通信自動(dòng)化系統(tǒng)在配電網(wǎng)中的分析與應(yīng)用

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(hù)的中低壓電網(wǎng)，配電網(wǎng)的可靠性和安全性至關(guān)重要。“十一五”期間，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)城鄉(xiāng)居民生活水平不斷提高，對(duì)電力的需求和依賴(lài)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(guó)外較發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)外相比，我國(guó)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(duì)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。

1 配電網(wǎng)通信方式分析

1.1 OFDM調(diào)制技術(shù)

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(duì)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(guò)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)乃俾省＿M(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(guò)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)。

1.2 通信方式選擇

近些年來(lái)，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(chǎng)干擾，并可與電纜或架空線(xiàn)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(wú)線(xiàn)網(wǎng)通信方式

無(wú)線(xiàn)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(xiàn)路通信方式

配電線(xiàn)路通信方式是以配電網(wǎng)中線(xiàn)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(xiàn)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(jí)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)。

2 配電網(wǎng)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

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(jí)傳遞[4]。

1）在配電網(wǎng)主站和區(qū)域主站之間采用點(diǎn)對(duì)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(xiàn)的通信通道，其通信規(guī)約為：C60870-5-101，對(duì)于故障信息則采用半檢索的過(guò)程進(jìn)行處理。

在信息傳遞過(guò)程中有些信息是非常重要的，如配電網(wǎng)的故障信號(hào)，開(kāi)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

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 總體結(jié)構(gòu)

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(xiàn)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(xiàn)上進(jìn)行傳輸，每條饋線(xiàn)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

3.2 子系統(tǒng)信號(hào)調(diào)制分析

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(xiàn)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(lái)自電力的包信號(hào)通過(guò)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(guò) 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(xiàn)簡(jiǎn)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。

4 結(jié)論

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(guó)水利水電出版社, 2003.

[2] 胡鋼.對(duì)地區(qū)電力通信發(fā)展的幾點(diǎn)思考[J].湖北電力,2009(5).

[3] 古海濱,宋子強(qiáng),郝強(qiáng),王文潔.縣級(jí)配電網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)施設(shè)計(jì)方案[J].電力學(xué)報(bào), 2006(4).

[4] 胡憲澤.貴陽(yáng)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).