论山区茶季低压宽带载波对表计采集的影响

何 晓，邢鑫鑫，吴 涛，戴 斌

（国网黄山区供电公司，安徽 黄山 245700）

0 引言

某县局作为全国知名的茶叶原产地， 每年茶季期间因茶机大负荷运行而引起的干扰， 造成表计大面积采集失败，安装中继载波收效甚微，因此每年茶季期间电能表的采集成功率对某县局公司都是一次巨大的挑战。 经过对宽带和窄带模块的反复研究和试验，对比宽带信号和窄带信号抗干扰性，将某台区表计窄带模块更换成宽带模块， 自此再未出现表计采集失败问题。宽带载波的应用设备实时在线，数据实时采集，保持采集成功率100%，为后期台区三相不平衡优化打下基础。

1 当前主流抄表技术存在的问题

1.1 窄带载波存在的问题

窄带传输速率低， 很多互联网应用无法在窄带环境下进行，如在线电影、网络游戏、高清晰的视频及语音聊天等［1］，更无法下载较大文件。 在通信系统中， 窄带系统是指已调波信号的有效带宽比其所在的载频或中心频率要小得多的信道， 其中无线信道是典型的窄带信道［2］。

窄带载波存在的主要问题是：通信速率慢，可靠性差；大数据包传输不可靠；不支持互联互通；路由变化自适应差；无法实现自动台区识别；不支持远程升级，运维工作量大。

2 宽带载波技术特点和指标

2.1 宽带载波技术特点

宽带载波技术特点主要表现为：支持台区识别，相位识别，档案主动上报；实时通信，通信速率高，支持双向大数据量、 大数据包通信； 事件实时主动上报；快速自动组网；具备高效的抗干扰能力和自适应能力；支持扩展业务开发。

2.2 宽带载波技术优势

2.2.1 相位识别技术

结合实时数据，可实现实时三相负荷均衡分析。结合历史数据， 可对三相负荷在各时间段的变化进行分析。可指导II 型采集器安装于通讯最优相位，从而提升抄读效果，实现集中监控，管理下延至每一个用户及每一个电表，管理范围扩大数百倍。

2.2.2 存储并建立模型

通过采集用户不同时段用电量数据， 将实数据传送至后台数据库进行存储并建立模型［3］。

2.2.3 获取准确负载和网损信息

从多个维度对配网状态进行统计、分析、评判，采用动态曲线、图表的形式，获得准确的负载和网损信息。

2.2.4 及时反馈能耗漏洞

及时反馈能耗漏洞， 从而避免电力设备过载和电能质量恶化， 协助管理人员动态监测用户负载和网损信息［4］。

2.3 宽带载波主要技术指标

2.3.1 稳定

宽带载波工作频率范围200 kHz～12.5 MHz，采用OFDM 技术，子载波有自适应调制，支持FFC 和CRC 功能，具备强大的去噪和纠错能力，针对复杂电力信道设计了高鲁棒性帧结构。

2.3.2 实时

支持TDMA 和CSMA，提供冲突避免机制；支持数据分段和重组， 提高传输效率； 支持数据重传机制；支持 AES／3DES／EDS 数据加密；支持 4 级 QoS，满足不同服务质量需求。

2.3.3 高速

支持自动快速组网，采用动态自适应多路径路由技术；具有多网络自动协调技术；支持自动中继，最大可支持15 级中继；支持动态路由及多路径寻址。

2.3.4 高效

宽带载波物理层速率是 100 kbit／s～16 Mbit／s，应用层速率是 30 kbit／s～4 Mbit／s， 其中芯片工作功耗小于600 mW，待机功耗小于100 mW，表侧通信模块工作功耗小于1.2 W，待机功耗小于200 mW，支持ITUG.9972ISP 协议，支持跨台变识别，避免串扰。

3 窄带与宽带的对比

3.1 采集率及速率对比

窄带设备不能实现实时在线， 多次采集成功率96%～100%，点抄平均时间大于5 s，不能保证点抄时实性和有效性，一次轮抄达不到100%，时间无法计算，不支持并发抄读。

宽带设备实时在线，数据实时采集，一次采集成功率100%，具有高速率通信能力，提供对费控业务的可靠支持，点抄平均时间小于800 ms，轮抄成功，每块表抄读平均时间小于1 s，支持并发抄读，平均时间小于80 ms。

3.2 通信方式对比

窄带通信速率为 50 bit／s～34 kbit／s，受通信速度影响，只能抄收少量数据项，如“日冻结”和“结算”电量，采用半双工的工作模式，只能是点对点，系统大部分时间都处于排队等待状态，带宽资源有限，不具备业务拓展必要条件。

宽带通信速率为 100 kbit／s～16 Mbit／s， 信道通信速率不是通信瓶颈，抄收数据项不受限制，采用实时全双工的工作模式， 可实现数据并发通信及大数据量采集，提供对能效管理业务的有效支持。

3.3 主动上报时间对比

窄带需抄读此表时，才可以通知和查询表事件，新设备档案上报时间较长，一般在10 h 以上，无法支持用电监察、分析、上报窃电等功能。

宽带表事件发生时，可实时上报表事件，新设备档案自动上报，上报时间在2 h 之内。 可实时上报窃电等用电异常事件，通过实时上报，可进行用电监察和用电分析。

3.4 自动组网对比

窄带可自动组网，但通常组网时间较长，如果中继点出现问题，需更长的时间重新组网。

宽带能够快速自动多路径组网，通常组网在1～2 h 完成，如果中继点出现问题，需更长的时间重新组网。

3.5 抗干扰能力对比

窄带工作频率带宽处于干扰源密集区， 受外界干扰影响大。 宽带使用非固定频点，带宽在2～12 MB频带内自适应， 有效规避中低压电网噪声区， 采用OFDM 技术。

3.6 实时线损监测与统计

窄带受抄收速率及实时性影响， 不能实现台区实时线损监测与统计。 宽带可进行台区线损监测与统计，如300 户规模台区，宽带载波可以做30 min 为周期的线损监测和统计。

4 宽带载波技术在用电信息采集系统应用的优势

4.1 信道全覆盖

4.1.1 支持下行信道的延伸

支持下行信道的延伸，可实现单向推送、单屏显示、推送查询、双向互动、智能家居，能效管理。

4.1.2 支持公网信息孤岛问题

集中器安装于无公网信号的地方， 通过GPRS转发设备解决信息孤岛问题［5］，其框图如图1 所示。

图1 公网信息框图

4.1.3 支持同一个台变下混合信道的采集

主站利用双模集中器能通过多个信道采集用户侧电表，如图2 所示。

4.2 数据全采集

4.2.1 全采集数据项对比

全采集数据项对比可实现电能量数据、 最大需量数据、冻结数据、电能质量类数据、编程类和操作类事件记录、运行类事件记录、负荷类事件记录、购电信息、曲线数据等数据项对比。

4.2.2 支持实时大数据量采集

利用实时大数据量采集可实现以下功能： 提供对能效管理业务的有效支持，实现线损精益化管理；分析配网状态，动态监测用户负载和网损信息；优化能源配置；优化三相用电平衡；实时采集窃电数据，监测窃电用户；实时采集电压数据，监测电能质量；实时采集设备状态，实现离线在线实时监测。

图2 主站支持双模集中器模式框图

5 可视化全业务智能化管理

5.1 主站管理

主站管理包括档案管理和多业务应用管理。 多业务应用管理包含设备在线状态管理、 设备状态运维及检修。

5.2 支持台变关系和户变关系识别

宽带模块支持台户识别功能。当宽带表P1 由台区2 供电， 当P1 向台区2 集中器发送数据请求，通信通道打开传输；当P1 向台区1 集中器发送数据请求，数据传输中断，如图3 所示。

图3 台户关系识别

5.3 支持资产主动上报

通过宽带载波模块能实时动态将电能表资产相关信息自动采集并上报给集中器，实现动态管理。

5.4 支持用电信息采集系统拓展应用

用电信息采集系统拓展应用包括广播校时、 实时台变线损分析、防窃电管理、电能质量监控及无功优化。

5.5 支持事件主动上报

智能电能表及采集终端自动上报事件记录，例如多业务应用管理、费控、广播校时、线损、防窃电等异常用电监控。

5.6 支持双向互动

智能终端通过主站能够实时与电能表互动，包括电量数据的查询，购电等［6］。 主站能够推送用电信息给客户， 让客户实时掌握用电情况和各种用电政策。

6 低成本智能化运维

6.1 用电信息采集系统运维的难题

1）排查过程复杂，涉及表计、采集器、终端、通讯、采集主站、营销主站。

2）涉及环节多，如电表厂商、终端厂商、通信运营商、维护队伍、供电单位。

3）处理流程混乱，粗旷式运维，存在误跑、乱跑、白跑等效率问题，缺乏科学系统的流程。

4）人员监管困难，运维队伍地域分布广，监控管理难。

6.2 现有运维模式

1）委外施工模式。该模式完全由施工人员组成，对电表及终端关键技术不熟悉， 也不熟悉数据营销系统及采集系统主站，需要其他部门配合，不能推动故障处理流程，运维效果不显著。电力公司需要专人负责运维管理。

2）厂家外包模式。这是现在主流的外包模式，主要有终端、电表及通讯模块厂家参与，有对终端、电表现场处理的技术优势， 但需要人工在营销系统及采集系统走流程。

6.3 宽带载波技术的运维优势

宽带载波采集系统“零培训、易开通、免维护、无调试”。 快速组网，无需调试，使用非固定频点，自适应，档案自动维护更新，支持全网设备远程和本地升级，具有高效先进的运维工具，不需电脑，不需接线。 故障问题一键诊断，能够对上行通信信道、下行通信信道、集中器、采集器、电能表的各种故障问题一键诊断。

7 宽带载波检测方法及环境搭建

7.1 宽带载波信道测试

宽带载波信道测试项目包括功率谱密度、 灵敏度、带宽测试、本底噪声测试、吞吐量测试。

7.2 宽带载波业务测试

宽带载波业务测试项目包含表号主动上报、组网路由测试、 抄表成功率及准确率、 抗窄带干扰测试、抗台区串扰测试、在线升级测试、广播校时测试、费控测试、并发抄表测试、不间断实时测试。

7.3 宽带载波互换性测试

宽带载波互换性测试包括模块互联互通测试和针对集中器、采集器互换性测试。

8 宽带载波在山区茶季台区使用情况

8.1 实验性能参数

某县局通过采集系统透抄某些台区宽带表，性能参数记录如表1 所示。

表1 宽带性能参数

8.2 现场典型环境覆盖

某县局已更换了该县18 个台区的1 000 多只表。 从4 月开始陆续出现采集失败表计， 在4 月14日达到最高峰，15 块采集失败。 自4 月16 日将表计窄带模块更改为宽带模块后，表计采集失败数为0。经过一段时间的跟踪，宽带载波模块响应速度快，抄表速度快，抗干扰性强，更换宽带载波的18 个信号较弱的台区未再出现采集失败问题。

9 结束语

目前某县公司对18 个台区已更换并使用宽带载波模块，经过一段时间的使用跟踪，对更换宽带载波模块前后的台区采集数据进行分析，发现更换宽带模块采集成功率100%。 宽带载波模块相比窄带载波模块具有明显的优势，尤其是宽带载波模块的通信速率和抗干扰能力较窄带模块通信有了显著的提升， 宽带载波模块的使用在茶季大负荷用电期间， 可以解决因茶机大负荷运行引起的干扰造成的表计大面积采集失败问题，显著提升了某县公司表计的采集成功率。