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      解決方案

      艾寶物聯(lián)智能電網(wǎng)末端采集通信解決方案

      發(fā)表時(shí)間:2019-04-08

      1 背景與現狀分析

        1.1 智能電網(wǎng)關(guān)鍵特征

        1.1.1. 智能電網(wǎng):分布式發(fā)電;雙向的電力流與信息流;遍布的傳感設施

      圖1

        1.1.2 智能電網(wǎng)的低壓末端區域

         (1)節點(diǎn)、終端數量多,分布廣,部署環(huán)境復雜;

        l(2)業(yè)務(wù)種類(lèi)繁多,需求各異,智能電網(wǎng)主要的新型業(yè)務(wù)都集中或起源于這個(gè)區域;

         (3)是“十三五”期間國家能源電力改革及建設相關(guān)政策重點(diǎn)關(guān)注的區域

        國家能源局2015年9月公布《配電網(wǎng)建設改造行動(dòng)計劃(2015—2020 年》2015-2020 年,配電網(wǎng)建設改造投資不低于2萬(wàn)億元,其中2015年投資不低于3000億元,“十三五”期間累計投資不低于1.7萬(wàn)億元。國家科技部2016年2月公布《國家重點(diǎn)研發(fā)計劃智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備專(zhuān)項實(shí)施方案》重點(diǎn)研究多元用戶(hù)供需互動(dòng)用電,重點(diǎn)突破城區用戶(hù)與電網(wǎng)供需友好互動(dòng)系統,多元用戶(hù)互動(dòng)的配用電系統關(guān)鍵技術(shù)研究與示范等。

        1.2 政策背景:2015-2020 配網(wǎng)建設改造目標

        2015年7月國家能源局印發(fā)《配電網(wǎng)建設改造行動(dòng)計劃(2015-2020年)》,提出了十三五期間我國的配網(wǎng)建設目標:

        表1

        1.3 AMI:智能電網(wǎng)的核心組件

      圖2

        1.4 數據采集與通信技術(shù)是AMI 的基礎

      圖3

        隨著(zhù)智能電網(wǎng)的發(fā)展,未來(lái)AMI系統在滿(mǎn)足基本抄表業(yè)務(wù)的基礎上,還需要擴展“全費控”、計算臺區線(xiàn)損、分布式能源系統并網(wǎng)監測、實(shí)時(shí)能效管理等業(yè)務(wù),甚至還可能使電表終端成為智能家居的通信入口,實(shí)現電力需求側的雙向互動(dòng)與響應。因此,AMI系統的通信技術(shù)將朝著(zhù)更高帶寬、更低時(shí)延以及支持數據IP化,傳輸安全化,海量終端節點(diǎn)可管可控等方向發(fā)展,相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究與技術(shù)換代正方興未艾。

        1.5 電網(wǎng)末端計量系統及其通信通道現狀

         相對于A(yíng)MR,AMI對通信信道的要求更高,傳輸數據種類(lèi)大大增多(包括電壓、電流、頻率、功率因數、諧波、電網(wǎng)運行狀態(tài)、設備工作狀態(tài),電價(jià)信息,系統下發(fā)升級等),帶來(lái)了更高的可靠性與吞吐量需求,同時(shí),實(shí)時(shí)雙向需求側響應與互動(dòng)需要實(shí)時(shí)的電價(jià)控制,對通信信道的時(shí)延也帶來(lái)了更高要求國內現有的以AMR為基礎的用電信息采集系統在通信指標上遠遠不能達AMI雙向信息流動(dòng)的需求,尤其在節點(diǎn)終端數量多,分布廣,部署環(huán)境復雜的電網(wǎng)末端區域。

      圖4

        (1)目前,國內的AMR的主要通信通道均以FSK 窄帶電力線(xiàn)載波,基于zigbee的RF Mesh,RS485等為主,這是造成當前數據采集成功率低的主要原因。

        (2)電網(wǎng)末端的數據采集與通信具有節點(diǎn),終端數量多,分布廣,部署環(huán)境復雜等特點(diǎn),相對來(lái)說(shuō),電力線(xiàn)載波PLC技術(shù)具有先天優(yōu)勢。

        2.1 電力線(xiàn)載波通信技術(shù)標準綜述

        表2


        2.2 電力線(xiàn)載波通信技術(shù)概述

        (1)適用于智能電網(wǎng)末端采集與通信的主要PLC技術(shù)

        表3

        (2)傳統窄帶電力線(xiàn)載波在實(shí)際應用中遇到的問(wèn)題

        一是,傳輸速率低,時(shí)延高??垢蓴_能力與自適應性較差

        二是,近年來(lái),投入運行的部分集采臺區(采用傳統FSK窄帶載波方案)出現采集成功率逐漸降低和大幅波動(dòng)的現象,經(jīng)廠(chǎng)家技術(shù)人員多次現場(chǎng)升級維護,仍然沒(méi)有明顯提升,因此,造成區域性集采成功率指標整體下降,電力公司運維成本大幅升高,阻礙了用電信息采集系統的推廣應用及后續業(yè)務(wù)的發(fā)展。

        三是,無(wú)論是對現有集抄業(yè)務(wù),還是未來(lái)新興業(yè)務(wù),傳統窄帶FSK載波已難以勝任。

      圖5 中國與歐洲典型的低壓電力線(xiàn)載波信道特征

        3.1 G3-PLC技術(shù)

        表4

      圖6

        3.2 G3-PLC示范應用案例:低壓本地通信(NAN)

        中部某市低壓G3-PLC載波應用測試:掛表大樓共計17層,全部為小戶(hù)型,每層樓有16戶(hù)住戶(hù);在2-17層設有表箱,32塊iMeter100智能電表分別安裝在2-17層的A,B兩相上,總計272 塊表,采用全載波組網(wǎng)方案。

      圖7 小區配電示意圖

      圖8

        (1)相對于中壓及高壓側,低壓用電側更靠近用戶(hù)負載,噪聲時(shí)變性大,因此在抄通率指標上存在明顯的動(dòng)態(tài)性

        (2)以日凍結抄讀為指標,在本案例下G3-PLC可長(cháng)時(shí)間穩定在98-99%左右,相對傳統FSK載波已有明顯提升。但對15分鐘凍結,實(shí)時(shí)電價(jià),用戶(hù)需求響應等。AMI典型業(yè)務(wù),以及后續的大帶寬電力增值業(yè)務(wù),G3-PLC顯得依然力不從心。

        3.3 G3-PLC亦可用于中壓遠程接入(WAN)

      圖9

        部分測試運行結果:吞吐率與輪詢(xún)時(shí)間

        表5

        表6

        測試結果:

        (1)負載高的時(shí)段下,線(xiàn)路底噪較大

        (2)在負載低的時(shí)段下,將使用更高效率的編碼調制方式(自適應)

        (3)設備在低頻段(A頻段)比高頻段(FCC頻段)具有更小的線(xiàn)路衰減,因而能傳輸更遠距離;

        (4)在信噪比較好的情況下,設備可使用FCC頻段和D8PSK編碼方式,鏈路層速率可達170kbps 。

        (5)輪詢(xún)時(shí)間、收包成功率能滿(mǎn)足主站召測數據的規范要求,并比傳統的載波設備有較大的提高(傳統FSK窄帶載波設備輪詢(xún)時(shí)間約為15s)。

        4 新一代B-PLC技術(shù)及應用案例

        4.1 新一代低壓寬帶PLC

        國內高層小區典型用電設備噪聲頻域特性:2MHz以上是用于低壓本地通信理想的工作頻段。

        表7

        4.2 寬帶載波示范應用案例:低壓本地通信(NAN)

        南方某市試點(diǎn)小區:

        (1)典型老舊低層住宅小區,居民用電與商業(yè)用電混裝。臺區規模97戶(hù),臺區半徑150米,走線(xiàn)為架空線(xiàn),桿變,集中器安裝在變壓器下的配電箱中,電表箱安裝在各單元樓道里或者商鋪前。

        (2)現場(chǎng)安裝的電能表為97規約電子表,通訊方式為RS485。原采集方案為半載波,采用FSK窄帶載波,抄通率(數據采集成功率)僅為30%左右。

      圖10 現場(chǎng)實(shí)時(shí)自適應路由拓撲

        (1)項目上線(xiàn)以來(lái),日凍結抄讀成功率穩定在100%,已經(jīng)穩定運行約1年。

        (2)單次抄讀成功率基本穩定在98%以上,大部分情況在100%,對15分鐘凍結指標有明顯優(yōu)勢

        (3)在傳輸帶寬及并發(fā)抄讀技術(shù)的支持下,單表抄讀時(shí)延降到毫秒級(全載波),對費控,實(shí)時(shí)電價(jià)等業(yè)務(wù)支持性較好。

        5 新一代B-PLC的應用前景與當前問(wèn)題

        伴隨著(zhù)寬帶電力線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展,電力線(xiàn)載波在比特速率,傳輸時(shí)延,穩定性等指

        標上不斷演進(jìn)。而PLC 以其不需要額外布線(xiàn)的獨特優(yōu)勢,將具有廣寬的應用前景,助推電力新興業(yè)務(wù)與增值服務(wù)的發(fā)展。

      圖11

        當前問(wèn)題

        (1)推動(dòng)寬帶電力線(xiàn)載波技術(shù)標準化,實(shí)現互聯(lián)互通與互操作

        (2)明確寬帶電力線(xiàn)載波的頻譜使用與分配問(wèn)題,是否存在政策阻礙

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