频繁更新的电表通信技术——《2017年电表行业发展看点之二》
中国现代电网量测技术平台
张春晖
2017年12月24日
2017年，国网建成国际上拥有用户最多（4.3亿户）的用电信息采集系统。
2010---2016年，国网用电信息采集系统采集终端的远程通信方式，在用户端以GPRS公网无线通信为大多数；变电站的专变用户主要是国网光纤专网。采集终端的本地通信方式，大都采用低成本的窄带载波通信，还有一定数量的微功率无线、宽带载波通信方式。
2017年的国网集中招标:采集终端的远程/本地通信方式选用情况有了突变，并首次开展电力无线专网的合作研究。
看点之二: 频繁更新的电表通信技术
1、2017年前后，国网采集终端市场逐年都有变化，但仍然维持适量的需求
1）2010---2017年，国网推进用电信息采集系统建设，采集设备和用户工程的投资合计约516亿元，包括采集器、集中器5579万台，专变终端560万台。国网，采集器、集中器平均年招标量为697万台，专变终端招标量70万台。
2）2017年，国网采集终端招标量为781万台，比2016年采集终端年最高招标量（1109万台）下降29.5%。
3）2018年预计
2018年，国网用电信息采集系统进入稳定运行、深化应用阶段，智能电表需求或将跌入低谷，估计年招标量3344万只。据此测算，国网采集终端年招标量约300万台；但是，由于4G无线/宽带载波模块需求继续大幅增长，主要是早期GPRS模块/窄带载波模块需要更快更新，预计2018年国网采集终端招标量600万台，将略低于2010---2017年国网采集终端平均年招标量水准。
2、公网4G无线通信应用成为远程通信的主流，国网加快推进电力无线专网建设
1）2017年，国网采集终端4G模块招标量为96万块，占全年集中器、专变终端两者招标量（143.9万台）的66.7%。
2）2017年9月，中国无线电协会电力无线专网产业联盟正式成立
国网:推进配电网发展和营、配、调贯通，对终端通信接入网的带宽、可靠性及资源利用率提出更高的要求。建议电力无线专网产业联盟:重点加强标准化建设，积极推进联盟成员进行知识产权共享，搭建技术研究、核心设备研发、成果转化的优势资源汇集平台，形成基站研发制造、芯片、系统集成、安装实验、应用软件、运行维护、测试评估、安全防护的全链条生态圈，全面支撑国网公司电力通信专网建设。
3）国网推进电力无线专网建设
—网上报道:江苏电网在南京、苏州、常州推进电力无线专网建设
2017年1月，江苏电网已经完成核心网建设3套，基站建设26座，覆盖面积800平方千米，成功接入终端5000台，其功能涵盖配电自动化、用电信息采集、电动汽车充电站（桩）、分布式新能源4项基本任务，还包括精确负荷控制、变电站基建视频、配电机器人巡检、物资储存管理、移动巡检、应急通信等10余项扩展功能。
—网上报道:2017年5月和6月，浙江、福建电网承担的工信部”在230MHz频段使用载波聚合技术进行电力无线通信试验”试点，顺利通过工信部无线电管理局组织的验收。
浙江、福建电网分别在海盐、晋江累计完成7476台、686台电力通信终端的规模化接入，低压集抄和配变监测的采集成功率分别提升至99.81%和99.97%；线路故障定位及查找时间由平均4h下降到1h左右，实现能源精确管理，有效降低管理成本与运维成本。
4）华北电力大学学者、北京送变电公司:《基于3G/4G网络的配网主设备监测平台设计》
5）网上报道:中国电科院联合华为开展基于4.5G新技术创新服务电力无线专网建设
3GPP标准4.5G技术面向物联网应用场景，定义了标准3.75kHz子载波间隔，采用OFDM技术，可实现对窄带和离散频谱有效利用，支持向5G平滑演进。
通过4.5G技术重耕230MHz频谱，逐步将230MHz产业链推向成熟，助力电力无线专网的融合发展。通过1800MHz和230MHz两频段无线技术融合，全面满足电力无线专网全覆盖、全业务的接入需求。
6）网上报道:5G商用，最快在2020年
早在2006年高通公司便开始研发5G。我国5G研发起步较早，据工信部:中国IMT---2020（5G）推进组工作部署以及三大运行商的5G商用计划，我国于2017年开展5G网络第2阶段测试，2018年进行大规模试验组网，并在此基础上于2019年启动5G网络建设，最快2020年正式商用。
3、国网:宽带低压电力线载波通信技术扩大应用，但存有技术争议
1）2017年，国网采集终端宽带载波模块招标量为734.5万块（不含第2批电表本地通信宽带载波模块招标量），为2016年宽带载波模块招标量的245%。其中，宽带载波模块在全年集中器、采集器招标量中已成为主流；在电表本地通信模块中占26%。
2）2017年6月，国网发布:《低压电力线宽带载波通信互联互通技术规范（Q/GDW 11612---2016）》。
3）网上报道:江苏省电科院完成宽带载波模块现场互联互通测试
江苏省电科院计量中心在南京丁香花园、周子石秋北站、清修吴装站3个配电台区测试验证:宽带载波模块在架空线路、预埋电缆、城市及农村等现场复杂运行工况下的互联互通能力，获得高频采集成功率、通信延时、费控成功率、相位识别成功率等关键指标的大量实测数据。
4）2017年，重庆邮电大学、重庆市电科院:
—《基于System Generator的宽带电力线脉冲噪声实现方法》
PLC通信中的脉冲噪声是影响其通信质量的主要因素之一。该文利用Middleton Class A 脉冲噪声模型建模电力线通信中的随机脉冲噪声，并针对目前没有相关的软硬件实现Class A 噪声情况下，用System Generator技术在Xilinx FPGA中实现了该噪声模型。通过验证比对，得到了一致的概率密度曲线，且具有较低的均方根误差，实现了基于FPGA的Class A 噪声发生器，有利于PLC产品抗噪声性能评估测试，为电力线噪声的标准化生成方法提出设计依据。
—《面向宽带载波的全自动低压配电网信道模拟系统》
5）重庆市电科院等:《基于神经网络的低压电力线载波通信信号调制识别研究》
6）四川电网计量中心:《电力线载波通信抗干扰性能测试研究》
7）2013年6月，ITU---R（国际电信联盟无线电通信部门）发布:《电力线通信系统对工作在80MHz以下的无线电通信系统的影响（ITU---R SM.2158---3报告）》
注: SM系列:频谱管理
鉴于国网正在推广应用宽带低压电力线载波通信技术，本文作者建议:国网有关计量部门需要对以上ITU---R SM.2158---3报告进行认真研究，包括现场宽带载波通信双方向高频干扰的测试、分析，提出并验证双方向高频干扰的抑制及预防措施等。
4、关于漏电保护器及其误跳闸问题
1）北京智芯微公司:《低压电力线通信导致漏电保护器误跳闸问题探讨》
现场选用的载波抄表模块、漏电保护器种类、接入电力线的负载本身特性以及接入方式等均是引起误跳闸的因素，而电力线载波信号是导致漏电保护器跳闸的重要因素之一。
改善载波信号带外噪声、缩短发送数据长度、降低发送电平等均可降低漏电保护器误跳闸的可能，而提高漏电保护器的抗扰能力才是减少漏电保护器误跳闸的最佳措施。
2）湖南株洲供电分公司:《一种台区漏电保护断路器的远程监控方案》
5、低压电力线窄带载波通信技术的应用前景？
1）2017年9月发布国标:《低压窄带电力线通信 第31部分:窄带正交频分复用电力线通信物理层规范（GB/T31983.31---2017）》。
2）网上报道:杭州万高集团:推动G3+在电力物联网的应用
2017年10月，万高集团G3---PLC芯片在海外抄表市场于2017年已经出货近100万片，在海外电力公司现场已大批量稳定运行，并在国内电表企业组网试点运行数月。
采用PLC通信系统具有天然的优势，即能通过组网通信的路径，准确的绘制出能量传输的物理拓扑图，以便监测线损、漏电、电线老化等问题，而这是采用其它无线通信系统难以实现的。但是，绘制能量传输的物理拓扑图对通信实时性要求高，目前G3---PLC的速率略低，还无法满足要求。而万高提出G3+的理念，将G3---PLC的带宽扩大到2MHz，大幅提升通信速率，使得G3---PLC能广泛地应用于配电自动化为代表的智能电力物联网的各类应用，同时不增加G3---PLC的系统成本和功耗。
6、应用北斗卫星通信技术，解决无公网无线信号地区远程抄表难题
1）网上报道:青海电网自主研发北斗卫星技术应用终端
— 2015年，第三代北斗卫星远程抄表终端正式上线，具有防紫外线、防水、防雷击、防氧化等特性，提高运行性能和兼容性，采集成功率提升至100%，在国网系统率先解决偏远农牧区抄表难题。目前，青海地区已安装1000台北斗通信设备，覆盖无公网用户约5万户。同时，围绕用电信息采集、配电终端监测、应急车辆监控、调度自动化4个领域，启动北斗综合服务平台建设。
—青海电网北斗卫星远程抄表原理图解读:
电能表—>采集器—>集中器—>”电力北斗抄表装置—>北斗卫星—>北斗通信前置机”—>采集系统主站
2）网上报道:湖北十堰供电公司应用北斗卫星通信技术，建成电量采集平台
2017年4月，湖北省十堰市多家偏远水电站的关口计量数据成功采集上线，，该公司通过改装水电站端电量采集设备和升级地调主站，把北斗卫星通信技术与现有的电量采集技术结合起来，解决目前无公网信号的偏远站点通信问题。
7、关注NB---LOT低功耗、广域网在智能电表采集系统中落地应用难题
1）网上报道: ”安装智能电表布局全球NB---LOT，华为为啥说是给运行商打工？”
华为已经确认:准备帮助非洲复制实施最近在葡萄牙首都里斯本运行的NB---LOT智能电表，项目从南非开始。
智能电表解决方案结合新兴技术，智能电能计量以及最新一代网络来监督电力网络。
南非项目，专门为电力供应和用水等公用事业提供服务和应用。
南非复制实施智能电表项目预计是一个无缝对接的过程。窄带LOT是通过3GPP标准化的。3GPP是全球标准生成机构GSMA的一部分。
华为表示:这种低功耗、广域网无缝接入技术有几个优点:包括在传统GSM网络上获全20db的收益，以及支持每个单元超过10万个连接的能力。这意味着更强大的连接和广泛的覆盖范围，能够容纳更多的连接设备。
2）NB---LOT技术落地应用难的问题
2016年12月，由本文作者撰写的《推进”多表合一”信息采集新技术应用与采集布局的拓展》提示:
最终关注低功耗、广域网落地应用难的问题如何解决:
—从网络实施过程，主要是站址部署的困惑，流量并发冲突，下行链路功耗问题。
—从应用角度，需要关注通信距离影响，电磁环境影响，电池容量/使用寿命/防水保护等。
— NB---LOT的目标是对于典型的低速率、低频次业发模型。单相智能电表如只是每月抄读有功电量、偶尔发送低压电网故障信息，估计NB---LOT技术可以应用于用电信息采集系统；如单相智能电表需要高频次的采集发送低压电网运行参数、电能质量数据等，NB---LOT是否适用，电网计量部门需要经慎重研究、现场测试后再定。
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