寬帶載波通信在中壓配電網(wǎng)的應(yīng)用

李忠+汪燕+鄧?yán)?/p>

摘 要：針對(duì)中壓配電網(wǎng)的特點(diǎn)，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€(gè)高性能的數(shù)據(jù)傳輸骨干網(wǎng)。利用該技術(shù)無(wú)需對(duì)通信線路進(jìn)行投資或?qū)﹄娋W(wǎng)進(jìn)行改造，只要在中壓電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)處（一般在開(kāi)閉所、環(huán)網(wǎng)柜、配電室等處）安裝設(shè)備，即可低成本地實(shí)現(xiàn)配變用電需求側(cè)各類(lèi)信息與控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程寬帶通信，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、控制和語(yǔ)音信號(hào)的傳輸。文章首先簡(jiǎn)要介紹了目前我國(guó)配電網(wǎng)中的主要通信方式，并列舉了其主要優(yōu)缺點(diǎn)，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(cè)試。

關(guān)鍵詞：寬帶載波通信；中壓；配電網(wǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）29-0049-02

國(guó)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(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展為基礎(chǔ)、以信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化為特征的堅(jiān)強(qiáng)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(yùn)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(huì)和客戶(hù)的重要能源載體，是堅(jiān)強(qiáng)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(yùn)行效率和資產(chǎn)利用效率，支持分布式電源接入和電動(dòng)汽車(chē)等新的用電方式，實(shí)現(xiàn)與用戶(hù)互動(dòng)并實(shí)現(xiàn)更高的能源使用效率。

然而，目前面臨的問(wèn)題主要是：除了配電網(wǎng)架和設(shè)備依然比較薄弱外，對(duì)配電網(wǎng)的智能管理，包括用電負(fù)荷控制、電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)、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(dòng)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(shí)現(xiàn)對(duì)未來(lái)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(lái)配電部門(mén)新裝了許多針對(duì)配電設(shè)備與線路運(yùn)行的信息與控制系統(tǒng)，卻缺乏一條電力專(zhuān)有的、穩(wěn)定可靠的、且具有足夠帶寬的遠(yuǎn)程通信信道作為統(tǒng)一的通信平臺(tái)，來(lái)支撐對(duì)數(shù)量巨大且分散的各類(lèi)系統(tǒng)終端運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸、檢測(cè)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(guó)智能電網(wǎng)的建設(shè)按照原計(jì)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(jí)的中低壓系統(tǒng)中采用GPRS/CDMA等無(wú)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(hù)側(cè)的數(shù)據(jù)導(dǎo)致整個(gè)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(guò)高、安裝施工不便，目前尚不能廣泛應(yīng)用；無(wú)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(shí)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(dá)低壓用戶(hù)的端到端的完善的遠(yuǎn)程寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，一舉解決供電部門(mén)與遠(yuǎn)動(dòng)“最后一公里”的帶寬瓶頸問(wèn)題，為現(xiàn)在和未來(lái)的各種電網(wǎng)管理新應(yīng)用提供統(tǒng)一的通信平臺(tái)。

中壓電力線寬帶載波通信是利用10 kV配電網(wǎng)作為信號(hào)的傳輸載體，通過(guò)將BPLC的寬帶信號(hào)（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(gè)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(zhǔn)的以太網(wǎng)協(xié)議，因此可以與光纖、無(wú)線等寬帶以太網(wǎng)無(wú)縫連接。通過(guò)寬帶通信技術(shù)和其他通信技術(shù)的對(duì)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(guó)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(dòng)化的數(shù)據(jù)傳輸通道和在380/220 V用戶(hù)電網(wǎng)作為集中遠(yuǎn)方自動(dòng)抄表系統(tǒng)的傳輸通道，還有正在開(kāi)發(fā)并取得階段性成果的電力線上網(wǎng)高速M(fèi)odem等。國(guó)外中壓配電線載波技術(shù)于20世紀(jì)80年代初期開(kāi)始研究，10多年來(lái)發(fā)展很快，在日本和美國(guó)，使用較多，主要用于負(fù)荷控制、用戶(hù)集中抄表、無(wú)功補(bǔ)償控制，故障指示遠(yuǎn)傳和配電網(wǎng)中開(kāi)閉器控制等。美國(guó)ABB公司生產(chǎn)的EMETCON負(fù)荷管理及配電自動(dòng)化系統(tǒng)，在美國(guó)使用較為廣泛，主要用于負(fù)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(kāi)關(guān)控制方面的成就。

2 實(shí)際應(yīng)用及性能測(cè)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€(gè)高性能的數(shù)據(jù)傳輸骨干網(wǎng)。利用該技術(shù)無(wú)需對(duì)通信線路進(jìn)行投資或?qū)﹄娋W(wǎng)進(jìn)行改造，只要在中壓電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)處（一般在開(kāi)閉所、環(huán)網(wǎng)柜、配電室等處）安裝設(shè)備，即可低成本地實(shí)現(xiàn)配變用電需求側(cè)各類(lèi)信息與控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程寬帶通信，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、控制和語(yǔ)音信號(hào)的傳輸。

中壓電力線寬帶載波通信技術(shù)的成功實(shí)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(dá)低壓用戶(hù)端的端到端的完善的遠(yuǎn)程寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，一舉解決供電部門(mén)與遠(yuǎn)動(dòng)“最后一公里”的帶寬瓶頸問(wèn)題，為現(xiàn)在和未來(lái)的各種電網(wǎng)管理新應(yīng)用提供統(tǒng)一的通信平臺(tái)，寬帶載波通信示意圖如圖1所示。

2.2 項(xiàng)目方案

針對(duì)上述問(wèn)題，國(guó)網(wǎng)資陽(yáng)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(jìn)步，為10 kV配電網(wǎng)的自動(dòng)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(shí)用經(jīng)濟(jì)的配網(wǎng)自動(dòng)化通信一體化解決方案。

本方案提出的配網(wǎng)自動(dòng)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(jī)，將電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程光纖專(zhuān)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(guò)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€(gè)高性能的數(shù)據(jù)傳輸骨干網(wǎng)；同時(shí)，在各條中壓路徑上的每臺(tái)變壓器端通過(guò)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(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而接入變壓器端的各類(lèi)信息與控制系統(tǒng)。對(duì)于少數(shù)節(jié)點(diǎn)之間距離過(guò)長(zhǎng)、干擾過(guò)大等電力線寬帶通信無(wú)法克服的電網(wǎng)環(huán)境，采用光纖或無(wú)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(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、視頻和控制信號(hào)的傳輸，從而徹底解決配網(wǎng)自動(dòng)化通信的“最后一公里”難題，最終建成從局端直達(dá)電力用戶(hù)的、電網(wǎng)公司自有的遠(yuǎn)程寬帶通信主干網(wǎng)絡(luò)，為現(xiàn)在和未來(lái)的電力調(diào)度自動(dòng)化和配網(wǎng)自動(dòng)化各種新項(xiàng)目的建設(shè)提供統(tǒng)一的通信平臺(tái)。

2.3 性能測(cè)試

與大多使用擴(kuò)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(shí)施上有很多類(lèi)似的地方，如借助電力線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)間免布線或少布線，但在通信機(jī)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(jī)碼的直序擴(kuò)頻方式，中心頻率270 kHz，可實(shí)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(gè)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(dá)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(hào)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(yǔ)

寬帶載波通信技術(shù)是一種適合分布式饋線自動(dòng)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(yùn)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(shí)又選擇了10 kV劉外線作為掛網(wǎng)試運(yùn)行線路，對(duì)架空線路實(shí)施帶電作業(yè)，完成了架空段的7個(gè)點(diǎn)的設(shè)備安裝，完成了10 kV外環(huán)路開(kāi)關(guān)站和10 kV劉家灣開(kāi)關(guān)站的站內(nèi)設(shè)備安裝，并進(jìn)行初步調(diào)試。

通過(guò)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(dòng)檢測(cè)，縮小停電范圍；快速實(shí)現(xiàn)非故障區(qū)的恢復(fù)供電。提高配網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，提高設(shè)備的利用率，降低運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，降低線損，最大限度地提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。減少和縮短設(shè)備檢修停電時(shí)間和范圍。優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和無(wú)功分配，提高整個(gè)配網(wǎng)的管理水平，利用技術(shù)手段改善用戶(hù)服務(wù)水平，改善故障時(shí)對(duì)用戶(hù)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(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。因此，各級(jí)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(xiàn)：

[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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[5] 陳臘元.國(guó)內(nèi)配網(wǎng)自動(dòng)化綜述[J].農(nóng)村電氣化，2004，（3）.

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

2.3 性能測(cè)試

與大多使用擴(kuò)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(shí)施上有很多類(lèi)似的地方，如借助電力線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)間免布線或少布線，但在通信機(jī)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(jī)碼的直序擴(kuò)頻方式，中心頻率270 kHz，可實(shí)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(gè)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(dá)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(hào)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(yǔ)

寬帶載波通信技術(shù)是一種適合分布式饋線自動(dòng)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(yùn)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(shí)又選擇了10 kV劉外線作為掛網(wǎng)試運(yùn)行線路，對(duì)架空線路實(shí)施帶電作業(yè)，完成了架空段的7個(gè)點(diǎn)的設(shè)備安裝，完成了10 kV外環(huán)路開(kāi)關(guān)站和10 kV劉家灣開(kāi)關(guān)站的站內(nèi)設(shè)備安裝，并進(jìn)行初步調(diào)試。

通過(guò)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(dòng)檢測(cè)，縮小停電范圍；快速實(shí)現(xiàn)非故障區(qū)的恢復(fù)供電。提高配網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，提高設(shè)備的利用率，降低運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，降低線損，最大限度地提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。減少和縮短設(shè)備檢修停電時(shí)間和范圍。優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和無(wú)功分配，提高整個(gè)配網(wǎng)的管理水平，利用技術(shù)手段改善用戶(hù)服務(wù)水平，改善故障時(shí)對(duì)用戶(hù)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(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。因此，各級(jí)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(xiàn)：

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[5] 陳臘元.國(guó)內(nèi)配網(wǎng)自動(dòng)化綜述[J].農(nóng)村電氣化，2004，（3）.

[6] 焦邵華，劉萬(wàn)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(dòng)化，2000，（25）.

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

2.3 性能測(cè)試

與大多使用擴(kuò)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(shí)施上有很多類(lèi)似的地方，如借助電力線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)間免布線或少布線，但在通信機(jī)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(jī)碼的直序擴(kuò)頻方式，中心頻率270 kHz，可實(shí)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(gè)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(dá)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(hào)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(yǔ)

寬帶載波通信技術(shù)是一種適合分布式饋線自動(dòng)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(yùn)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(shí)又選擇了10 kV劉外線作為掛網(wǎng)試運(yùn)行線路，對(duì)架空線路實(shí)施帶電作業(yè)，完成了架空段的7個(gè)點(diǎn)的設(shè)備安裝，完成了10 kV外環(huán)路開(kāi)關(guān)站和10 kV劉家灣開(kāi)關(guān)站的站內(nèi)設(shè)備安裝，并進(jìn)行初步調(diào)試。

通過(guò)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(dòng)檢測(cè)，縮小停電范圍；快速實(shí)現(xiàn)非故障區(qū)的恢復(fù)供電。提高配網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，提高設(shè)備的利用率，降低運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，降低線損，最大限度地提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。減少和縮短設(shè)備檢修停電時(shí)間和范圍。優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和無(wú)功分配，提高整個(gè)配網(wǎng)的管理水平，利用技術(shù)手段改善用戶(hù)服務(wù)水平，改善故障時(shí)對(duì)用戶(hù)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(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。因此，各級(jí)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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