李忠+汪燕+鄧磊

摘 要：針對中壓配電網(wǎng)的特點，提出一種以配電網(wǎng)自身作為高速數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)的寬帶載波通信技術(shù)，將中壓配電網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€高性能的數(shù)據(jù)傳輸骨干網(wǎng)。利用該技術(shù)無需對通信線路進行投資或?qū)﹄娋W(wǎng)進行改造，只要在中壓電網(wǎng)的節(jié)點處（一般在開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、配電室等處）安裝設(shè)備，即可低成本地實現(xiàn)配變用電需求側(cè)各類信息與控制系統(tǒng)的遠程寬帶通信，同時可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、控制和語音信號的傳輸。文章首先簡要介紹了目前我國配電網(wǎng)中的主要通信方式，并列舉了其主要優(yōu)缺點，將其分別和寬帶載波通信比較后，發(fā)現(xiàn)在目前的技術(shù)條件下，寬帶載波通信具有很大的優(yōu)越性。在此基礎(chǔ)上，介紹了寬帶載波技術(shù)的發(fā)展歷程及其在中壓配電網(wǎng)中的具體應(yīng)用與其性能測試。

關(guān)鍵詞：寬帶載波通信；中壓；配電網(wǎng)

中圖分類號：TM72 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）29-0049-02

國家電網(wǎng)公司正在全面建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展為基礎(chǔ)、以信息化、自動化、互動化為特征的堅強智能電網(wǎng)，以全面提高電網(wǎng)的資源優(yōu)化配置能力和電力系統(tǒng)的運行效率，保障安全、優(yōu)質(zhì)、可靠的電力供應(yīng)。其中，智能配電網(wǎng)是直接面向社會和客戶的重要能源載體，是堅強智能電網(wǎng)的重要組成部分。智能配電網(wǎng)將具有更高的供電可靠性，更高的電網(wǎng)運行效率和資產(chǎn)利用效率，支持分布式電源接入和電動汽車等新的用電方式，實現(xiàn)與用戶互動并實現(xiàn)更高的能源使用效率。

然而，目前面臨的問題主要是：除了配電網(wǎng)架和設(shè)備依然比較薄弱外，對配電網(wǎng)的智能管理，包括用電負荷控制、電網(wǎng)運行監(jiān)測、電能質(zhì)量分析以及故障快速處理、靈活重構(gòu)和自愈等配電自動化技術(shù)的應(yīng)用，仍然是當(dāng)前薄弱的環(huán)節(jié)，更難以實現(xiàn)對未來的各種分布式電源的兼容接入與統(tǒng)一控制。其主要矛盾在于：雖然近年來配電部門新裝了許多針對配電設(shè)備與線路運行的信息與控制系統(tǒng)，卻缺乏一條電力專有的、穩(wěn)定可靠的、且具有足夠帶寬的遠程通信信道作為統(tǒng)一的通信平臺，來支撐對數(shù)量巨大且分散的各類系統(tǒng)終端運行數(shù)據(jù)的實時傳輸、檢測與控制。因此，在中壓配電網(wǎng)中亟需建立一條成本低廉、可靠性高的通信系統(tǒng)，確保我國智能電網(wǎng)的建設(shè)按照原計劃完成。

1 中壓配電網(wǎng)通信及寬帶載波現(xiàn)狀分析

在高壓輸電網(wǎng)側(cè)采用可靠性更高的光纖通信方式，在10 kV及以下等級的中低壓系統(tǒng)中采用GPRS/CDMA等無線通信模式。雖然這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)較高的可靠性，但是由于缺少用戶側(cè)的數(shù)據(jù)導(dǎo)致整個通信系統(tǒng)在數(shù)據(jù)上是不完整的。

但是這些傳統(tǒng)的通信方式都有著各自的缺陷，如光纖可靠性高，但成本過高、安裝施工不便，目前尚不能廣泛應(yīng)用；無線通信可靠性差，不適合在市區(qū)及多山地區(qū)使用；而中壓電力線寬帶載波通信技術(shù)以電力線本身作為通信媒介，不需另設(shè)通信通道，它的成功實施可改變10 kV變電站以下數(shù)據(jù)通信的現(xiàn)狀，建立起從供電公司直達低壓用戶的端到端的完善的遠程寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，一舉解決供電部門與遠動“最后一公里”的帶寬瓶頸問題，為現(xiàn)在和未來的各種電網(wǎng)管理新應(yīng)用提供統(tǒng)一的通信平臺。

中壓電力線寬帶載波通信是利用10 kV配電網(wǎng)作為信號的傳輸載體，通過將BPLC的寬帶信號（物理速率200 ？贅）耦合在中壓電力線上傳輸，從而將中壓配電網(wǎng)轉(zhuǎn)換為一個高帶寬的通信網(wǎng)絡(luò)。由于該技術(shù)在物理層是利用電力線作為傳輸介質(zhì)，而在MAC層和網(wǎng)絡(luò)層都遵循標(biāo)準的以太網(wǎng)協(xié)議，因此可以與光纖、無線等寬帶以太網(wǎng)無縫連接。通過寬帶通信技術(shù)和其他通信技術(shù)的對比，我們不難發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)前的技術(shù)水平條件下，寬帶載波通信是最適合在中壓配電網(wǎng)絡(luò)中使用的通信方式。

目前國內(nèi)中低壓寬帶載波的應(yīng)用主要在10 kV電力線作為配電網(wǎng)自動化的數(shù)據(jù)傳輸通道和在380/220 V用戶電網(wǎng)作為集中遠方自動抄表系統(tǒng)的傳輸通道，還有正在開發(fā)并取得階段性成果的電力線上網(wǎng)高速Modem等。國外中壓配電線載波技術(shù)于20世紀80年代初期開始研究，10多年來發(fā)展很快，在日本和美國，使用較多，主要用于負荷控制、用戶集中抄表、無功補償控制，故障指示遠傳和配電網(wǎng)中開閉器控制等。美國ABB公司生產(chǎn)的EMETCON負荷管理及配電自動化系統(tǒng)，在美國使用較為廣泛，主要用于負荷控制。西班牙介紹了他們利用載波技術(shù)在配電網(wǎng)中開關(guān)控制方面的成就。

2 實際應(yīng)用及性能測試

2.1 總體思路

中壓電力線寬帶載波通信技術(shù)則是利用了覆蓋范圍廣泛的中壓配電網(wǎng)作為高速數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)，將中壓電網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€高性能的數(shù)據(jù)傳輸骨干網(wǎng)。利用該技術(shù)無需對通信線路進行投資或?qū)﹄娋W(wǎng)進行改造，只要在中壓電網(wǎng)的節(jié)點處（一般在開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、配電室等處）安裝設(shè)備，即可低成本地實現(xiàn)配變用電需求側(cè)各類信息與控制系統(tǒng)的遠程寬帶通信，同時可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、控制和語音信號的傳輸。

中壓電力線寬帶載波通信技術(shù)的成功實施可改變10 kV變電站以下數(shù)據(jù)通信的現(xiàn)狀，建立起從供電公司局端直達低壓用戶端的端到端的完善的遠程寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，一舉解決供電部門與遠動“最后一公里”的帶寬瓶頸問題，為現(xiàn)在和未來的各種電網(wǎng)管理新應(yīng)用提供統(tǒng)一的通信平臺，寬帶載波通信示意圖如圖1所示。

2.2 項目方案

針對上述問題，國網(wǎng)資陽供電公司基于中壓電力線寬帶通信新技術(shù)在10 kV配電網(wǎng)的應(yīng)用取得巨大的進步，為10 kV配電網(wǎng)的自動化通信提供了全新的解決方案?；诠饫w骨干網(wǎng)與中壓電力線寬帶通信的混合組網(wǎng)方式是一種穩(wěn)定可靠、實用經(jīng)濟的配網(wǎng)自動化通信一體化解決方案。

本方案提出的配網(wǎng)自動化中程通信建設(shè)思路是：在變電站端采用工業(yè)以太網(wǎng)交換機，將電力系統(tǒng)遠程光纖專網(wǎng)分配到各條10 kV中壓饋線端，連接中壓電力線寬帶頭端，通過中壓電力線寬帶通信（MV-PLC）技術(shù)把中壓線路作為高速數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)，將中壓電網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€高性能的數(shù)據(jù)傳輸骨干網(wǎng)；同時，在各條中壓路徑上的每臺變壓器端通過耦合和橋接接入電力線寬帶中繼或終端設(shè)備，形成中壓電力線寬帶的各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，進而接入變壓器端的各類信息與控制系統(tǒng)。對于少數(shù)節(jié)點之間距離過長、干擾過大等電力線寬帶通信無法克服的電網(wǎng)環(huán)境，采用光纖或無線通信技術(shù)作為輔助手段解決，從而形成混合寬帶網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、視頻和控制信號的傳輸，從而徹底解決配網(wǎng)自動化通信的“最后一公里”難題，最終建成從局端直達電力用戶的、電網(wǎng)公司自有的遠程寬帶通信主干網(wǎng)絡(luò)，為現(xiàn)在和未來的電力調(diào)度自動化和配網(wǎng)自動化各種新項目的建設(shè)提供統(tǒng)一的通信平臺。

2.3 性能測試

與大多使用擴頻、跳頻等通信方式的電力線窄帶載波，電力線寬帶方式在應(yīng)用實施上有很多類似的地方，如借助電力線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通信節(jié)點間免布線或少布線，但在通信機制、通信協(xié)議、載波和調(diào)制方式等方面具有巨大的差別，如圖2所示。

如圖3所示，窄帶載波使用具有63位偽隨機碼的直序擴頻方式，中心頻率270 kHz，可實現(xiàn)9 600 bps的數(shù)據(jù)通信。如圖3（a）、（b）所示，電力線寬帶使用具有1 536個子載波的OFDM方式，載波頻率為2～30 MHz，其頻帶利用率很高，可以達到最高200 Mbps的物理層調(diào)制速率，相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)TCP通信速率為75 Mbps。在不同信號衰減條件下，電力線寬帶通信的性能如圖4（a）、（b）所示。

3 結(jié) 語

寬帶載波通信技術(shù)是一種適合分布式饋線自動化模式新的電力載波通信模式，作者選擇在10 kV小劉I線為掛網(wǎng)試運行線路，研究了載波通信在中壓電纜輸電線路上的應(yīng)用情況，以及CT取電模塊的穩(wěn)定情況。同時又選擇了10 kV劉外線作為掛網(wǎng)試運行線路，對架空線路實施帶電作業(yè)，完成了架空段的7個點的設(shè)備安裝，完成了10 kV外環(huán)路開關(guān)站和10 kV劉家灣開關(guān)站的站內(nèi)設(shè)備安裝，并進行初步調(diào)試。

通過本通信系統(tǒng)連接配網(wǎng)終端設(shè)備、主站系統(tǒng)后，我們發(fā)現(xiàn)寬帶載波技術(shù)在中壓配電網(wǎng)中的應(yīng)用具有如下意義：提高供電可靠性；故障自動檢測，縮小停電范圍；快速實現(xiàn)非故障區(qū)的恢復(fù)供電。提高配網(wǎng)系統(tǒng)的運行經(jīng)濟性，提高設(shè)備的利用率，降低運行維護費用，降低線損，最大限度地提高企業(yè)經(jīng)濟效益。減少和縮短設(shè)備檢修停電時間和范圍。優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和無功分配，提高整個配網(wǎng)的管理水平，利用技術(shù)手段改善用戶服務(wù)水平，改善故障時對用戶的應(yīng)答能力。

在中壓配電網(wǎng)中大力推廣寬帶載波通信技術(shù)可以提高企業(yè)的現(xiàn)代化管理水平，提高供電企業(yè)的各項經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)。因此，各級電力企業(yè)應(yīng)當(dāng)支持該技術(shù)的推廣和應(yīng)用。

參考文獻：

[1] 劉堯.寬帶載波技術(shù)在配電網(wǎng)監(jiān)控中的應(yīng)用[D].上海：上海交通大學(xué)，2008.

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[4] 焦邵華，焦振有，劉萬順.配電網(wǎng)饋線系統(tǒng)保護原理及分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2002，（12）.

[5] 陳臘元.國內(nèi)配網(wǎng)自動化綜述[J].農(nóng)村電氣化，2004，（3）.

[6] 焦邵華，劉萬順，鄭衛(wèi)文，等.配電網(wǎng)載波通信的衰耗分析[J].電力系統(tǒng)自動化，2000，（25）.

[7] 劉健.韓國配電自動化的啟示[J].電力設(shè)備，2004，（5）.

2.3 性能測試

與大多使用擴頻、跳頻等通信方式的電力線窄帶載波，電力線寬帶方式在應(yīng)用實施上有很多類似的地方，如借助電力線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通信節(jié)點間免布線或少布線，但在通信機制、通信協(xié)議、載波和調(diào)制方式等方面具有巨大的差別，如圖2所示。

如圖3所示，窄帶載波使用具有63位偽隨機碼的直序擴頻方式，中心頻率270 kHz，可實現(xiàn)9 600 bps的數(shù)據(jù)通信。如圖3（a）、（b）所示，電力線寬帶使用具有1 536個子載波的OFDM方式，載波頻率為2～30 MHz，其頻帶利用率很高，可以達到最高200 Mbps的物理層調(diào)制速率，相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)TCP通信速率為75 Mbps。在不同信號衰減條件下，電力線寬帶通信的性能如圖4（a）、（b）所示。

3 結(jié) 語

寬帶載波通信技術(shù)是一種適合分布式饋線自動化模式新的電力載波通信模式，作者選擇在10 kV小劉I線為掛網(wǎng)試運行線路，研究了載波通信在中壓電纜輸電線路上的應(yīng)用情況，以及CT取電模塊的穩(wěn)定情況。同時又選擇了10 kV劉外線作為掛網(wǎng)試運行線路，對架空線路實施帶電作業(yè)，完成了架空段的7個點的設(shè)備安裝，完成了10 kV外環(huán)路開關(guān)站和10 kV劉家灣開關(guān)站的站內(nèi)設(shè)備安裝，并進行初步調(diào)試。

通過本通信系統(tǒng)連接配網(wǎng)終端設(shè)備、主站系統(tǒng)后，我們發(fā)現(xiàn)寬帶載波技術(shù)在中壓配電網(wǎng)中的應(yīng)用具有如下意義：提高供電可靠性；故障自動檢測，縮小停電范圍；快速實現(xiàn)非故障區(qū)的恢復(fù)供電。提高配網(wǎng)系統(tǒng)的運行經(jīng)濟性，提高設(shè)備的利用率，降低運行維護費用，降低線損，最大限度地提高企業(yè)經(jīng)濟效益。減少和縮短設(shè)備檢修停電時間和范圍。優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和無功分配，提高整個配網(wǎng)的管理水平，利用技術(shù)手段改善用戶服務(wù)水平，改善故障時對用戶的應(yīng)答能力。

在中壓配電網(wǎng)中大力推廣寬帶載波通信技術(shù)可以提高企業(yè)的現(xiàn)代化管理水平，提高供電企業(yè)的各項經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)。因此，各級電力企業(yè)應(yīng)當(dāng)支持該技術(shù)的推廣和應(yīng)用。

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2.3 性能測試

與大多使用擴頻、跳頻等通信方式的電力線窄帶載波，電力線寬帶方式在應(yīng)用實施上有很多類似的地方，如借助電力線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通信節(jié)點間免布線或少布線，但在通信機制、通信協(xié)議、載波和調(diào)制方式等方面具有巨大的差別，如圖2所示。

如圖3所示，窄帶載波使用具有63位偽隨機碼的直序擴頻方式，中心頻率270 kHz，可實現(xiàn)9 600 bps的數(shù)據(jù)通信。如圖3（a）、（b）所示，電力線寬帶使用具有1 536個子載波的OFDM方式，載波頻率為2～30 MHz，其頻帶利用率很高，可以達到最高200 Mbps的物理層調(diào)制速率，相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)TCP通信速率為75 Mbps。在不同信號衰減條件下，電力線寬帶通信的性能如圖4（a）、（b）所示。

3 結(jié) 語

寬帶載波通信技術(shù)是一種適合分布式饋線自動化模式新的電力載波通信模式，作者選擇在10 kV小劉I線為掛網(wǎng)試運行線路，研究了載波通信在中壓電纜輸電線路上的應(yīng)用情況，以及CT取電模塊的穩(wěn)定情況。同時又選擇了10 kV劉外線作為掛網(wǎng)試運行線路，對架空線路實施帶電作業(yè)，完成了架空段的7個點的設(shè)備安裝，完成了10 kV外環(huán)路開關(guān)站和10 kV劉家灣開關(guān)站的站內(nèi)設(shè)備安裝，并進行初步調(diào)試。

通過本通信系統(tǒng)連接配網(wǎng)終端設(shè)備、主站系統(tǒng)后，我們發(fā)現(xiàn)寬帶載波技術(shù)在中壓配電網(wǎng)中的應(yīng)用具有如下意義：提高供電可靠性；故障自動檢測，縮小停電范圍；快速實現(xiàn)非故障區(qū)的恢復(fù)供電。提高配網(wǎng)系統(tǒng)的運行經(jīng)濟性，提高設(shè)備的利用率，降低運行維護費用，降低線損，最大限度地提高企業(yè)經(jīng)濟效益。減少和縮短設(shè)備檢修停電時間和范圍。優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和無功分配，提高整個配網(wǎng)的管理水平，利用技術(shù)手段改善用戶服務(wù)水平，改善故障時對用戶的應(yīng)答能力。

在中壓配電網(wǎng)中大力推廣寬帶載波通信技術(shù)可以提高企業(yè)的現(xiàn)代化管理水平，提高供電企業(yè)的各項經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)。因此，各級電力企業(yè)應(yīng)當(dāng)支持該技術(shù)的推廣和應(yīng)用。

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