艾寶物聯(lián)智能電網(wǎng)末端采集通信解決方案

2019-04-08

1 背景與現(xiàn)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(shè)施

圖1

　　1.1.2 智能電網(wǎng)的低壓末端區(qū)域

　　 (1)節(jié)點(diǎn)、終端數(shù)量多，分布廣，部署環(huán)境復(fù)雜;

　　l(2)業(yè)務(wù)種類繁多，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(qū)域;

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

　　國(guó)家能源局2015年9月公布《配電網(wǎng)建設(shè)改造行動(dòng)計(jì)劃(2015—2020 年》2015-2020 年，配電網(wǎng)建設(shè)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(jì)投資不低于1.7萬(wàn)億元。國(guó)家科技部2016年2月公布《國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備專項(xiàng)實(shí)施方案》重點(diǎn)研究多元用戶供需互動(dòng)用電，重點(diǎn)突破城區(qū)用戶與電網(wǎng)供需友好互動(dòng)系統(tǒng)，多元用戶互動(dòng)的配用電系統(tǒng)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(shè)改造目標(biāo)

　　2015年7月國(guó)家能源局印發(fā)《配電網(wǎng)建設(shè)改造行動(dòng)計(jì)劃(2015-2020年)》，提出了十三五期間我國(guó)的配網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)：

　　表1

　　1.3 AMI：智能電網(wǎng)的核心組件

圖2

　　1.4 數(shù)據(jù)采集與通信技術(shù)是AMI 的基礎(chǔ)

圖3

　　隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，未來(lái)AMI系統(tǒng)在滿足基本抄表業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，還需要擴(kuò)展“全費(fèi)控”、計(jì)算臺(tái)區(qū)線損、分布式能源系統(tǒng)并網(wǎng)監(jiān)測(cè)、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(xiàn)電力需求側(cè)的雙向互動(dòng)與響應(yīng)。因此，AMI系統(tǒng)的通信技術(shù)將朝著更高帶寬、更低時(shí)延以及支持?jǐn)?shù)據(jù)IP化，傳輸安全化，海量終端節(jié)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(jì)量系統(tǒng)及其通信通道現(xiàn)狀

　　相對(duì)于AMR，AMI對(duì)通信信道的要求更高，傳輸數(shù)據(jù)種類大大增多(包括電壓、電流、頻率、功率因數(shù)、諧波、電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備工作狀態(tài)，電價(jià)信息，系統(tǒng)下發(fā)升級(jí)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(cè)響應(yīng)與互動(dòng)需要實(shí)時(shí)的電價(jià)控制，對(duì)通信信道的時(shí)延也帶來(lái)了更高要求國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的以AMR為基礎(chǔ)的用電信息采集系統(tǒng)在通信指標(biāo)上遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)AMI雙向信息流動(dòng)的需求，尤其在節(jié)點(diǎn)終端數(shù)量多，分布廣，部署環(huán)境復(fù)雜的電網(wǎng)末端區(qū)域。

圖4

　　(1)目前，國(guó)內(nèi)的AMR的主要通信通道均以FSK 窄帶電力線載波，基于zigbee的RF Mesh，RS485等為主，這是造成當(dāng)前數(shù)據(jù)采集成功率低的主要原因。

　　(2)電網(wǎng)末端的數(shù)據(jù)采集與通信具有節(jié)點(diǎn)，終端數(shù)量多，分布廣，部署環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)，相對(duì)來(lái)說(shuō)，電力線載波PLC技術(shù)具有先天優(yōu)勢(shì)。

　　2.1 電力線載波通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)綜述

　　表2

　　2.2 電力線載波通信技術(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(tǒng)窄帶電力線載波在實(shí)際應(yīng)用中遇到的問(wèn)題

　　一是，傳輸速率低，時(shí)延高。抗干擾能力與自適應(yīng)性較差

　　二是，近年來(lái)，投入運(yùn)行的部分集采臺(tái)區(qū)(采用傳統(tǒng)FSK窄帶載波方案)出現(xiàn)采集成功率逐漸降低和大幅波動(dòng)的現(xiàn)象，經(jīng)廠家技術(shù)人員多次現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)維護(hù)，仍然沒(méi)有明顯提升，因此，造成區(qū)域性集采成功率指標(biāo)整體下降，電力公司運(yùn)維成本大幅升高，阻礙了用電信息采集系統(tǒng)的推廣應(yīng)用及后續(xù)業(yè)務(wù)的發(fā)展。

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

圖5 中國(guó)與歐洲典型的低壓電力線載波信道特征

　　3.1 G3-PLC技術(shù)

　　表4

圖6

　　3.2 G3-PLC示范應(yīng)用案例：低壓本地通信(NAN)

　　中部某市低壓G3-PLC載波應(yīng)用測(cè)試：掛表大樓共計(jì)17層，全部為小戶型，每層樓有16戶住戶;在2-17層設(shè)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(jì)272 塊表，采用全載波組網(wǎng)方案。

圖7 小區(qū)配電示意圖

圖8

　　(1)相對(duì)于中壓及高壓側(cè)，低壓用電側(cè)更靠近用戶負(fù)載，噪聲時(shí)變性大，因此在抄通率指標(biāo)上存在明顯的動(dòng)態(tài)性

　　(2)以日凍結(jié)抄讀為指標(biāo)，在本案例下G3-PLC可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定在98-99%左右，相對(duì)傳統(tǒng)FSK載波已有明顯提升。但對(duì)15分鐘凍結(jié)，實(shí)時(shí)電價(jià)，用戶需求響應(yīng)等。AMI典型業(yè)務(wù)，以及后續(xù)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(yuǎn)程接入(WAN)