劉 浩 杜 平
(陜西省地方電力(集團(tuán))有限公司生產(chǎn)技術(shù)部,西安 710061)
作為電力系統(tǒng)中直接面向用戶的中低壓電網(wǎng),配電網(wǎng)的可靠性和安全性至關(guān)重要?!笆晃濉逼陂g,隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,我國城鄉(xiāng)居民生活水平不斷提高,對電力的需求和依賴也逐漸提高,主要表現(xiàn)在供電可靠性和電能質(zhì)量上:城區(qū)供電可靠率通常應(yīng)大于99.96%,其中重要城市中心地區(qū)應(yīng)達(dá)到99.99%以上[1]。國外較發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的供電可靠性可達(dá)到99.9999%,即一年只停電幾分鐘。與國外相比,我國仍存在較大差距。配電網(wǎng)中通信自動(dòng)化系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)配電網(wǎng)中終端與主站間信息和數(shù)據(jù)的傳輸,其對于配電網(wǎng)的可靠性具有重要影響。本文分析了通信自動(dòng)化系統(tǒng)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用。
作為一種高效的調(diào)制技術(shù),OFDM技術(shù)的基本原理為分散數(shù)據(jù)流至多個(gè)子載波上,降低子載波的信號(hào)速率,進(jìn)而提高了信號(hào)的抗衰落能力[2]。OFDM中有一半的子載波頻譜是重疊的,這樣就提高了頻譜的利用率,對干擾碼的影響進(jìn)行了最大限度地消除。其基本實(shí)現(xiàn)方式如下:
假設(shè)一個(gè)周期內(nèi)所傳送的信號(hào)序列為:(d0,d1, …,dN?1),每個(gè)信號(hào)dn經(jīng)過調(diào)制后為復(fù)信號(hào)dn=an+jbn,串行符號(hào)的間隔期為:Δt=1/fs,其中fs為信號(hào)傳輸?shù)乃俾?。進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換后,分別進(jìn)行N個(gè)子載波(f0,f1, …,fN?1)的調(diào)制,然后將這N個(gè)子載波將貫穿整個(gè)信道帶寬,周期為從Δt至NΔt,相鄰的子載波間的頻率間隔為Δf=1/T。
用低通包絡(luò)D(t)傳輸信號(hào)D(t)為
一個(gè)周期內(nèi)有N個(gè)采樣值,即:fs=N/T,令t=mΔt,用符號(hào)序列(d0,d1,…,dN?1)的Fourier變換為
OFDM的原理實(shí)現(xiàn)如圖1所示。
圖1 OFDM原理圖
其中調(diào)制的主要作用是將串行的數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼、D/A轉(zhuǎn)換、傅里葉轉(zhuǎn)換等在OFDM信號(hào)通道上進(jìn)行輸出,而解調(diào)的作用與此相反,其是將調(diào)制完成的信號(hào)恢復(fù)成原始的信號(hào)。
近些年來,隨著配電網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展,配電網(wǎng)中的通信方式也日漸增多,主要包括以下幾種[3]:
1)電纜的通信方式
采用電纜通信可以減小工程工作量和建設(shè)成本,但這種通信方式的頻帶較窄,抗干擾能力不足,且通信距離有限,在配電網(wǎng)中通常作為變電站的RTU進(jìn)行通信連接。
2)光纖的通信方式
采用光纖通信可以增加通信容量,減小傳輸損耗,且其不受電磁場干擾,并可與電纜或架空線路一同敷設(shè),但其缺點(diǎn)是維護(hù)成本較高,工程量大,安裝較困難,通常用于市區(qū)繁華地段設(shè)備主干網(wǎng)的通信方式。
3)無線網(wǎng)通信方式
無線網(wǎng)通信方式是一種新型的通信方式,這種通信方式可靠性不高,不適用于高層建筑物較多,雜波干擾較大的地區(qū)。
4)配電線路通信方式
配電線路通信方式是以配電網(wǎng)中線路本身為傳輸媒介的,其優(yōu)點(diǎn)是投資較小,覆蓋面非常廣,但其受配電線路的干擾性較強(qiáng),通信可靠性較差。
從上面的分析中我們可以看出,各種配電網(wǎng)通信方式各具特點(diǎn),應(yīng)根據(jù)配電網(wǎng)的規(guī)模和要求,在不同層級間采用不同的通信反射。本文采用光纖的通信方式,基于OFDM調(diào)制技術(shù),設(shè)計(jì)了通信自動(dòng)化系統(tǒng)。
配電網(wǎng)的通信系統(tǒng)一般都采用分層結(jié)構(gòu),信息在各層間逐級傳遞[4]。
1)在配電網(wǎng)主站和區(qū)域主站之間采用點(diǎn)對點(diǎn)的通信通道,其通信規(guī)約為:IEC60870-5-101,當(dāng)發(fā)生狀態(tài)變化時(shí),終端將發(fā)出狀態(tài)變化量進(jìn)行上報(bào)。
2)在區(qū)域主站和區(qū)域子站之間采用多點(diǎn)共線的通信通道,其通信規(guī)約為:C60870-5-101,對于故障信息則采用半檢索的過程進(jìn)行處理。
在信息傳遞過程中有些信息是非常重要的,如配電網(wǎng)的故障信號(hào),開關(guān)的變位信息等,這些信息應(yīng)具有較高的優(yōu)先權(quán),保證其傳輸?shù)乃俣群唾|(zhì)量。所采用的配電網(wǎng)FTU配置如圖2所示。
圖2 配電網(wǎng)FTU配置圖
整體結(jié)構(gòu)由主站系統(tǒng)和(區(qū)域)子站系統(tǒng)兩部分組成。
主站系統(tǒng)位于110kV變電站,主要是收集饋線上的區(qū)域子站和子站信息,根據(jù)預(yù)先設(shè)定的控制方法進(jìn)行控制。其中主站系統(tǒng)包括主站終端,交換機(jī)和PC等。子站系統(tǒng)是由子站終端和FTU、DTIJ等共同組成的,配電終端的數(shù)據(jù)采用PowerPacke的形式在中壓電力線上進(jìn)行傳輸,每條饋線上的上最多可以配置63個(gè)通信子站,傳輸速率為6MbPs以上。主站和子站的配置圖如圖3所示。
圖3 主站和子站配置圖
子系統(tǒng)采用OFDM調(diào)制技術(shù),將信號(hào)解調(diào)部分集中在電力線的 MAC上,采用HY型收發(fā)器以完成INTSIXI信號(hào)的收發(fā),利用PowerPacket技術(shù)將以太網(wǎng)的包信號(hào)轉(zhuǎn)換為電力的包信號(hào),同時(shí)將來自電力的包信號(hào)通過MII傳至主控制器。子站圖如圖4所示。
圖4 子站圖
其中 INTSIXI是選用 PHY模式的,通過 MII接口將其與主控制器進(jìn)行連接。W90N740芯片內(nèi)帶MAC接口的控制器有兩個(gè),控制值分別為0和1,表1中為INTSIXI的MII接口定義。
表1 MII接口定義表
(續(xù))
MII接口的信號(hào)定義明確,接線簡單,通信質(zhì)量良好,應(yīng)用OFDM技術(shù)提高了配電網(wǎng)通信系統(tǒng)的速度和質(zhì)量,保障配電網(wǎng)中信息和數(shù)據(jù)傳送的準(zhǔn)確性。
安全可靠的通信自動(dòng)化系統(tǒng)可以保障配電網(wǎng)信息和數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸,使配網(wǎng)實(shí)現(xiàn)各種自動(dòng)功能,經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證,本文基于OFDM調(diào)制技術(shù)所設(shè)計(jì)的通信自動(dòng)化系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸,有效保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群唾|(zhì)量,具有一定的大規(guī)模應(yīng)用價(jià)值。
[1] 劉健,倪建立.配電自動(dòng)化系統(tǒng)[M].北京:中國水利水電出版社, 2003.
[2] 胡鋼.對地區(qū)電力通信發(fā)展的幾點(diǎn)思考[J].湖北電力,2009(5).
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[4] 胡憲澤.貴陽市北城區(qū)配電自動(dòng)化的通信方案[J].電力系統(tǒng)通信, 2001(11).
[5] 劉承成.配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信方式的研究[J].安徽電力, 2009(1).