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艾宝物联智能电网末端采集通信解决方案

文章出处:未知 浏览次数:发表时间:2018-07-09

1 背景与现状分析

  1.1 智能电网关键特征

  1.1.1. 智能电网:分布式发电;双向的电力流与信息流;遍布的传感设施

图1

  1.1.2 智能电网的低压末端区域

   (1)节点、终端数量多,分布广,部署环境复杂;

  l(2)业务种类繁多,需求各异,智能电网主要的新型业务都集中或起源于这个区域;

   (3)是“十三五”期间国家能源电力改革及建设相关政策重点关注的区域

  国家能源局2015年9月公布《配电网建设改造行动计划(2015—2020 年》2015-2020 年,配电网建设改造投资不低于2万亿元,其中2015年投资不低于3000亿元,“十三五”期间累计投资不低于1.7万亿元。国家科技部2016年2月公布《国家重点研发计划智能电网技术与装备专项实施方案》重点研究多元用户供需互动用电,重点突破城区用户与电网供需友好互动系统,多元用户互动的配用电系统关键技术研究与示范等。

  1.2 政策背景:2015-2020 配网建设改造目标

  2015年7月国家能源局印发《配电网建设改造行动计划(2015-2020年)》,提出了十三五期间我国的配网建设目标:

  表1

  1.3 AMI:智能电网的核心组件

图2

  1.4 数据采集与通信技术是AMI 的基础

图3

  随着智能电网的发展,未来AMI系统在满足基本抄表业务的基础上,还需要扩展“全费控”、计算台区线损、分布式能源系统并网监测、实时能效管理等业务,甚至还可能使电表终端成为智能家居的通信入口,实现电力需求侧的双向互动与响应。因此,AMI系统的通信技术将朝着更高带宽、更低时延以及支持数据IP化,传输安全化,海量终端节点可管可控等方向发展,相关领域的科学研究与技术换代正方兴未艾。

  1.5 电网末端计量系统及其通信通道现状

   相对于AMR,AMI对通信信道的要求更高,传输数据种类大大增多(包括电压、电流、频率、功率因数、谐波、电网运行状态、设备工作状态,电价信息,系统下发升级等),带来了更高的可靠性与吞吐量需求,同时,实时双向需求侧响应与互动需要实时的电价控制,对通信信道的时延也带来了更高要求国内现有的以AMR为基础的用电信息采集系统在通信指标上远远不能达AMI双向信息流动的需求,尤其在节点终端数量多,分布广,部署环境复杂的电网末端区域。

图4

  (1)目前,国内的AMR的主要通信通道均以FSK 窄带电力线载波,基于zigbee的RF Mesh,RS485等为主,这是造成当前数据采集成功率低的主要原因。

  (2)电网末端的数据采集与通信具有节点,终端数量多,分布广,部署环境复杂等特点,相对来说,电力线载波PLC技术具有先天优势。

  2.1 电力线载波通信技术标准综述

  表2


  2.2 电力线载波通信技术概述

  (1)适用于智能电网末端采集与通信的主要PLC技术

  表3

  (2)传统窄带电力线载波在实际应用中遇到的问题

  一是,传输速率低,时延高。抗干扰能力与自适应性较差

  二是,近年来,投入运行的部分集采台区(采用传统FSK窄带载波方案)出现采集成功率逐渐降低和大幅波动的现象,经厂家技术人员多次现场升级维护,仍然没有明显提升,因此,造成区域性集采成功率指标整体下降,电力公司运维成本大幅升高,阻碍了用电信息采集系统的推广应用及后续业务的发展。

  三是,无论是对现有集抄业务,还是未来新兴业务,传统窄带FSK载波已难以胜任。

图5 中国与欧洲典型的低压电力线载波信道特征

  3.1 G3-PLC技术

  表4

图6

  3.2 G3-PLC示范应用案例:低压本地通信(NAN)

  中部某市低压G3-PLC载波应用测试:挂表大楼共计17层,全部为小户型,每层楼有16户住户;在2-17层设有表箱,32块iMeter100智能电表分别安装在2-17层的A,B两相上,总计272 块表,采用全载波组网方案。

图7 小区配电示意图

图8

  (1)相对于中压及高压侧,低压用电侧更靠近用户负载,噪声时变性大,因此在抄通率指标上存在明显的动态性

  (2)以日冻结抄读为指标,在本案例下G3-PLC可长时间稳定在98-99%左右,相对传统FSK载波已有明显提升。但对15分钟冻结,实时电价,用户需求响应等。AMI典型业务,以及后续的大带宽电力增值业务,G3-PLC显得依然力不从心。

  3.3 G3-PLC亦可用于中压远程接入(WAN)

图9

  部分测试运行结果:吞吐率与轮询时间

  表5

  表6

  测试结果:

  (1)负载高的时段下,线路底噪较大

  (2)在负载低的时段下,将使用更高效率的编码调制方式(自适应)

  (3)设备在低频段(A频段)比高频段(FCC频段)具有更小的线路衰减,因而能传输更远距离;

  (4)在信噪比较好的情况下,设备可使用FCC频段和D8PSK编码方式,链路层速率可达170kbps 。

  (5)轮询时间、收包成功率能满足主站召测数据的规范要求,并比传统的载波设备有较大的提高(传统FSK窄带载波设备轮询时间约为15s)。

  4 新一代B-PLC技术及应用案例

  4.1 新一代低压宽带PLC

  国内高层小区典型用电设备噪声频域特性:2MHz以上是用于低压本地通信理想的工作频段。

  表7

  4.2 宽带载波示范应用案例:低压本地通信(NAN)

  南方某市试点小区:

  (1)典型老旧低层住宅小区,居民用电与商业用电混装。台区规模97户,台区半径150米,走线为架空线,杆变,集中器安装在变压器下的配电箱中,电表箱安装在各单元楼道里或者商铺前。

  (2)现场安装的电能表为97规约电子表,通讯方式为RS485。原采集方案为半载波,采用FSK窄带载波,抄通率(数据采集成功率)仅为30%左右。

图10 现场实时自适应路由拓扑

  (1)项目上线以来,日冻结抄读成功率稳定在100%,已经稳定运行约1年。

  (2)单次抄读成功率基本稳定在98%以上,大部分情况在100%,对15分钟冻结指标有明显优势

  (3)在传输带宽及并发抄读技术的支持下,单表抄读时延降到毫秒级(全载波),对费控,实时电价等业务支持性较好。

  5 新一代B-PLC的应用前景与当前问题

  伴随着宽带电力线通信技术的发展,电力线载波在比特速率,传输时延,稳定性等指

  标上不断演进。而PLC 以其不需要额外布线的独特优势,将具有广宽的应用前景,助推电力新兴业务与增值服务的发展。

图11

  当前问题

  (1)推动宽带电力线载波技术标准化,实现互联互通与互操作

  (2)明确宽带电力线载波的频谱使用与分配问题,是否存在政策阻碍

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