劉 浩 杜 平

（陜西省地方電力（集團）有限公司生產技術部，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重要?！笆晃濉逼陂g，隨著我國經濟的高速發(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量上：城區(qū)供電可靠率通常應大于99.96%，其中重要城市中心地區(qū)應達到99.99%以上[1]。國外較發(fā)達國家和地區(qū)的供電可靠性可達到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)中通信自動化系統(tǒng)主要負責配電網(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化系統(tǒng)在配電網(wǎng)中的應用。

1 配電網(wǎng)通信方式分析

1.1 OFDM調制技術

作為一種高效的調制技術，OFDM技術的基本原理為分散數(shù)據(jù)流至多個子載波上，降低子載波的信號速率，進而提高了信號的抗衰落能力[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，對干擾碼的影響進行了最大限度地消除。其基本實現(xiàn)方式如下：

假設一個周期內所傳送的信號序列為：（d0,d1, …,dN?1），每個信號dn經過調制后為復信號dn=an+jbn，串行符號的間隔期為：Δt=1/fs，其中fs為信號傳輸?shù)乃俾?。進行串并轉換后，分別進行N個子載波（f0,f1, …,fN?1）的調制，然后將這N個子載波將貫穿整個信道帶寬，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D(t)傳輸信號D(t)為

一個周期內有N個采樣值，即：fs=N/T，令t=mΔt，用符號序列（d0,d1,…,dN?1）的Fourier變換為

OFDM的原理實現(xiàn)如圖1所示。

圖1 OFDM原理圖

其中調制的主要作用是將串行的數(shù)據(jù)經過編碼、D/A轉換、傅里葉轉換等在OFDM信號通道上進行輸出，而解調的作用與此相反，其是將調制完成的信號恢復成原始的信號。

1.2 通信方式選擇

近些年來，隨著配電網(wǎng)通信技術的發(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，但其缺點是維護成本較高，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)點是投資較小，覆蓋面非常廣，但其受配電線路的干擾性較強，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，應根據(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調制技術，設計了通信自動化系統(tǒng)。

2 配電網(wǎng)通信系統(tǒng)結構分析

配電網(wǎng)的通信系統(tǒng)一般都采用分層結構，信息在各層間逐級傳遞[4]。

1）在配電網(wǎng)主站和區(qū)域主站之間采用點對點的通信通道，其通信規(guī)約為：IEC60870-5-101，當發(fā)生狀態(tài)變化時，終端將發(fā)出狀態(tài)變化量進行上報。

2）在區(qū)域主站和區(qū)域子站之間采用多點共線的通信通道，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，開關的變位信息等，這些信息應具有較高的優(yōu)先權，保證其傳輸?shù)乃俣群唾|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

3 硬件設計

3.1 總體結構

整體結構由主站系統(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)預先設定的控制方法進行控制。其中主站系統(tǒng)包括主站終端，交換機和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行傳輸，每條饋線上的上最多可以配置63個通信子站，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

3.2 子系統(tǒng)信號調制分析

子系統(tǒng)采用OFDM調制技術，將信號解調部分集中在電力線的 MAC上，采用HY型收發(fā)器以完成INTSIXI信號的收發(fā)，利用PowerPacket技術將以太網(wǎng)的包信號轉換為電力的包信號，同時將來自電力的包信號通過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行連接。W90N740芯片內帶MAC接口的控制器有兩個，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接口的信號定義明確，接線簡單，通信質量良好，應用OFDM技術提高了配電網(wǎng)通信系統(tǒng)的速度和質量，保障配電網(wǎng)中信息和數(shù)據(jù)傳送的準確性。

4 結論

安全可靠的通信自動化系統(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)實現(xiàn)各種自動功能，經實踐驗證，本文基于OFDM調制技術所設計的通信自動化系統(tǒng)能夠實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，有效保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群唾|量，具有一定的大規(guī)模應用價值。

[1] 劉健,倪建立.配電自動化系統(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)展的幾點思考[J].湖北電力,2009(5).

[3] 古海濱,宋子強,郝強,王文潔.縣級配電網(wǎng)自動化設施設計方案[J].電力學報, 2006(4).

[4] 胡憲澤.貴陽市北城區(qū)配電自動化的通信方案[J].電力系統(tǒng)通信, 2001(11).

[5] 劉承成.配電自動化系統(tǒng)通信方式的研究[J].安徽電力, 2009(1).