低压电力线载波通信模块芯片行业分析报告.docx
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低压电力线载波通信模块芯片行业分析报告
2018年低压电力线载波通信模块芯片行业分析报告
2018年4月
低压电力线载波通信芯片是指通过将低压电力线网络中的设备应用信息转换成载波通信数据,使电力线上的设备实现双向通信,以实现数据测量、传感和控制等智能化目的的专用芯片,是各类终端产品进行载波通信的核心部件。
通常载波通信芯片内置于各类模块中,各类模块经组装成为相应的采集终端设备(如智能电能表、采集器和集中器等),最终实现智能用电信息系统的数据采集、信息交互及设备维护。
一、行业管理
1、行业主管部门及监管体制
(1)国家工业与信息化部
软件行业的行政主管部门是国家工业与信息化部,负责拟订并组织实施通信软件行业发展规划,提出优化产业布局、结构的政策建议,起草相关法律法规草案,制定规章,拟订行业技术规范和标准并组织实施等,对行业的发展方向进行宏观调控。
(2)国网公司和南网公司
产品主要应用于国家智能电网的用电信息采集系统终端,国网公司和南网公司负责制定我国电网行业发展战略、我国智能电网建设相关规划以及智能电网各环节功能规范及技术标准。
同时,国网公司和南网公司统筹我国各省网电力公司用电信息采集终端物资的集中招标工作,并负责用电信息采集系统终端产品的入围检测,下属各省网电力公司负责对产品技术和质量的验收,并根据实际需求和资金情况自主组织小规模的补充招标。
2、行业主要法律法规及政策
近年来,我国出台的一系列法律法规和政策表明,国家对计算机软件开发与咨询行业大力扶持。
具体产业政策如下:
二、主要应用领域发展概况
低压电力线载波通信产品目前主要应用于电网用电信息采集系统。
用电信息采集系统是对电力用户的用电信息进行采集、处理和实时监控的系统。
实现用户信息的自动采集、计量异常监测、用电分析和管理、相关信息发布、分布式能源监控、智能用电设备的信息交互等功能。
1、用电信息采集系统及采集终端发展概述
我国自动抄表技术探索始于上世纪80年代,通过普通电子式电能表运用脉冲技术采集用电数据,实现电费结算。
在这个阶段,低压电力线载波通信技术尚以国外芯片为主,在施工成本、通信覆盖性等方面具有一定优势,但可靠性和稳定性较弱。
2003年开始,随着全国主要省市逐步推行分时电价政策,电能量自动采集业务需求快速增长,低压电力线载波通信技术网络铺设投资成本低、安装维护方便快捷、覆盖范围广等优势逐步凸显,低压载波技术得到大规模应用。
在这一阶段,国外的载波通信技术因无法适应中国电力网络的特性,已基本退出中国市场,国内载波技术逐渐成为主流。
随着各种新技术新工艺的引入,国内载波通信技术得到长足发展。
2009年开始,国网公司开始稳步推进用电信息采集系统智能化建设。
此时国内电力线载波通信技术已得到了充分发展,稳定性、可靠性和实时性等方面均已符合国网公司相关要求,随着载波通信技术在用电信息采集系统应用的大规模试点成功,载波通信技术成为了用电信息采集系统的主要通信技术,且因技术流派不同逐步形成了新的竞争格局。
通过各种载波通信技术大规模应用效果的对比,集成各种调制、路由、纠错等技术的综合性载波通信技术,将成为适合我国低压电网通信环境特征(如阻抗、衰减、噪声等因素)的合理选择。
2、用电信息采集主要技术方式
用电信息采集系统涵盖多种通信技术。
与低压电力线载波通信技术存在竞争的通信技术主要包括OFDM高速载波通信技术、微功率无线通信技术、RS485专线信息采集技术。
各类技术的主要特点如下:
(1)低压电力线载波通信技术
低压电力线载波通信技术是指利用低压配电线(380/220V)作为信息传输媒介的电力线载波通信技术,可分为窄带电力线载波通信技术和宽带电力线载波通信技术。
在我国技术标准下,窄带电力线载波通信传输信号频带为40-500kHz,数据传输速度不超过100kbit/s;宽带电力线载波通信传输信号频带通常为1-38MHz,数据传输速度可达到100kbit/s以上。
相较而言,宽带电力线载波通信传输速率高,数据量大,但传输距离有限,投资建设成本较高。
而我国窄带电力线载波通信技术已较成熟,且建设投资低,是目前智能用电信息采集系统建设中应用最广泛的抄表技术。
(2)OFDM载波通信技术
OFDM载波通信技术是指基于正交频分复用(即OFDM)多载波调制方式的通信技术,在理想条件下具有较高的频率资源利用率,最高可实现130kbit/s的原始数据传输速率。
OFDM载波通信技术主要应用于空间无线电传输和标准通信电缆中的信号传输,但由于电力导线并非设计用于通信目的,难以达到OFDM所需的理想通信条件。
OFDM载波技术所使用的通信频带较宽,其发送电路的发送效率较低,接收电路的选频接收能力也较弱,载波信号易被其他频率的噪声干扰而受到阻碍,所以较难适应发展中国家电网的复杂性,技术成熟度有待提高,现场的实际应用效果和主流载波通信技术尚存在很大差距,在国内外的应用规模均远小于低压电力线载波通信技术。
(3)RS485通信技术
RS485通信技术是两线制的基于差分信号的总线通信技术。
在用电信息采集系统的应用中,需要在所有的设备之间额外敷设专用的通信线路,才能实现采集器与电能表间的数据传输。
RS485通信技术的可靠性较高,但需要额外铺设RS485专用通信缆线,且通信距离一般不超过1千米,单路总线容量一般不超过32个,施工量较大,因此不适用于电能表分布较分散或已建成的小区。
鉴于其组网、改造和运行维护成本较高,且易遭到人为破坏等劣势,RS485通信技术通常与载波通信方式或微功率无线通信方式混合组网,以半载波模式部署。
(4)微功率无线通信技术
微功率无线通信技术在用电信息采集系统的应用,不依赖于任何导线电缆通信,主要以空间无线通信方式实现电能表与集中器、采集器与集中器之间的数据传输。
微功率无线通信技术施工方便,无须额外铺设通信网络,且技术不受限于电网特性,但微功率无线通信技术在用电信息采集业务中存在不少弊端:
如微功率无线通信技术传输距离短,穿透力弱,自身信号易受干扰,在实际应用中还可能出现与广播电视无线信号互相干扰的情况;采用微功率无线通信技术容易产生信号盲区,须安装大量微功率无线网络节点,系统建设需要较多的人工干预进行频率划分和网络规划,投资建设成本较高;微功率无线通信技术所需的通信天线具有外露性特征,实际应用中额外安装的天线等易遭到人为破坏。
3、载波通信产品于智能用电信息采集系统中的应用
智能用电信息采集系统主要由主站、通信信道、现场终端和电力用户四部分组成。
主站建设于电网公司后台,通过通信接口接收数据并存储于服务器,实现数据分析处理、实时监控及下达指令等远程管理功能。
现场终端根据不同电力用户采取不同通信方式,实现用户用电数据量的采集及电网公司指令的双向传输。
电力用户主要分为公变电力用户和专变电力用户。
划分公变电力用户和专变电力用户的标准主要是看配电变压器的产权归属情况。
适用于公变及其下电力用户的现场终端:
低压电力线载波通信技术主要针对居民用户及低压一般工商业用户等公变及其下电力用户,应用于现场终端。
居民用户及低压一般工商业用户等公变及其下电力用户的现场终端存在“全载波”和“半载波”两种组网模式,构成主要包括电能表、采集器和集中器。
电能表为用来计量用户消耗电能的仪表,根据采用的通信技术不同,连接于采集器或集中器;采集器主要用于采集多个或单个电能表的电能信息,并可与集中器交换数据;集中器是收集各采集器或电能表的数据,并进行处理储存,同时能和主站进行数据交换的设备。
适用于专变用户的现场终端:
专变用户的现场终端系统结构与适用于公变及其下电力用户的现场终端的“全载波”模式相似,主要将“全载波”模式下的集中器替换为具有宽电压适应性的跳闸回路断线监测功能的专变采集终端。
三、行业主要经营模式
电力线载波通信模块(含芯片)类产品的主要销售对象为各类电能表生产厂商和电力公司,最终产品为载波式智能电能表、采集器和集中器等终端设备,最终用户为电力公司。
1、国网公司招标模式
2009年以前,国网公司管辖范围内的采集终端产品由各省网电力公司自主招标,当时智能电能表应用规模较小,质量、资质等行业标准尚未完善,主要由电能表生产厂商确定所采用的技术方案后向各省网公司上报,各省网公司参考电能表生产厂商所上报的方案情况确定招标方案。
2009年末至2010年初,国网公司启动用电信息采集系统的全面建设;2011年6月,国家电网公司下发《关于进一步扩大公司集中采购范围的通知》(国家电网物资[2011]857号)文件,提出用电信息采集系统将实行“总部直接组织实施”即“集中招标”的采购模式。
2011年第五标起,国网公司对采集终端设备也开始实行统一招标。
国网公司负责制定智能用电信息采集系统各产品的技术标准,下属各省网电力公司在相关技术标准下确定辖区拟采用的方案,并将参数统一上报至国网公司,由国网公司汇总后向市场招标。
这种模式提升了载波通信方案的整体技术标准,提高了行业技术壁垒,有利于保证产品质量;同时使上游电能表生产厂商及载波通信芯片生产厂商的生产计划更稳定有序,有利于提升上游企业的运营管理效率。
根据载波通信的技术特点,通常每一种被采用的技术方案所对应的技术提供厂商具有唯一性。
国网公司招标时,将采购产品按照需求单位(即具体最终使用该货物的下属电力公司)和产品种类拆分成以“包”为单位。
在招标文件中明确了每一“包”采购产品的关键参数、技术方案(载波通信中心频率)和对应的采购数量。
若某一招标包中智能电能表或采集类终端所设定的参数为某家载波通信芯片厂商的载波通信技术方案,则中标该包产品的电能表生产厂商在生产此批产品时仅可采用相对应的载波通信技术提供厂商生产的芯片。
因此国网公司招标模式的改变降低了电能表生产厂商对特定产品所使用载波通信技术的选择权,而提高了载波通信芯片生产商的议价能力。
2、南网公司招标模式
南网公司的招标模式采用框架式招投标,即南网公司通常每年发布一次框架性的招标公告,主要列示本年度各省网公司需求的产品种类、技术和质量标准、参与投标所须具备的生产能力和资质,与中标企业签订的为框架性协议,后续各省网公司根据各自的实际需求自行确定采购种类和数量。
南网公司以打造智能、高效、可靠的绿色电网为目标,积极开展智能电网改造建设,用电信息采集系统智能化建设也逐步铺开。
目前载波通信技术方案的终端采购量相对国家电网较小,但随着未来南网公司加快智能电网建设,智能化用电信息采集终端市场需求将大幅增长。
3、电力公司自主采购
除此之外,电力公司也会根据自身实际需求和资金情况,进行部分自主招标或自主采购,用以满足国网公司和南网公司统一招标计划外的新增需求、部分电表的更新需求、运行不稳定产品的替换需求以及台区试点等。
四、行业需求状况
1、用电信息采集系统智能化建设推动载波通信行业快速增长
《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》指出,“十三五”期间,智能电网、能源互联网将迎来新的发展机遇,我国将大力推进能源革命,加强储能和智能电网建设,着力解决特高压和配电网“两头薄弱”问题,实现各级电网协调发展,推行节能低碳电力调度,形成有效竞争的市场机制。
2016年1月,南方电网公司对“十三五”改革发展重点工作进行了安排部署,提出要建设智能、高效、可靠、绿色的现代化电网,优化主网、做强配网、升级农网、深化电网绿色发展、强化电网运维能力,在智能配用电网关键技术领域进一步加强用户与电网之间信息与电能的双向交互,实现电力能源更可靠、更高效的分配和使用。
根据国网公司2010年3月发布的《国家电网智能化规划总报告(修订稿)》,2009~2020年国家电网计划总投资3.45万亿元,智能化投资3,841亿元,占电网总投资的11.1%,智能化投资中用电环节投资比重最大,占30.8%。
《国家电网智能化规划总报告(修订稿)》将“坚强智能电网”的建设计划划分为三个阶段,其中2016年至2020年为引领提升
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