核心提示 用電信息采集是電網(wǎng)營銷業(yè)務的一項重要工作，主要借助通信技術(shù)手段監(jiān)測和分析用電負荷。中國電力科學研究院有限公司圍繞本地物聯(lián)通信，設(shè)計了完整的高速電力線載波（HPLC，High-speed power line carrier）技術(shù)體系，提高了用電負荷數(shù)據(jù)的采集頻率，并推動技術(shù)成果轉(zhuǎn)化，嚴把產(chǎn)品入網(wǎng)檢測關(guān)，為實現(xiàn)階梯電價、智能費控等營銷業(yè)務策略提供技術(shù)支撐。
12月10日，在國家智能電網(wǎng)量測系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)計量測試中心，中國電科院計量研究所通信技術(shù)研究團隊圍繞HPLC分鐘級采集開展技術(shù)攻關(guān)。此前，該團隊的用電信息采集HPLC研究成果實現(xiàn)了每15分鐘采集一次臺區(qū)內(nèi)智能電表用電量。
隨著我國提出構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，以分布式光伏、電力現(xiàn)貨市場交易、有序用電為代表的相關(guān)業(yè)務迎來新發(fā)展機遇，需要更加安全、可靠、經(jīng)濟、靈活的通信技術(shù)支撐。此外，依托用電信息采集系統(tǒng)實現(xiàn)對客戶負荷數(shù)據(jù)的高頻采集，也是新型電力系統(tǒng)高效運轉(zhuǎn)的客觀需求。
打通智能物聯(lián)高速路
12月1日，中國電科院計量研究所通信技術(shù)研究團隊開展新一輪HPLC產(chǎn)品入網(wǎng)前的速率測試工作。產(chǎn)品有5個批次，測試結(jié)果顯示，來自5個不同供應商的樣品點對點通信速率均在1.1兆比特/秒以上。團隊全面檢驗產(chǎn)品的功能、性能，把好產(chǎn)品的“入網(wǎng)關(guān)”。
HPLC是一種電力線載波技術(shù)，主要產(chǎn)品形態(tài)是通信單元，安裝于表計等計量設(shè)備和控制類智能設(shè)備。HPLC利用電線傳輸信息，無須額外布線，即可連接各種以電線接入的智能設(shè)備，連接對象可以是智能表計、智能家電、智慧路燈、新能源汽車等。
2009年，國家電網(wǎng)公司建設(shè)用電信息采集系統(tǒng)并引入窄帶電力線載波技術(shù)。用電信息采集系統(tǒng)由主站、采集終端、電能表、通信信道組成。當時窄帶電力線載波頻率為3到500千赫，數(shù)據(jù)傳輸速率較低，載波信道環(huán)境差，逐漸無法適應日益增長的信息采集和電網(wǎng)供需互動效率需求。
2017年1月，中國電科院計量研究所通信技術(shù)研究團隊開展電力線載波技術(shù)的產(chǎn)學研用聯(lián)合攻關(guān)，設(shè)計了載波數(shù)據(jù)傳輸信道可用的4個工作頻段。團隊在速率模式設(shè)計中，將點對點通信速率提升至1兆比特/秒以上，為用電信息采集系統(tǒng)提供了通信數(shù)據(jù)傳輸“高速路”。針對載波信道環(huán)境差的問題，團隊提出了一種在時域和頻域同時進行信道交織與分集拷貝處理的方法，通過時頻分集，解決了電力線信道中噪聲干擾、多徑、衰落等關(guān)鍵問題，使得最終接收到的數(shù)據(jù)準確可靠。該方法獲2021年度電力建設(shè)科學技術(shù)進步獎（專利類）二等獎。
2017年年底，首批通過測試的HPLC通信單元在國網(wǎng)重慶市電力公司應用，使當?shù)赜秒娦畔⒉杉l率提升至每15分鐘一次，實現(xiàn)了臺區(qū)、戶表事件的主動上報，停電上報及時率達到95%，準確率達到98%。供電搶修由被動變成主動，客戶服務保障能力進一步提升。
2020年起，HPLC通信單元在國網(wǎng)冀北電力有限公司分布式光伏臺區(qū)試點應用，實現(xiàn)負荷側(cè)特性的監(jiān)測分析，助力調(diào)度運行部門及時掌握光伏等新能源出力水平、消納能力以及負荷的變化規(guī)律。
自2019年起，該團隊與19家集成電路企業(yè)合作，推動技術(shù)成果實現(xiàn)轉(zhuǎn)化。截至今年10月，HPLC通信單元已在國家電網(wǎng)經(jīng)營區(qū)安裝運行2.07億個，組建起用電信息采集系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)。
實現(xiàn)通信單元互聯(lián)互通
12月5日，中國電科院計量研究所通信工程師開展HPLC通信單元互聯(lián)互通測試，將待測的HPLC通信單元樣品與標準設(shè)備組網(wǎng)通信，檢測HPLC通信單元的互聯(lián)互通性能，提供HPLC通信單元的入網(wǎng)許可。
HPLC通信單元是HPLC系統(tǒng)的終端器件，其核心在于芯片的感知作用。2016年以前，各廠商自主設(shè)計芯片，標準不一，窄帶載波通信單元不能互聯(lián)互通，造成電網(wǎng)運維工作量大、成本高。
在HPLC技術(shù)攻關(guān)過程中，團隊牽頭發(fā)布的第一版HPLC通信協(xié)議統(tǒng)一了芯片設(shè)計標準，并具備了HPLC通信單元互聯(lián)互通測試能力，實現(xiàn)了用電信息采集系統(tǒng)內(nèi)HPLC通信單元的互聯(lián)互通。該功能在國網(wǎng)冀北電力應用推廣后，實現(xiàn)了臺區(qū)節(jié)點層級、節(jié)點數(shù)量等信息統(tǒng)計。運維人員針對每一層級的節(jié)點信息統(tǒng)計采集成功率，并且通過動態(tài)圖形展示臺區(qū)下HPLC模塊組網(wǎng)拓撲，為臺區(qū)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。此外，通過互聯(lián)互通，運維人員還可以便捷更換HPLC通信單元，一定程度上降低了用電信息采集系統(tǒng)的運維成本。
為了進一步推廣應用HPLC，團隊還將研究重點從基礎(chǔ)的抄表業(yè)務擴展到更為全面的深化應用功能研究，集成了HPLC高頻數(shù)據(jù)采集、停電主動上報、時鐘精準管理、相位拓撲識別、臺區(qū)自動識別、ID統(tǒng)一標識管理、檔案自動同步、通信性能監(jiān)測和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化八大深化應用功能，為電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行、企業(yè)經(jīng)營質(zhì)效提高、服務質(zhì)量改善筑牢了技術(shù)基礎(chǔ)。
依托HPLC停電事件上報、通信性能監(jiān)測和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等功能，運維人員可及時監(jiān)測客戶供電故障，客戶停電信息可以在90秒內(nèi)自動上傳到主站；依托HPLC高頻采集功能，可快速收集客戶側(cè)電力消費數(shù)據(jù)，提升雙向互動用電服務能力；依托HPLC相位拓撲識別和臺區(qū)自動識別功能，可以識別并自動更新臺區(qū)檔案關(guān)系。
目前，HPLC的八大深化應用功能在湖南電網(wǎng)完成推廣。在HPLC深化應用功能的輔助下，今年來該公司累計派發(fā)主動搶修工單329個，識別三相不平衡臺區(qū)9326個、低電壓臺區(qū)9480個，臺區(qū)相位識別率由43.34%提升到98.75%，臺區(qū)拓撲識別率由57.69%提升到99.85%。
創(chuàng)新探索下一代通信技術(shù)
12月8日，中國電科院計量研究所通信技術(shù)研究團隊開發(fā)HPLC采集分鐘級測試項目，驗證HPLC以及雙模通信產(chǎn)品分鐘級采集能力，通過發(fā)送“并發(fā)抄表”命令的方式，測試HPLC一分鐘內(nèi)抄讀同一網(wǎng)絡(luò)中300只電能表的能力。這是該團隊開展HPLC系統(tǒng)深化應用研究以來，在通信效率方面的又一次“提速”嘗試。
隨著新型電力系統(tǒng)構(gòu)建的不斷推進，單一電力系統(tǒng)正在向綜合能源系統(tǒng)演變，電力系統(tǒng)的通信需求逐漸向?qū)崟r化、精細化方向發(fā)展。在此背景下，未來的電網(wǎng)營銷業(yè)務場景會對通信的實時性和可靠性提出更高要求。
今年9月份起，團隊基于HPLC高速載波與無線融合的雙模通信技術(shù)方案，從通信環(huán)境和軟件兩方面，推進雙模通信產(chǎn)品測試能力的建設(shè)。雙模通信將成為繼HPLC之后的下一代演進技術(shù)，具備更強的傳輸能力和環(huán)境適應性，突破了單一網(wǎng)絡(luò)可靠性與穩(wěn)定性的瓶頸，可以結(jié)合有線傳輸和無線傳輸?shù)膬?yōu)點，消除通信盲點，將停電上報準確率由90%提升至99.9%。團隊將繼續(xù)深挖HPLC的深化應用功能，聚焦低壓配用電網(wǎng)絡(luò)的物理拓撲識別，提高臺區(qū)精細化管理水平。
截至目前，團隊基于HPLC技術(shù)研究成果，已牽頭發(fā)布國際標準2項、中電聯(lián)團體標準6項、國家電網(wǎng)公司企業(yè)標準6項，申報獲得國內(nèi)專利21項、海外專利2項，開發(fā)測試系統(tǒng)1套，申請注冊商標1項。
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