茹予波
国网河南省电力公司偃师市供电公司 ， 河南省洛阳市偃师区， 471900
摘要：为解决传统窄带方案模块传输效率低下，带宽窄，易受干扰，抗冲击性弱等问题，提出基于HPLC模块的智能电表深化应用，通过现场试点引用，开展实践活动，探索高频采集、停上电事件上报、台区相位识别、远程升级、通信模块ID管理方面挖掘智能电表的潜力，提高计量和采集业务的精益化管理水平，为各种系统应用提供高效准备的数据支撑，深化大数据应用，提升供电服务水平，改善营商环境，提升用户获得感和美誉度，践行企业服务宗旨。
关键词：HPLC；载波通信；停上电上报；高频采集
引言
为贯彻落实河南省电力公司王金行董事长“一切为了客户、一切为了市场、一切为了一线”的服务理念，践行“主动上报、主动告知、主动服务”指示要求，深化高速载波技术对台区线损管理、预付费管理、防窃电管理、台区运维精益管理（三相不平衡、低电压、重过载）等支撑作用，以技术、服务、抢修水平来抢占用户资产市场，优化营商环境，提升优质服务水平。2019年10月-2020年7月河南省电力公司计量中心选取洛阳偃师岳滩供电所进行全省唯一整所HPLC现场试点应用，为HPLC通信模块大规模推广提供技术支撑。
一、HPLC通讯技术概述
1.电力载波技术
电力线是最普及、覆盖范围最为广阔的一种物理媒体，利用电力线传输数据信息，具有极大的便捷性，无需重新布线，即可将所有与电力线相连接的电器组成一个通信网络，进行信息交互和通信。这种方式实施简单，维护方便，可以有效降低运营成本、减少构建新的通信网络的支出，因而己成为智能电网、能源管理、智慧家庭、光伏发电、电动汽车充电等应用的重要通信手段。
2.ＨＰＬＣ基本原理
HPLC（High-Speed Power Line Communication ）高速载波通信技术采用OFDM技术，能有效的抵抗多径干扰，使受干扰的信号仍能可靠接收，即使是在配电网受到严重干扰的情况下，也可提供高带宽并且保证带宽传输效率，从而实现数据的高速可靠通信。具有通信速率高、抗干扰能力强等特点
HPLC载波采用OFDM调制方式，基本思想是将给定信道分成若干相互正交的子信道，将高速数据转成并行低速子数据流，在每个子信道上进行调制，各子信道数据并行传输，正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可减少子信道间的相互干扰，每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上可以看成平坦性衰落，从而可以消除码间串扰，而且由于每个子信道带宽仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变的相对容易。
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3.HPLC技术优势
2019年开始逐步推广HPLC技术，但目前全省绝大多数台区本地通信方式仍然是窄带载波通信，一次采集成功率只有90%，同时存在通信速率慢、频段干扰强、互通性弱等问题，严重制约各类采集深化应用开展。基于HPLC的高速电力线通信技术，能够实现一次采集成功率100%、双向快速通信、高频数据采集、主动报送停电信息等功能，相比传统的窄带低频载波技术通信速率、抗干扰性、可靠性显著提升，为能源互联网场景深化应用奠定基础。
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窄带载波通信和宽带载波通信主要通过工作频率区分，其中：窄带载波通信可使用的频率范围为3kHz至500kHz,由于带宽相对较窄，只能提供较低传输速率的通信服务，且抗干扰能力较弱，一次抄表成功率很难突破90%以上；面向电力抄表的高速载波通信工作频率范围为0.7MHz至12MHz，包含2.4MHz~5.6MHz、2MHz~12MHz、0.7MHz~3MHz、1.7MHz~3MHz四个频段，具有相对较宽的宽带，能够提供数百kbps至几Mbps的数据传输速率，且电力线在高频段的噪声相对较弱，相较于窄带电力线通信，通信可靠性和稳定性显著提升。目前河南主要采用的是0.7MHz~3MHz的频段。
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二、HPLC实践应用情况
1.现场试点应用
偃师公司岳滩供电所是省公司计量中心HPLC通信模块现场应用试点单位，试点任务涉及116个台区14826户低压用户电能表更换为新型面向对象协议电能表及配套HPLC通信模块，开展组网抄表、开表盖事件、停上电事件等11项功能应用测试工作。2019年12月11日开始现场安装工作，6月23日完成全部现场安装工作。5月18日省计量中心、市公司、各厂家技术人员组成的专家组进驻偃师开展11项功能测试工作，7月3日结束，累计47天。
HPLC技术主要应用在低压台区，用于本地通信。按载波通信单元组网方式不同可分为三种：
（1）全载波组网：集中器安装HPLC路由模块，本地载波电表内安装HPLC单、三相载波通信单元，采用全载波方式进行组网通信；
（2）半载波组网：集中器安装HPLC路由模块，II型采集器内置HPLC模块，电能表485线与II型采集器相连。
（3）混合载波组网：集中器安装HPLC路由模块，II型采集器内置HPLC模块，部分电能表通过485线与II型采集器连接，另一部分电能表安装HPLC模块，与集中器通过HPLC载波通信。
偃师公司采用第一种应用场景。
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2.推广应用情况
2020年优化区域户表采集方案123个台区2.01万户，其中HPLC模块100个台区1.61万户，全年合计推广HPLC模块（含岳滩所）216个台区3.09万户。
更换后的台区不论是一次采集成功率还是远程补采效率都有极大提升，台区线损治理支撑能力明显提升，为采集深化引用提供更好的基础条件。同时台区普遍组网时间有4-5个小时下降至0.5-1个小时，提高了应对突发线路停电等造成批量采集失败送电后恢复能力。
3.有利因素
2020年省公司指标规则受大环境影响调整频繁，但整体趋势是对计量专业支撑要求不断提高，不论是采集指标日管控，还是费控执行45分钟复电工作，都是在迫使各单位主动加强内部管控，不断提升采集费控硬件自动化水平。随着省市公司营销工作对计量指标要求越来越高，在疫情防控背景下，采集运维现场基础条件显得尤为重要，基层站所人员对电能表、互感器、采集终端等计量设备维护和更新的主动性、及时性明显提升，有助于HPLC模块推广应用。
三、HPLC典型深化应用功能
1.高频数据采集
HPLC通信模块提供并发通信能力，以此来提升应用层通信速率。主要从两方面来并发，一是集中器与电表之间不采用一问一答制，集中器可以同时抄读多个电表对象，不像窄带载波是不支持并发抄表。二是每帧Q/GDW 1376.2可以包含多帧电表协议（DLT645或DLT698.45包含多个OAD），如一帧报文可以同时包含抄读电能表示数和电能表时间两类数据，不像645规约，需要发多帧才能解决。
利用高速载波通信技术频带宽、速率快的优点，可实现电压、电流、有功功率等数据的15min冻结数据采集，监测电网电压质量和负荷波动情况。
2.户表停电事件上报
智能电表HPLC载波通信单元配置超级电容，支持低压户表停电事件信息实时主动上报，超级电容支持正常工作60s以上，停电事件主动上报至采集主站时间不高于90s，经过用电信息采集系统主站分析判断后经统一接口服务平台将停电事件实时推送至供电服务指挥系统，实现低压故障的快速识别分析，指挥抢修。
3.台区户变关系识别
台区户变关系识别是指集中器对主动上报的电能表或者采用搜表方式的电能表信息，基于高速载波通信优势，载波通信单元通过特有的通信算法实现集中器的电表档案的自动对比和识别，用于台区电表档案的梳理，可及时发现和解决台区串扰电能表的问题，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。
4.搜表上报
集中器每天定时启动新增电表上报命令，集中器根据路由上报的内容跟集中器自身档案比对，将档案外的新增电表信息进行存储，并产生新增电表事件通知主站，主站拓展对比分析基于采集系统、营销系统的台区档案、已同步档案、黑名单档案等分析功能，通知集中器上报的电表信息是串扰档案还是新增电表。
5.拓扑识别
高速载波通信单元在正常组网、抄表过程中，集中器本地通信单元可获取智能电能表载波通信单元的入网信息，形成网络拓扑图。
6.相位识别
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相位及线路拓扑关系的智能识别，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。
7.远程升级
集中器和集中器载波通信单元支持在线升级，同时通过载波信道可远程实现对电能表模块的程序升级功能。
8.时钟精准管理
依托HPLC低时延通信和灵活的广播校时机制，可以保证电表与集中器之间的时钟同步及精准管理，为分时电价、阶梯电价政策的实施提供技术保障。
9.通信性能监测和网络优化
每个HPLC节点都具有信号强度、相邻节点信息、网络路径信息等参数，在主站可以监测每个设备的状态信息，可以对不同的芯片厂商、模块厂商设备运行情况进行评价。并可通过监测数据，分析网络运行水平，调整HPLC性能参数，对通信网络进行持续优化。
结语
基于HPLC技术，可实现高频数据采集、停电主动上报、时钟精准管理、相位拓扑识别、台区自动位、ID 统一标识管理、档案自动同步、通信性能监测和网络优化等功能，提升台区线损、费控执行等各类采集功能深化应用工作成效，降低经营成本，通过末端融合、数据共享和供电服务等系统无缝对接，实现客户用电实时情况查询、用电异常主动上报等场景应用，降低投诉事件发生，提升供电服务水平，优化营商环境，为建设具有中国特色国际领先的能源互联网企业提供坚强的基础支撑。
参考文献
[1]HPLC技术应用手册．国家电网公司，2019 V2.7
[2]王丹.智能电能表检定装置的深化应用与改进技术研究[J].科技展望，2014（18）∶35-37.
[3]张明远，徐人恒，张秋月，等.智能电能表数据通讯安全性分析[J].电测与仪表，2014，51（23）∶24-27.
[4]刘锦华，周瑞萍，蔡晓萍，等.浅析智能电能表的应用[J].图书情报导刊，2012，22（6）∶153-155.
[5]左阳，司建军．低压电力线载波通信技术探究[J]．通讯世界，2016（4）：10．
[6]杨磊，冯荣普．关于低压电力线载波通信技术的研究[J]．中国新通信，2015（7）：60．
作者简介：茹予波 ,1973年6月,男, 河南洛阳 , 汉族, 本科 ,工程师 ,电力企业综合管理。