電力線中壓載波通信技術(shù)在用電信息采集系統(tǒng)中的運用

王 麟，魏 來，劉佳雪

（中國移動通信集團黑龍江有限公司齊齊哈爾分公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

電力線中壓載波通信技術(shù)在用電信息采集系統(tǒng)之中的應(yīng)用，結(jié)合現(xiàn)有電網(wǎng)線路進(jìn)行針對性的設(shè)計，保證了良好的適應(yīng)性。同時，在今后電力線中壓載波通信技術(shù)發(fā)展的過程中，具有更加全面的適應(yīng)性能，成為繼光纖通信技術(shù)、北斗衛(wèi)星通信技術(shù)之后的新興通信技術(shù)。

1 電力線中壓載波通信技術(shù)

電力線中壓載波通信技術(shù)作為利用載波信號進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屡d技術(shù)，主要利用10 kV電力線作為傳輸媒介。而且這種通信技術(shù)不需要架設(shè)新的通信線路，所以成本較低。電力線中壓載波通信技術(shù)主要的功能就是進(jìn)行數(shù)據(jù)信號傳輸，并且利用耦合器將電力線集中在電力線屏蔽層之中。從20世紀(jì)50年代開始，國外就已經(jīng)開始了關(guān)于中壓載波通信技術(shù)的應(yīng)用，但是由于技術(shù)條件的限制，當(dāng)時的傳輸速率并不理想，只達(dá)到10 bits以下。我國關(guān)于電力線中壓載波通信技術(shù)始于20世紀(jì)80年代，但是隨著10 kV電力線路快速發(fā)展，用電信息系統(tǒng)的逐步建設(shè)，90年代之后開始出現(xiàn)大規(guī)模的載波通信設(shè)備，不同的通信設(shè)備根據(jù)自身特點進(jìn)行電容耦合、低壓耦合等方式傳輸數(shù)據(jù)通信技術(shù)。并且在原來頻移鍵控（Frequency-Shift Keying，F(xiàn)SK）基礎(chǔ)之上拓展了調(diào)制方式。從目前來看，我國電力線中壓載波通信技術(shù)依然屬于窄帶調(diào)制設(shè)備，并且電力線中壓載波通信技術(shù)的應(yīng)用范圍也在不斷提升[1]。

2 中壓載波通信技術(shù)在用電信息采集系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 中壓配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

我國在利用中壓載波通信技術(shù)之前，主要采用電網(wǎng)光纖通信主干網(wǎng)的建設(shè)，但是在110 kV以及以下電壓等級的變電站覆蓋并不完善。而用電信息系統(tǒng)光纖通信方式利用變電站光纖主網(wǎng)以及近期投運的農(nóng)網(wǎng)光纖通信工程作為助力網(wǎng)絡(luò)。但是在廣大農(nóng)村地區(qū)，由于配電站分布分散、供電半徑較大，并且地勢條件惡劣，所以用電規(guī)模較小，光纖通信無法獲得良好的經(jīng)濟效益。

2.2 配網(wǎng)業(yè)務(wù)特點

目前配網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)可以分為遙信信息、遙測信息、遙控信息以及其他信息等。遙測信息進(jìn)行遠(yuǎn)距離的設(shè)備、電網(wǎng)運行狀態(tài)以及故障信息傳輸。遙測信息針對電力線路電壓、電流、功率等進(jìn)行數(shù)據(jù)計算。遙控信息可以根據(jù)系統(tǒng)控制中心下的各種控制命令進(jìn)行傳達(dá)。其他信息根據(jù)電能質(zhì)量等數(shù)據(jù)進(jìn)行計量。

2.3 電纜屏蔽耦合方式

中壓載波通信耦合影響信號傳輸速度以及配電網(wǎng)的穩(wěn)定，對于廣大農(nóng)村地區(qū)而言，載波通信耦合的方式非常實用，因為電感耦合裝置不會直接連接到電力線之中，而且在電纜溝、環(huán)網(wǎng)柜以及配電箱之中有效地進(jìn)行安裝。電感耦合的方式同時在電力線屏蔽層之中進(jìn)行耦合，也有效地利用磁環(huán)進(jìn)行絕緣電纜形成回路，保證載波信號的傳輸回路。利用這種間接耦合的方式也避免電力線直連的效果，并且根據(jù)電感耦合裝置的大小，可以選擇適合的體積，減少空間占用。電感耦合裝置的應(yīng)用可以促進(jìn)安全性與可靠性，保證電網(wǎng)運行的情況下安全安裝。在配網(wǎng)分支線路比較長的情況下，各個分支線路同時帶動大量載波通信設(shè)備，并且允許停電安裝，所以利用注入式電感耦合加強載波通信信號耦合的效果。

2.4 用電信息采集系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)

廣大農(nóng)村地區(qū)由于配電網(wǎng)絡(luò)用電信息采集系統(tǒng)將多條10 kV線路進(jìn)行連接，并且也將這些變電站作為子站進(jìn)行通信，作為各個系統(tǒng)的節(jié)點與主站連接，所以整個通信系統(tǒng)分為兩層結(jié)構(gòu)，包括通信主干網(wǎng)絡(luò)以及接入網(wǎng)絡(luò)。通信主干網(wǎng)絡(luò)的作用就是連接各個主干之間的通信；系統(tǒng)通信接入網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通信中斷設(shè)備與系統(tǒng)通信子站設(shè)備之間進(jìn)行連接。對于系統(tǒng)通信子站設(shè)備來說，必須有效地設(shè)置中繼節(jié)點來保證所有的信息都在通信中斷之前進(jìn)行匯集，然后針對這些信息進(jìn)行處理，保證了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男Ч崿F(xiàn)系統(tǒng)控制中心發(fā)出的各項控制與檢測。

2.5 電力線中壓載波通信技術(shù)選擇

對于電力線中壓載波通信來說，在農(nóng)村地區(qū)如果采用開關(guān)站以及綜合配電房的方式，必須利用電纜屏蔽層載波通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。通過將所有的信息采集到10 kV對應(yīng)的通信子站，將多個載波子網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集，利用現(xiàn)在所有的通信資源實現(xiàn)自動上傳、自動傳輸?shù)墓δ堋Ｍㄟ^根據(jù)配電系統(tǒng)的業(yè)務(wù)分區(qū)，保證了用電信息采集系統(tǒng)的控制集中實現(xiàn)，所以增強數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰Α哪壳皝砜矗秒娏€屏蔽層載波通信結(jié)構(gòu)之中的RS232以及RS485的兩種串口實現(xiàn)，但是由于兩種結(jié)構(gòu)不與現(xiàn)行的通信網(wǎng)絡(luò)兼容，所以必須通過子站進(jìn)行通信接口轉(zhuǎn)換，以便數(shù)據(jù)的快速傳輸[2]。

對于電力線中壓載波通信技術(shù)來說，子站與主站之間的通信信道可以利用一定的協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換。通信子站的載波設(shè)備由于采用串口通信方式進(jìn)行傳輸，所以主站之間的連接可以將串口數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，保證以太網(wǎng)數(shù)據(jù)與光纖網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行連接。并且通信子站設(shè)備中主站的信息從載波網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，載波子網(wǎng)的協(xié)議由101轉(zhuǎn)變?yōu)?04。透明信道主要利用了串口或者E1接口將信息傳輸?shù)焦饫w通信網(wǎng)絡(luò)之中，并且利用光纖通信專線網(wǎng)絡(luò)搭建專用通道。然后根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞綄?shù)據(jù)進(jìn)行采集，統(tǒng)一集中在主站進(jìn)行處理。通信子站的設(shè)備有效地將載波子網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總。而子站連接各個電站之間的通信技術(shù)包括兩種方式。首先可以通過主從方式進(jìn)行連接，例如，通過變電站10 kV饋線構(gòu)建來實現(xiàn)載波接入，并且主載波通信的管理對應(yīng)從波。這樣的方式就構(gòu)建以101規(guī)約的數(shù)據(jù)管理體系。目前來看，電力通信網(wǎng)絡(luò)的載波設(shè)備都采用主從方式。另一種方式就是對等方式。由于農(nóng)村地區(qū)面積比較大，并且配電站的分布零散，所以可以根據(jù)區(qū)域的方式進(jìn)行劃分，保證同一個區(qū)域內(nèi)的通信子站載波都處在一個結(jié)構(gòu)系統(tǒng)之中，所以各個配電站之間的相互通信都可以根據(jù)節(jié)點進(jìn)行接入。從目前來看，這種通信方式對于設(shè)備廠家的支持比較少，所以盡管目前該項技術(shù)比較成熟，但是相對來說還必須加大推廣的力度[3]。

2.6 用電信息系統(tǒng)中壓載波通信組網(wǎng)設(shè)計

在用電信息系統(tǒng)設(shè)計的過程中，電纜屏蔽層載波技術(shù)必須結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H特點進(jìn)行組網(wǎng)設(shè)計。首先，如果當(dāng)?shù)赝ｋ娛┕るy度復(fù)雜，不應(yīng)該采用電感耦合的方式，或者由于當(dāng)前對于信道設(shè)備的支持還缺乏成熟的技術(shù)，并且由于針對目前通信信道支持設(shè)備較少，很多方面的技術(shù)問題還不夠完善，必須選擇主從方式進(jìn)行通信連接。為了保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸效率，并且擴大信息容量，對于接入層的通信技術(shù)來說，必須采用一主多從的101規(guī)約。而針對配網(wǎng)骨干層來說，必須采用104規(guī)約進(jìn)行通信，這樣能提升現(xiàn)有光線網(wǎng)絡(luò)的利用效率，并且極大地提高各通信數(shù)據(jù)信道與系統(tǒng)主站之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣取Ｍ瑫r，電力線中壓載波通信技術(shù)在用電信息系統(tǒng)之中的運用也必須注意3個方面。首先，應(yīng)該根據(jù)載波設(shè)備的實際發(fā)射功率進(jìn)行發(fā)射，最佳的方案就是利用發(fā)射功率小的設(shè)備來提高傳輸距離與傳輸效率。另外，由于我國針對電力線載波通信技術(shù)的應(yīng)用最大發(fā)射功率必須在5 W以下，所以過高的發(fā)射功率很容易針對電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行產(chǎn)生干擾。載波通信設(shè)備組網(wǎng)設(shè)計受到電纜、線路運行、配電距離等多方面的影響，所以在載波通信組網(wǎng)設(shè)計的過程中，要根據(jù)實地情況進(jìn)行深入的分析，充分考慮多種因素的影響[4]。為此，組網(wǎng)過程中必須結(jié)合用電信息采集要求和范圍進(jìn)行充分的研究，將整個電力線重壓載波通信技術(shù)的應(yīng)用作為一個整體，提高中壓載波通信網(wǎng)絡(luò)的整體優(yōu)勢，將通信質(zhì)量提高到新的水平。

3 結(jié)語

伴隨著我國電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，對于用電信息系統(tǒng)的采集工作要求也隨之提高。從這一層面來看，必須加強用電信息采集系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。利用電力線中壓載波通信技術(shù)的方式，結(jié)合傳統(tǒng)的光纖網(wǎng)絡(luò)，在提高用電信息采集系統(tǒng)質(zhì)量的同時，更完善相關(guān)的通信系統(tǒng)運行狀況。電力線重壓載波通信技術(shù)的應(yīng)用，也減少設(shè)備運行與維護(hù)的成本，提高電力系統(tǒng)運行效益。

[參考文獻(xiàn)]

[1]王艷，薛晨，焦彥軍.中壓配電網(wǎng)靜動態(tài)中繼結(jié)合的分級分層電力線載波通信路由算法[J].電力自動化設(shè)備，2017（12）：8-15.

[2]劉偉麟，李建岐，陸陽，等.跨頻帶認(rèn)知電力線載波通信：核心思想、關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2016（5）：123-133.

[3]胡開文.基于Homeplug Green PHY的寬帶電力線載波通信單元的研究與實現(xiàn)[D].長沙：湖南大學(xué)，2016.

[4]同樂.基于電力線載波通信的遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)[D].天津：天津大學(xué)，2016.