寬帶載波通信在中壓配電網的應用

李忠+汪燕+鄧磊

摘 要：針對中壓配電網的特點，提出一種以配電網自身作為高速數據傳輸介質的寬帶載波通信技術，將中壓配電網轉變為一個高性能的數據傳輸骨干網。利用該技術無需對通信線路進行投資或對電網進行改造，只要在中壓電網的節點處（一般在開閉所、環網柜、配電室等處）安裝設備，即可低成本地實現配變用電需求側各類信息與控制系統的遠程寬帶通信，同時可以實現網絡數據、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中的主要通信方式，并列舉了其主要優缺點，將其分別和寬帶載波通信比較后，發現在目前的技術條件下，寬帶載波通信具有很大的優越性。在此基礎上，介紹了寬帶載波技術的發展歷程及其在中壓配電網中的具體應用與其性能測試。

關鍵詞：寬帶載波通信；中壓；配電網

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

國家電網公司正在全面建設以特高壓電網為骨干網架、各級電網協調發展為基礎、以信息化、自動化、互動化為特征的堅強智能電網，以全面提高電網的資源優化配置能力和電力系統的運行效率，保障安全、優質、可靠的電力供應。其中，智能配電網是直接面向社會和客戶的重要能源載體，是堅強智能電網的重要組成部分。智能配電網將具有更高的供電可靠性，更高的電網運行效率和資產利用效率，支持分布式電源接入和電動汽車等新的用電方式，實現與用戶互動并實現更高的能源使用效率。

然而，目前面臨的問題主要是：除了配電網架和設備依然比較薄弱外，對配電網的智能管理，包括用電負荷控制、電網運行監測、電能質量分析以及故障快速處理、靈活重構和自愈等配電自動化技術的應用，仍然是當前薄弱的環節，更難以實現對未來的各種分布式電源的兼容接入與統一控制。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備與線路運行的信息與控制系統，卻缺乏一條電力專有的、穩定可靠的、且具有足夠帶寬的遠程通信信道作為統一的通信平臺，來支撐對數量巨大且分散的各類系統終端運行數據的實時傳輸、檢測與控制。因此，在中壓配電網中亟需建立一條成本低廉、可靠性高的通信系統，確保我國智能電網的建設按照原計劃完成。

1 中壓配電網通信及寬帶載波現狀分析

在高壓輸電網側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中采用GPRS/CDMA等無線通信模式。雖然這種方式能夠實現較高的可靠性，但是由于缺少用戶側的數據導致整個通信系統在數據上是不完整的。

但是這些傳統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，目前尚不能廣泛應用；無線通信可靠性差，不適合在市區及多山地區使用；而中壓電力線寬帶載波通信技術以電力線本身作為通信媒介，不需另設通信通道，它的成功實施可改變10 kV變電站以下數據通信的現狀，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絡，一舉解決供電部門與遠動“最后一公里”的帶寬瓶頸問題，為現在和未來的各種電網管理新應用提供統一的通信平臺。

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，從而將中壓配電網轉換為一個高帶寬的通信網絡。由于該技術在物理層是利用電力線作為傳輸介質，而在MAC層和網絡層都遵循標準的以太網協議，因此可以與光纖、無線等寬帶以太網無縫連接。通過寬帶通信技術和其他通信技術的對比，我們不難發現，在當前的技術水平條件下，寬帶載波通信是最適合在中壓配電網絡中使用的通信方式。

目前國內中低壓寬帶載波的應用主要在10 kV電力線作為配電網自動化的數據傳輸通道和在380/220 V用戶電網作為集中遠方自動抄表系統的傳輸通道，還有正在開發并取得階段性成果的電力線上網高速Modem等。國外中壓配電線載波技術于20世紀80年代初期開始研究，10多年來發展很快，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中開閉器控制等。美國ABB公司生產的EMETCON負荷管理及配電自動化系統，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在配電網中開關控制方面的成就。

2 實際應用及性能測試

2.1 總體思路

中壓電力線寬帶載波通信技術則是利用了覆蓋范圍廣泛的中壓配電網作為高速數據傳輸介質，將中壓電網轉變為一個高性能的數據傳輸骨干網。利用該技術無需對通信線路進行投資或對電網進行改造，只要在中壓電網的節點處（一般在開閉所、環網柜、配電室等處）安裝設備，即可低成本地實現配變用電需求側各類信息與控制系統的遠程寬帶通信，同時可以實現網絡數據、控制和語音信號的傳輸。

中壓電力線寬帶載波通信技術的成功實施可改變10 kV變電站以下數據通信的現狀，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絡，一舉解決供電部門與遠動“最后一公里”的帶寬瓶頸問題，為現在和未來的各種電網管理新應用提供統一的通信平臺，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，國網資陽供電公司基于中壓電力線寬帶通信新技術在10 kV配電網的應用取得巨大的進步，為10 kV配電網的自動化通信提供了全新的解決方案?；诠饫w骨干網與中壓電力線寬帶通信的混合組網方式是一種穩定可靠、實用經濟的配網自動化通信一體化解決方案。

本方案提出的配網自動化中程通信建設思路是：在變電站端采用工業以太網交換機，將電力系統遠程光纖專網分配到各條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）技術把中壓線路作為高速數據傳輸介質，將中壓電網轉變為一個高性能的數據傳輸骨干網；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備，形成中壓電力線寬帶的各個網絡節點，進而接入變壓器端的各類信息與控制系統。對于少數節點之間距離過長、干擾過大等電力線寬帶通信無法克服的電網環境，采用光纖或無線通信技術作為輔助手段解決，從而形成混合寬帶網絡，實現網絡數據、視頻和控制信號的傳輸，從而徹底解決配網自動化通信的“最后一公里”難題，最終建成從局端直達電力用戶的、電網公司自有的遠程寬帶通信主干網絡，為現在和未來的電力調度自動化和配網自動化各種新項目的建設提供統一的通信平臺。

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用實施上有很多類似的地方，如借助電力線網絡實現通信節點間免布線或少布線，但在通信機制、通信協議、載波和調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9 600 bps的數據通信。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的物理層調制速率，相應的網絡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 語

寬帶載波通信技術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線為掛網試運行線路，研究了載波通信在中壓電纜輸電線路上的應用情況，以及CT取電模塊的穩定情況。同時又選擇了10 kV劉外線作為掛網試運行線路，對架空線路實施帶電作業，完成了架空段的7個點的設備安裝，完成了10 kV外環路開關站和10 kV劉家灣開關站的站內設備安裝，并進行初步調試。

通過本通信系統連接配網終端設備、主站系統后，我們發現寬帶載波技術在中壓配電網中的應用具有如下意義：提高供電可靠性；故障自動檢測，縮小停電范圍；快速實現非故障區的恢復供電。提高配網系統的運行經濟性，提高設備的利用率，降低運行維護費用，降低線損，最大限度地提高企業經濟效益。減少和縮短設備檢修停電時間和范圍。優化網絡結構和無功分配，提高整個配網的管理水平，利用技術手段改善用戶服務水平，改善故障時對用戶的應答能力。

在中壓配電網中大力推廣寬帶載波通信技術可以提高企業的現代化管理水平，提高供電企業的各項經濟技術指標。因此，各級電力企業應當支持該技術的推廣和應用。

參考文獻：

[1] 劉堯.寬帶載波技術在配電網監控中的應用[D].上海：上海交通大學，2008.

[2] 秦文化.基于電力線載波通信的數據傳輸系統研究與實現[D].濟南：山東大學，2012

[3] 劉東.配電自動化系統實驗[M].北京：中國電力出版社，2004.

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

[5] 陳臘元.國內配網自動化綜述[J].農村電氣化，2004，（3）.

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

[7] 劉健.韓國配電自動化的啟示[J].電力設備，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用實施上有很多類似的地方，如借助電力線網絡實現通信節點間免布線或少布線，但在通信機制、通信協議、載波和調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9 600 bps的數據通信。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的物理層調制速率，相應的網絡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 語

寬帶載波通信技術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線為掛網試運行線路，研究了載波通信在中壓電纜輸電線路上的應用情況，以及CT取電模塊的穩定情況。同時又選擇了10 kV劉外線作為掛網試運行線路，對架空線路實施帶電作業，完成了架空段的7個點的設備安裝，完成了10 kV外環路開關站和10 kV劉家灣開關站的站內設備安裝，并進行初步調試。

通過本通信系統連接配網終端設備、主站系統后，我們發現寬帶載波技術在中壓配電網中的應用具有如下意義：提高供電可靠性；故障自動檢測，縮小停電范圍；快速實現非故障區的恢復供電。提高配網系統的運行經濟性，提高設備的利用率，降低運行維護費用，降低線損，最大限度地提高企業經濟效益。減少和縮短設備檢修停電時間和范圍。優化網絡結構和無功分配，提高整個配網的管理水平，利用技術手段改善用戶服務水平，改善故障時對用戶的應答能力。

在中壓配電網中大力推廣寬帶載波通信技術可以提高企業的現代化管理水平，提高供電企業的各項經濟技術指標。因此，各級電力企業應當支持該技術的推廣和應用。

參考文獻：

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[3] 劉東.配電自動化系統實驗[M].北京：中國電力出版社，2004.

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[7] 劉健.韓國配電自動化的啟示[J].電力設備，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用實施上有很多類似的地方，如借助電力線網絡實現通信節點間免布線或少布線，但在通信機制、通信協議、載波和調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9 600 bps的數據通信。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的物理層調制速率，相應的網絡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 語

寬帶載波通信技術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線為掛網試運行線路，研究了載波通信在中壓電纜輸電線路上的應用情況，以及CT取電模塊的穩定情況。同時又選擇了10 kV劉外線作為掛網試運行線路，對架空線路實施帶電作業，完成了架空段的7個點的設備安裝，完成了10 kV外環路開關站和10 kV劉家灣開關站的站內設備安裝，并進行初步調試。

通過本通信系統連接配網終端設備、主站系統后，我們發現寬帶載波技術在中壓配電網中的應用具有如下意義：提高供電可靠性；故障自動檢測，縮小停電范圍；快速實現非故障區的恢復供電。提高配網系統的運行經濟性，提高設備的利用率，降低運行維護費用，降低線損，最大限度地提高企業經濟效益。減少和縮短設備檢修停電時間和范圍。優化網絡結構和無功分配，提高整個配網的管理水平，利用技術手段改善用戶服務水平，改善故障時對用戶的應答能力。

在中壓配電網中大力推廣寬帶載波通信技術可以提高企業的現代化管理水平，提高供電企業的各項經濟技術指標。因此，各級電力企業應當支持該技術的推廣和應用。

參考文獻：

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[7] 劉健.韓國配電自動化的啟示[J].電力設備，2004，（5）.