基于HPLC通信模块的智能电表深化应用研究

邱志辉，伍栋文，刘 水，胡志强

（1.南瑞集团有限公司，江苏 南京 211100；2.国网江西省电力有限公司电力科学研究院，江西 南昌 330096；3.国网江西省电力有限公司，江西 南昌 330077）

0 引言

随着智能电表的全覆盖，各网省智能电表覆盖率基本达到99.5%左右，智能电表采集成功率均在98.5%以上。智能电表的双向计量、支持浮动电价、远采集抄功能不仅支撑了电费的智能化结算、台区线损分析、用电稽查、负荷管理，而且为运检专业的台区重过载、低电压治理、中高压四分线损、中高压实时停上电情况、电网运行状况方面提供重要数据保障。

为提升客户优质服务满意度，及时了解客户用电情况与电力需求情况，国网公司对与客户关联性最高的智能电表功能提出更高要求，HPLC通信模块应运而生，该类型模块比电力线窄带模块在通信速率与稳定性方面可提升7-10倍，可在智能电表停上电实时上报、低压客户电压电流监测、台区拓扑信息、台区相位识别、台区识别、通信模块ID管理方面发挥重大作用，支撑深化智能电表非计量功能在配网设备监测、故障研判指挥、运维管控管理等方面发挥重要作用[1]。充分挖掘智能电表数据资产价值，进一步解决供电服务“最后一公里”问题，全面提升客户服务响应速度和配网运营管理水平。

1 智能电表现状

1.1 智能电表建设现状

截止2018年8月，国网公司累计安装智能电能表4.45亿只，累计采集接入4.44亿户，采集覆盖率99.5%，公司利用采集系统开展远程费控功能应用。8月执行远程跳闸操作377.4万次，远程合闸操作433.3万次；推送停电事件数据121.4万条、电压监测数据23.3亿条。全年累计发现故障48.3万次，发现窃电5.5万次，挽回经济损失3.40亿元。在运台区408.18万个，其中374.9万个台区在同期线损系统实现在线监测，占比达到91.87%，营销口径台区同期线损率4.22%，线损合格台区占比达到89.38%。

1.2 智能电表在智能电网的作用

智能电表已不是传统意义上的电能表，不仅可测量和存储双向和分时段电能计量电能信息，而且可测量双向和分时段最大需量，可根据需要选择记录六组数据，分别为电压、电流、频率，有功功率、无功功率，有功总电能、无功总电能，功率因数，当前需量以及四象限无功总电能。可监测电能质量和供电状况，记录客户电表失压、欠压、过压、断相、全失压、电压逆相序、电流逆相序、电压不平衡、电流不平衡、失流、过流、断流、潮流反向、过载、掉电、需量超限、总功率因数超限等事件，为解决用电纠纷和客户投诉事件提供依据[2]。

智能电表的建设实现了营业管理从抄表、核算发行数据的全封闭管理，做到现场数据与微机数据百分之百的一致，营业管理达到无管理损失的新高度，细化了营业管理。实现对客户档案、用电动态数据管理分析、客户用电自动查询服务、结算数据自动引入计费系统、负荷端欠费断电、预收电费用电控制等管理，从而提升电力企业的服务品质，提升用电管理部门社会形象。实现数据信息的共享，对生产系统提供数据支持。实现台区供、售电量同步计算，提高了统计线损的准确性，提升线损管理水平，有效降低供电损失。为发现窃电行为提供了强有力的技术支撑，减少了窃电损失。对变压器三相负荷做平衡分析。积极推进营销现代化建设，提高抄核收作业及管理手段，逐步取消传统的手工作业方式，不断提高抄核收工作的自动化管理水平，大大降低企业经营风险，促进公司向智能化方向发展，加快管理现代化的进程。

1.3 智能电表应用瓶颈

目前国网公司辖区内的智能电表数据贯通至数据系统集成方式如图1所示：

图1 智能电表数据贯通图

如图1所示：智能电表数据先由终端设备通过低压电力线窄带载波通信方式采集，后通过终端设备通过通信信道层（移动、电信、联通运营商等）上送数据至系统，终端与智能电表是通过电力线窄带载波的模式进行数据交互，该种模式的传输效率慢，覆盖距离短，传输过程容易发生丢包的问题，窄带载波信道易受到干扰，通信成功率较低，故目前终端设备主要采集低压客户的智能电表的有功总电能、无功总电能等数据，无法深入开展智能电表全量数据采集工作，无法准确计量客户用电情况，故无法有效提升停电范围精准管理与主动服务水平[3]。

2 智能电表深化应用

2.1 智能电表深化应用需求

国网公司为贯彻国务院《计量发展规划（2013-2020年》和公司“十三五”发展规划，落实2018年公司“两会”精神及营销工作总体部署，深入推进智能计量体系建设，以智能电表为主线，深化计量资产精益管理，挖掘智能电能表数据价值，以技术创新引领业务转型发展，提升智能计量体系运行质效，全力支撑以客户为中心的供电服务、体系建设，充分发挥智能电表资产效益，降低电网运营成本，全面支撑配网运营管理和供电服务水平提升。结合公司供电服务指挥平台、“全能型”班组建设有关工作，按照智能电表提供基础信息、业务系统开展深化应用的原则，促进营配贯通，深化智能电表非计量功能在配网设备监测、故障研判指挥、运维管控管理等方面的应用，充分挖掘智能电表数据资产价值，进一步解决供电服务“最后一公里”问题，全面提升客户服务响应速度和配网运营管理水平。

2.2 智能电表深化应用方案

基于低压电力线高速载波通信技术（HPLC）的户表停上电实时上报、电压电流监测、台区拓扑信息、相位识别、台区识别、通信模块ID管理等技术，为深化智能电表应用提供了基础支撑，有效助力供电部门在不改动电能表的前提下挖掘采集系统的潜力，提高计量和采集业务的精益化管理水平、提升客户优质服务水平、提高数据资产利用价值。

2.2.1 低压客户表计停上电实时上报功能

基于HPLC通信的高速通信机制，在电能表断电后，通过智能电能表载波模块在规定的时间内上报停电故障信息。智能电能表载波模块需配备超级电容，当停电发生时，通信模块在待机状态下，后备电源能够维持供电时长不小于30~60 s。通过HPLC通信载波模块在规定的时间内上报停电故障信息，逐步实现低压客户的停电事件主动上报功能应用。低压客户表计停上电实时上报具体流程如图2所示。

图2 低压客户表计停上电实时上报流程

2.2.2 低压客户电压电流高频采集与监测

利用低压电力线高速载波（HPLC）通信技术的频带宽、速率快的优点，通过其并发抄读机制可实现电压、电流、电量的15 min冻结数据采集，或者电压、电流、电量15 min实时数据采集[4]。15 min冻结数据取电表的电压、电流、电量负荷曲线（负荷记录）。

低压客户电压电流高频采集与监测支撑配网低电压、配变重过载和三相不平衡监测等工作，精准治理低电压客户、重过载配变台区、三相负荷不平衡配变台区。为充分发挥智能电能表数据资产效用，进一步支撑配电网运维管理水平的提升工作。快速精准定位存在“违约用电、窃电”嫌疑客户。同时，建立健全闭环管理机制，梳理核心业务流程，规范诊断方案、预警与响应机制、工单下发流转、现场勘察、审核处理、归档上报等环节，做到定位精准、响应及时、归档有效的闭环管理机制，实现“以防为主，实时监测，快速处理，防治结合”，全面提升公司综合防窃电能力。

2.2.3 台区户变关系智能识别功能

利用载波台区的“集中器—智能电表”关系，实现对配变和客户电表关系档案、相位的自动智能识别，能够支撑客户地理位置定位精准报修、供电质量研判、三相负荷不平衡分析等业务。利用集中器载波搜表功能与客户电压变化特征相似性分析，智能识别、矫正户变关系。通过集中器自动搜表功能，通过通信链路识别户变关系；其它通信组网台区，可通过户表电压变化特征与台区总表电压变化特征比对，通过电压特征相识性进行户变关系识别，改造主站前置服务器、完善主站配套功能，采集主站智能确认户变关系并与营销档案比对，将不一致户变关系反馈给营销。

基于HPLC的通信模块在正常组网、抄表过程中，集中地本地模块可获取智能电能表载波模块的入网信息，集中器通过查询本地模块获取智能电能表载波模块（电能表）的逻辑拓扑信息。主站进行协议扩展，使终端能够获取台区拓扑，主站扩展具备台区拓扑展示的功能。HPLC通信模块，基于分类大数据分析，利用不同台区、不同的负荷导致交流电相位偏移、电压波动存在差异的特点，同步获取交流电过零相位偏移量、电压波动量等数据，加以分析，可准确判断采集器的供电台区，给出准确可靠的台区归属，有效辅助供电企业对计量自动化系统档案的管理，为线损治理、台区负载均衡提供准确的依据。

2.2.4 台区客户相位识别功能

采集主站通过技术手段，自动识别低压客户在台区所属供电相位，为异常定位、三相不平衡治理等业务应用提供支撑。通过集中器根据通信链路确定户表所接相位，改造主站前置服务器、完善主站配套功能；其它组网方式通过户表电压与台区表分相电压变化特征相识性确定户表所接相位。HPLC通信模块配备过零检测电路，在正常入网、抄表过程中可实现电能表（采集器）相位的智能识别，且可以识别单相电能表的L/N接反、三相电能表的逆相序。

通过集中器载波模块获取相关信息，主站进行相关信息的召测。通过对相位的准确识别，可统计每条线路上的电表数量，分别对各线路上的供电量、用电量、损耗电量进行计算统计，为分相线损治理、供电线路优化等工作提供准确的依据。

2.2.5 台区拓扑智能识别功能

对于用电信息采集系统，HPLC通信网络一般会形成以CCO为中心、以PCO（智能电表/I型采集器通信单元、宽带载波II型采集器）为中继代理，连接所有STA（智能电表/I型采集器通信单元、宽带载波II型采集器）多级关联的树形网络。HPLC通信模块在正常组网、抄表过程中，集中地本地模块可获取智能电能表载波模块的入网信息，集中器通过查询本地模块获取智能电能表载波模块（电能表）的逻辑拓扑信息，进一步提升数据采集质量，提升台区档案数据管理水平，深化采集系统应用水平，降低管理和运维成本。智能识别后的台区树形拓扑图如图3所示。

图3 智能识别后的台区树形拓扑图

2.2.6 台区HPLC通信模块ID管理

目前通信模块并未纳入全寿命周期管理，而是作为电能表或采集终端的一部分进行管理。但是实际情况中计量通信模块的库存和运行情况长期得不到跟踪，资源闲置或浪费的情况比较严重。为实现计量通信模块全寿命周期管理，实现从需求申报到资产报废的全过程管控，基于通信模块ID的全寿命周期管理应运而生。

集中器定期读取HPLC通信模块的芯片ID，并存储。当发现通信模块ID变更后上报告警，新装模块ID变更不上报。

主站与集中器交互流程如图4所示：

1）主站配置集中器的HPLC通信模块ID读取任务配置；

2）主站按照配置定时（每周或每月）实时获取集中器下HPLC通信模块的模块ID信息，并与HPLC模块资产信息进行关联；

3）集中器根据主站的配置，定时获取集中器下HPLC通信模块ID，若发现通信模块变更则上报变更事件；

4）主站根据上报的变更事件执行对应的处理，包括记录该变更事件，并核查是否属于正常变更及执行对应操作。

图4 主站与集中器通信模块ID交互流程

集中器与HPLC通信模块的交互流程如图5所示：

图5 主站与集中器通信模块ID交互流程

1）集中器根据主站配置的通信模块ID读取任务配置参数，定时读取模块ID信息；

2）集中器将获取到的信息与上次获取结果进行对比，若存在变化则上报模块ID变更事件。

3 应用效果

基于HPLC通信模块的智能电表深化应用的开展，为国网公司营销部门的自动化抄表、反窃电、计量异常管理、用电异常管理、费控工作带来强大支撑功能，全国网自动化抄表率为99.3%，减少3.4万抄表人员，由前期的日线损统计转变为实时线损（小时线损）统计，整体台区线损由14.6%减少为4.22%，费控分合闸成功率均在90%以上，有效支撑电费回收工作，支撑查获窃电及违约用电案件8.17万起，追补电量1.74亿千瓦时，追缴电费和违约使用电费共计4.13亿元；支撑运检部门开展了配网低电压、配变重过载和三相不平衡监测等工作，精准治理低电压客户999.2万户、重过载配变台区20.2万个、三相负荷不平衡配变台区79.8万个，取得了良好的效果。

基于HPLC通信模块的智能电表深化应用工作为配网规划提供用电信息的准确、全面的数据支撑，提供规划区域内相关数据，为电网改造方案中的电压等级选择、站点选择、供电半径、线路长度的确定提供科学依据，为其进一步优化配置资源，提高电网输送能力，为电网安全经济运行奠定基础。使生产经营管理的可控、能控、在控，具备较完备的可操作性，有利于供电、输电、配电、用电、售电纵向协调联动，形成合力，大大降低企业经营风险，促进公司向信息化方向发展，加快管理现代化的进程。

基于HPLC通信模块的智能电表深化应用实现关键核心基础业务的实时在线考核，减少基层供电所营销基础数据管理薄弱、部分台区和客户营业信息不准等传统管理死角，实现上下及时互通互动、管控精益到位、执行操作横向协调协作有力，提高执行力，以科技进步促进管理手段创新，推动公司营销管理变革。实现电能表信息的采集无人工参与，减少人为主观或客观因素造成差错，通过技术手段确保实抄率可达100%。

4 结语

开展基于HPLC通信模块的智能电表深化应用，提高智能电表的支撑作用，为供电可靠性、配网抢修平台等相关业务系统提供及时准确的信息数据，提高对客户的响应速度，减少客户的投诉，提高服务能力，进一步提升整体供电服务水平，积极履行社会责任，树立国家电网公司优质服务品牌；为供电故障判断提供数据基础，有利于提高故障抢修及时性，构建和谐的供用电关系，方便客户，提升公司形象，提升客户满意度。