基于载波伴听技术的台区数据共享方法研究_马振华.pdf

中国电工网基于载波伴听技术的台区数据共享方法研究马振华，郭爱春，杨龙雨，沈家盛（国网宁夏电力有限公司石嘴山供电公司，宁夏 石嘴山 ；山东电工电气集团新能科技有限公司，山东 济南 ）摘要：近年来，低压电力线载波技术在低压台区远程集抄领域得到了广泛的应用。在推进构建新型电力系统的环境下，如何尽量少改变现有低压网架而有效提高电表数据的利用率，是当前规模存量台区面临的普遍问题。针对这类问题，提出了基于电力线载波技术的数据伴听采集方案，并介绍方案的应用与伴听 的实现方法，在尽量减少低压网架变动的前提下，实现配电台区营配数据共享与电力数据服务增值。关键词：电力线载波；载波伴听；台区数据共享；数据应用中图分类号：，（，；，）：，：；收稿日期：作者简介：马振华（），研究方向为电力物联网。引言低压电力线载波作为用电信息采集的一种可靠、潜力极大的通信技术，近年来在低压台区远程集抄领域得到了广泛的应用。在能源互联网新消费下，除了传统服务外，优质供电、精准计量、电力大数据增值服务成为用户的新需求。电力行业进行数字化转型，建设具有活力的电力数字生态，培育新型电力数字产业，服务社会治理与经济发展，是构建新型电力系统的客观需要。如何在尽量少改变现有低压网架的前提下，有效提高电表数据的利用率，开展配电台区营配贯通的数据共享与应用，是当前规模存量台区面临的普遍问题。营配融合一直是国网公司配网建设的关注重点，营配数据共享是实现营配融合的有效途径。当前存在着如“本地交互”的解决方案，其采取 方式，使得配电台区智能融合终端（以下简称融合终端）与台区集中器直接连接，进行通信与数据交互。这种方式因配电业务与营销计量业务的冲突而导致应用效果欠佳，且因潜在的数据安全风险导致难以落地；存量台区集中器抄表的通信问题也缺少有效的监测管理手段。本文所述数据伴听采集方案提出并实现了一种在尽量少改变用电信息采集网络的前提下，基于载波伴听技术完成电表数据营配共享的解决方案。数据伴听采集数据伴听采集方案应用于集中器抄表台区。以融合终端内的业务应用即 信息伴听 （以下简称伴听 ）为核心，结合载波伴听采集设备，可实现向融合终端数据中心发送集中器下行抄表报文及抄表返回报文，完成数据抄读、解析与交互，并对集中器抄表功能进行辅助分析，实现 数据信息的监测与伴听。实现方式及应用场景见表。表 数据伴听采集场景分析业务场景 信息伴听与监测实现方式所需数据终端采集，集中器下行抄表报文，以及抄表返回报文实现功能对集中器抄表功能进行辅助分析，分析抄表异常的原因。确认集中器的报文发送问题或电表报文返回问题。通过载波伴听的方式实现电能表数据的收集电工技术智能信通技术2023 1期续表业务场景 信息伴听与监测实现方式验证方式融合终端可获取各项抄表数据。主站可显示 异常原因。主站可显示异常报文信息。注：以上数据更新时间视集中器抄表设置而定。数据伴听采集方案 总体方案把电表数据接收电路做成一个独立设备，载波伴听采集设备将集中器对电表的 通信采集过程中的各类交互报文进行提取，即从电力线上接收 信号并解调，然后送至 解析并筛选出配电所需的数据，通过 通信单元发送至融合终端，由部署在融合终端的伴听 、数据中心分别进行数据解析和存储。融合终端通过远程通信模块以 协议与配电主站建立通道连接，通过与主站间通信与交互完成数据上送。载波伴听采集设备、融合终端、集中器、电表等设备的关系如图所示。为保证载波伴听采集设备更好地接收 信号，安装时应尽可能将其取电点（信号采集点）靠近集中器的取电点，使其中的 线上数据平台设备与集中器处于相同的 通信环境，保证数据接收的 完 整 性。载 波 伴 听 硬 件 采 集 电 路 选 择 低 功 耗，并通过降低器件的用电电压来降低器件的耗电。采取尽量降低器件的工作频率、尽量使用中断让处理器进入更深的睡眠等方式实现低功耗设计方案。图 1 采集方案示意图融合终端载波伴听采集设备485变压器集中器电表1电表2电表3其中，集中器低压窄带电力线载波通信单元与符合 要求的集中器相匹配，完成数据采集的各项功能；采集器或智能表低压窄带电力线载波通信单元与符合 要求的采集器或智能表相匹配，完成数据采集的各项功能。载波伴听采集设备开发原则本文对数据伴听采集方案中载波伴听采集设备的部分设计信息如下。（）装置：载波伴听采集设备需支持对 通信交互的协议报文数据伴听功能，将集中器对电表的 通信采集过程中的各类交互报文进行提取。（）接 口：载 波 伴 听 采 集 设 备 都 应 具 备 三 相 内 置 感知模组；载波伴听采集设备应具备至少路 ，串口速率需满足 、。（）通信协议：载波伴听采集设备通信采用 通信协议，伴听集中器与电能表的交互报文，支持 、等应用层协议；载波伴听采集设备与融合终端的通信协议采用 规约。伴听 开发原则伴听 部署在融合终端内部，将收到的伴听电表停复电、电能表周期采集和主动上报电表事件打包成入库物模型数据。伴听 软件设计要求如下。（）应能高效及时处理所收到的伴听数据，并写入融合终端数据中心，防止处理速度小于接收速度导致的数据挤压。（）应能对收到的数据进行协议合法性校验，防止存入错误数据。（）应支持设置伴听集中器终端的地址参数与电表地址参数。（）应符合 台区智能融合终端微应用开发及检测规范。数据交互流程载波伴听采集设备实现对集中器通过 采集电能表的通信报文数据的侦听功能，并由部署在融合终端内的伴听 对侦听信息进行校验、解析，并最终以物模型数据的形式存储至融合终端数据中心。而在数据交互解析的过程中，针对 协议电表采用的明文 的采集通信方式，只使用明文数据进行数据解析和应用，不对 进行校验。载波伴听采集设备对电能表数据的上报，采 用 协 议 的 上 报 格 式（）来进行。载波伴听采集设备伴听电能表数据、档案收集、事件上报的交互流程如图所示。融合终端载波伴听采集设备集中器伴听电能表档案定期上报本台区档案伴听电能表数据响应数据伴听电能表事件主动上报伴听集中器报文图 2 数据交互流程示意图 载波伴听采集设备数据采集载波伴听采集设备通过电力线载波获取集中器通过 采集的电能表抄读指令、响应及通信报文数据，实现伴听功能，并由部署在融合终端内的伴听 对伴听数据进行校验、解析，并最终以物模型数据的形式存储至融合终端数据中心。针对 协议电表采用的明文 的采集通信方智能信通技术电工技术中国电工网式，只使用明文数据进行数据解析和应用，不对 进行校验。载波伴听采集设备对电能表数据的上报，采用 协议的上报格式（）来进行。侦听电能表通信模块主动上报停复电载波伴听采集设备实现对 模块主动上报的电表停复电事件的侦听并转发至融合终端内伴听 ：由伴听 将电表停复电事件进行解析，并以事件遥信的模型数据格式存储至融合终端数据中心，再由融合终端 上报至物联管理平台。载波伴听采集设备上报电表停电遵循 协议的数据报文格式。台区档案收集伴听 通过载波伴听采集设备收集本台区的电能表档案，能够定期收集本台区档案情况。针对连续一周未伴听到的电能表，自动从融合终端数据中心台区档案中进行剔除。方案实施验证本文对伴听 测试验证的流程如下。（）确认设备及环境正常。确认测试所用设备布局、上电及运行正常。通过 软件工具，查询集中器地址参数及其内所配置的电表参数信息，并查询记录集中器所配置的抄读方案、采集周期等数据信息，结合集中器数据历史节点中的实时数据、冻结数据情况，确认集中器抄读功能正常运行，以备验证伴听 功能所用。（）通过融合终端配置工具，将伴听 部署至融合终端内部，配置导入所伴听的目标集中器终端的地址参数或电表地址参数等，并启动运行伴听 。（）通过融合终端配置工具，查看伴听 运行日志，完成验证运行初始化、配置解析、物模型注册、通信建立及工作模式选择等功能，如图所示。当查询收集到的对应电表数据包时，日志中应有对应显示信息，如图所示。图 3 伴听 App 部分日志（）通过 客户端软件工具，可检验、查看融合终端数据中心内的数据，即伴听 校验解析后按物模型数据上送的情况，完成对伴听数据的准确性、实时性等功能效果的验证。伴听 写入数据如图所示，伴听 向融合终端数据中心按物模型写入电压、电流、电能及相关指定数据，且经测试具有良好实时性。图 4 数据收集报文日志图 5 伴听 App 写入数据 数据共享与应用通过所述数据伴听采集方案，实现将用采数据按照物模型数据存入融合终端数据中心，进一步应用数据实现台区数据共享。已取得的用采数据作为数据环境，其存储与交互能支撑融合终端其他业务 的功能实现，大大提升用采数据等电力数据的服务价值，因此数据伴听采集方案的实施实现了通过加深平台赋能的方式，推动智慧配电台区建设。其 电 力 数 据 共 享 与 服 务 增 值 主 要 体 现 在 以 下方面。（）一定程度上打破营配隔阂，实现配网数据的精细化管理，支持用电采集系统的同时实现营配数据的共享，增加融合终端对台区设备整体感知深度。在原有配电台区架构中，能增加户表级的数据信息，提升配电智能感知方面精细程度。（）数据伴听采集方案采集到的电能量数据，能支撑台区末端线损分析，深化层次设计。如对融合终端线损分析类业务 ，其基础原理流程如图所示。查询各级开关电能量数据分析拓扑结构、数据类型各层级周期电量差值计算线损值、线损率计算阈值对比，判定异常线损图 6 线损分析类业务 App 流程示意线损分析类业务 从融合终端数据中心查询各级开关电能量数据后，结合拓扑结构信息，分时计算配变分支表箱间各层级电能量数据差值，从而得出各级线损值与总线损，并根据式（）计算出层级线损率，通过线损率阈值对比判断异常线损事件。线损率（线损值上级总电能）（）（）通过数据伴听采集方案采集到的电压、电流数据及停复电等事件信息，能支撑配电台区节点设备异常情况电工技术智能信通技术2023 1期上报统计、异常原因分析等。如对融合终端内台区停电研判、异常管理类业务 ，基于户表级基础数据，能定位停电设备，诊断停电范围、时间及原因等，为配电台区提供了实现供电质量、设备异常率等情况的就地、精确、实时分析的重要前提。本文所述数据伴听采集方案，在石嘴山供电公司三处配电台区现场完成了实际应用，获取的伴听电能量数据，能在配电台区的线损管理中增加更深一级的数据节点感知，即户表级设备感知。在实际应用中，相关设备及业务应用完成部署后，伴听 工作在伴听模式，结合相关文件配置实现收集台区电表档案，并伴听电表事件及相应数据。当该台区集中器按照既定采集任务发出抄读指令或进行相关抄读动作时，载波伴听采集设备能实时采集以获取相应三相动力表、单相智能表的数据及相关报文，包含实时数据、冻结数据等。相应数据经伴听 解析后，存储到融合终端数据中心对应电能表物模型下，形成格式化的电能量数据。数据伴听采集方案的应用，使融合终端（或其他类边缘计算终端）精确计算户表级线损、实时上报线损事件成为可能，进一步提供台区反窃电行为的重要分析依据，并为目标台区的融合终端其他业务功能提供了真实用采数据，实现了电力数据营配共享，完成了电力数据的深化应用与服务增值。结语本文主要对数据伴听采集方案、载波伴听采集设备、伴听 开发与测试、数据交互流程等方面进行了介绍与说明，并给出伴听数据共享与应用的实施方案与实例。其关键创新点为提供了一种在对现有低压网架较小变动的前提下，实现融合终端通过载波伴听的方式直接获取集中器抄表数据的有效方式，能解决当前规模存量台区面临的集抄数据营配共享的有效方案缺失问题，并通过数据挖掘与深化应用，实现了电力数据服务增值。参考文献 胡晓东基于 的用电信息采集与分析北京：北京邮电大学，王景聪 远程集抄系统的研制与应用 广州：广东工业大学 刘康先基于数字化转型的新型电力系统构建应用能源技术，（）：李向荣，郝悍勇，樊涛，等 构筑数字化电网建设信息化企业 电力系统自动化，（）：魏锋 大型供电企业营配贯通管理方式分析 南京：南京理工大学，肖晓鹏用电信息采集系统在智能电网发展中的建设应用北京：华北电力大学，配电自动化系统应用实施细则 配电自动化系统应用实施细则 刘志华，檀盼盼，纪会文，等低压电力线载波通信