降低了所在台区的线损，电费回收工作也很好的得到了解决。同时，由于采用电子式智能电能表，有效降低了表计本身的电能损耗，计量更加精确，确保了用电用户利益和供电单位的效益。同时也需要看到很多问题，如普遍采用带介质的电能表，限制了、购电渠道，如突然断电势必会对用户的生活造成极大地困扰；基于低压电力线载波抄表的用电信息采集系统稳定性还远远达不到国网公司的要求，故障率较高，增加人员工作量，同时使供电企业运行成本加大。由于技术方面的不完善，导致抄表受天气、地域影响明显，也限制了基于低压电力线路载波的用电信息采集系统的发展。针对以上这些问题，在以后的工作中，需要通过完善的
17、机制如前向纠错码、自动重发机制、数据预取机制等加以克服。同时，可以选用不经介质的远程费控电能表，采用统一频率的载波芯片，减少应用限制，拓宽市场及缴费渠道，真正方便用户，做到优质服务，可靠供电，最大程度上保证用户的权益以及供电企业的利益。电力营销效率的提高，取决于营销部门对配网信息、用户现状和需求的了解程度，以及对各种数据分门别类加以采集分析并有效利用。电能计量自动抄表系统，能够充分采集用户的各种数据信息，对数据进行集中存储和统一分析，对于加强需求侧管理，具有重要意义。 依靠低压电力载波通信技术，发展起来的集中抄表应用系统，能实现台区电费的远距离集中抄录，监控对台区总电量、线损的统计、计算，有效缓解了抄收电费工作量大的问题。为供电企业全面实现“抄”、“核”、“收”自动化，提高运营效率，规避电费风险，提供了更加可靠的技术支持。参考文献1李良沫 电力线数字载波及其发展 电力系统通信2000.12 低压电力用户集中抄表技术条件 DL/T698-1999 中华人民共和国国家经济贸易委员会发布 20003 张旭辉等 自使用低压电力线载波通信技术 电测与仪表 2003.44 楼晓君 电力线载波自动抄表系统 化工电力 2003.35 赵栩 低压电力线载波集中抄表系统的研究 学术论文 2004.2
