bg line bg line

HPLC+HRF双模通信技术在电能计量领域的应用

2022年12月27日

[中国,上海,2022年12月27日] 低压电网的数字化建设,是保障电力可靠供应,接纳可再生资源、发展低碳经济、促进节能减排的重要手段。“双碳政策”及能源转型的不断深入,对传统电网提出了智能化、低碳化、清洁化的新要求,新型电力系统应运而生,成为新一轮产业竞争的制高点。

HPLC,新型电力系统建设首选技术

高速电力线载波(以下简称HPLC)

HPLC高速电力线载波,也称为宽带电力线载波,是低压电力线上进行数据传输的宽带电力线载波技术。
■ HPLC通信网络以电力线作为通信媒介,实现低压电力用户用电信息汇聚、传输、交互的通信网络。
■ HPLC主要采用正交频分复用(OFDM)技术,频段使用0.7MHz-12MHz,默认0.7-3MHz。
■ 相较于传统低速窄带电力线载波技术,HPLC带宽大、传输速率高,满足低压电力线载波通信更高的需求。

HPLC技术标准历程

窄带PLC为低压电网数字化建设打下基础
窄带PLC2006年开始产品化、2011年技术成熟,它采用500KHz以下频段通信,通过日冻结抄表业务代替人工月度抄表,为低压电网数字化建设打下了基础。
窄带PLC技术短板:无统一标准、无法互联互通;速率低、性能差,无法支持业务进一步开展深化应用。

HPLC技术满足电网业务对低压电力线载波通信更高的业务需求
2016年中国电科院牵头,正式发布HPLC企标, 2017年6月国家电网发布《低压电力线宽带载波通信互联互通技术规范》,高速载波通信形成统一标准;2018由中国电科院、国网信通产业集团等企业联合制订发布《适用于智能电网应用的中频(低于12MHz)电力线载波通信技术标准》,提出以OFDM、双二元Turbo编码、时频分集拷贝为核心的物理层通信技术规范,及以信道时序优化、树形组网、多台区网络协调为代表的数据链路层技术规范,提高了通信信号的收发质量和数据传输性能,HPLC开始全面商用。HPLC采用OFDM技术,具备大带宽、高速率、高可靠性,同时支持高频采集、停电上报、相位识别、台区识别等深化应用

HPLC技术在实施中存在的短板:没有设定明确的通信性能门槛及NTB精度等业务应用的技术指标,不同厂家产品深化应用效果差异很大;同时无法接入非电力线供电的设备、在通信层没有对应的安全加密措施。

HPLC+HRF双模,低压配电网络通信技术再升级

HPLC+HRF双模

2018年由中国电科院牵头企标立项,2020年标准发布。双模采用国网自主知识产权的HPLC+HRF技术,是低压电网领域最关键的通信技术。双模技术在物理层,采用OFDM调制方式、Turbo编码、及国网自有知识产权的拷贝交织技术等;链路层上网络支持连接节点数由1000节点增加至2000节点,且在HPLC的链路层协议基础上,增加HRF信道的组网路由机制,支持两种信道可以互为路由,组成一张网络;协议中增加了完备的加密算法和加密机制,保障网络安全。

HPLC+HRF双模技术优势

● 性能更优:HPLC+HRF的双通同时收发且道路由互为备份,能够满足“新型电力系统”业务场景下对通信更大带宽、更高速率和更高可靠性的要求;
● 连接更广:网络支持节点数增加至2000个,支持mesh和星型网络,可以支持在智能电表接入的基础上,增加智能开关等设备的接入,为营配一体化、数字化和智能化奠定基础;
● 更加安全:增加加密算法和相应的安全机制,能够有效抵抗网络攻击和信息泄露等风险。
● 功耗更低:系统级模拟射频架构降低功耗设计、基带部分低功耗接收升级算法,优化降低产品在不同阶段的功耗;
● 深化应用:HRF信道可以在停电时电力线信道断开情况下,保障设备停电信息及时准确上报, 无人工干扰情况下,台区户变识别、分支\电气拓扑识别及线路故障预警\告警准确率达99%+;

双模技术明确增加了HPLC和HRF通信性能的指标要求及模块的静态功耗指标,增加了基于NTB的过零检测指标,以及加密算法的检测等,保障通过国网认证的产品质量。同时积极探索和明确提升业务宽带能力的通信方案,实现HPLC+HRF双通道有效互补和高效配合的通信方案,为高频数据采集、停电主动上报等深化应用更好落地,打下坚实的基础。

双模助力深化应用业务升级

双模技术发挥HPLC+HRF双信道优势,分钟级实时采集。双模技术中HPLC和HRF信道可互为备选路径,充分利用不同信道特点,保障通信和业务可靠性;HPLC和HRF可独立并行工作,并发能力由并发5提升到并发20,业务带宽可提升40%以上,充分满足高频采集业务需求,为源、网、荷、储实时互动提供基础保障。

双模技术中HPLC和HRF信道可互为备选路径,保障通信和业务可靠性

在停电主动上报业务中,双模技术可以通过广播、汇聚等策略, 使得HPLC和HRF通道在停电上报业务中互为补充,实现分钟级实时采集上报,保证电表停电事件0误报,漏报率降低至1%以下。

双模技术提升业务实时性及可靠性,在智能表箱、智能分支箱、智能配电室等场景,实现集抄设备和配电设备通过HPLC+HRF双模技术组成一张网络。保证在分支节点和末端节点都具备通信能力,通过HPLC电力线测距、HRF的空间感知及电力线固有特征的获取,在不额外增加硬件电路的同时实现低压网络的物理拓扑识别及距离绘制,为精细化线损管理、故障快速定位、自动隔离和快速抢修,提供了坚实的技术支撑。

集抄设备和配电设备通过HPLC+HRF双模技术组成一张网络

双模面向多业务场景。双模初传统抄表业务外,具备多种设备、低功耗节点的接入能力,可扩展支持星型网络。设备厂家可规划单模HRF作为单独的通信模式,内置于智能微断、智能锁具、智能传感器等设备,通过与双模节点连接,将信息汇总至头端设备,实现低压设备从智能配电房,到智能分支箱,到智能表箱的全数字化网络覆盖。实现多业务场景业务,如多能表、断路器、开关、充电桩、传感器、智能箱锁等丰富业务场景。

双模技术带来多重业务提升

双模技术是未来低压电网领域最为关键的通信技术,两者结合可实现台区设备安全可靠的接入网络;电源侧、电网侧、负荷侧设备全景监测和实时感知;精细化运维管理、负荷精准预测及柔性调节。助力电网低压侧升级为全联接、广覆盖及高效运维的数字化网络。

电网发展中,智能化和数字化将逐步向用户侧渗透,双模技术将拓展更丰富的业务场景,电动汽车有序充电、智能家电家居、及多表集抄等多业务领域将发挥更重要的作用。