摘 要：利用配电网络传输配电自动化数据，一直是人们追求的目标，配电网载波通信与传统的载波通信有很大不同。在分析配电网载波通道及配电网通信机的特殊性之后，介绍了OFDM调制技术、令牌环技术在配电网通信中的应用，指出新的通信技术与网络技术结合是解决配电网数据传输的有效途径之一。
关键词： 配电网自动化; OFDM； 令牌环总线
1引言
配电网自动化是对配电网上的设备进行远方实时监控，控制及协调的一种自动化系统。基于信息技术的配电网自动化关键在于以下三点：大量的智能终端，通信技术和丰富的后台软件［１］。通信技术系统是其中的三大关键技术之一，配电网自动化系统需要有效可靠的通信环节将后台控制中心的命令传递到为数众多的智能终端，同时将智能终端的实时数据回送到后台控制中心。
具体说来，通信系统在配电网自动化中分为两大层次：第一层次是主站—子站之间的主干网通信，在这一层中，可采用光纤、微波、扩频等通信手段，通过SDH光纤环网、专用数据网等传输配电信息。如果在主站—子站之间已存在通信网络，则可以借助各种专用通信接入设备完成主站—子站之间的数据传输。第二层是子站—FTU、DTU之间的分支网通信，这是本文讨论的主要内容，在这一层面上，可供选择的主要通信媒介有：双绞线、光纤、载波。双绞线数据传输速率不高，能保证一定的传输质量（误码率特性能满足要求），但需要敷设电缆通道，有一定的施工量；光纤传输数据速率高，误码率低、性能好，是一种高质量的传输媒介，光纤代替双绞线，成为子站—FTU、DTU之间的优选传输媒介，已成为大家的一种共识。只是光纤传输系统在实用中需要铺设光缆，除工程技术要求高之外，工程施工量较大。关于载波传输，电力输电线是传输配电自动化数据的天然网络，利用载波调制技术完成FTU、DTU—配电子站之间的通信联络，首先解决了传输通道问题，10kV配电线路遭人为破坏的概率会低于双绞线和光纤，从这方面讲，载波通道的可靠性和安全性要高于双绞线和光纤。同时载波通信在35kV以上的电力系统得到了广泛的应用，积累了大量的技术经验，可作为配电网载波通信的有益借鉴。配电网自动化的最终通信方式将是多种通信方式的混合应用，尤其以光纤、载波为主［１］。
同时，我们还应当看到配电系统的载波通信与以往的载波通信有很多不同，以下首先说明配电载波通信中存在的技术问题，然后介绍相应的解决方法。
2配电网载波通信要解决的问题
载波通信在电力系统的通信中有过很长的发展历史，在35kV以上的电力系统中有非常成熟的使用经验。然而配电网载波通信与以往的载波通信又有很大的不同，这表现在：
（1） 通信方式不同。现有的35kV以上的电力系统的载波通信实行的是点—点的通信方式，在通道两侧加装有阻波器，载波通道有相对的独立性，而配电网中的载波通信要完成配电子站—FTU、DTU之间的数据传输，出于通信成本的考虑，不会在配电网络中加装阻波器，只能采用点—多点的通信方式，这样如果仍然采用传统载波通信中的SSB（单边带抑制载波）、FSK（频移键控）调制技术，其输出功率要增大许多，通信成本及设备体积也会相应地增大许多，这样在工程实施中是很难接受的。
（2） 通道衰耗特性不同。实践证明，通道衰耗与负荷有关，35kV以上的电力系统用电负荷相对稳定，因此通道衰耗的变化量不是太剧烈，基本上可以视为不随时间变化，而配电网中用电负荷在一天之中有很大的变化，这样引起通道的衰耗值也会有较为剧烈的变化，这就要求通信设备有较宽的自动增益控制能力。
（3） 线路情况不同。35kV以上的电力系统采用架空线的方式居多，地埋电缆的方式比较少，配电网系统中，既有架空线又有地埋电缆，还存在有架空线和地埋电缆混合敷设的情况，在架空线与地埋电缆的连接处，由于特性阻抗不一致，形成明显的回波反射，这样一是降低了传输效率，信号损失较大；二是回波反射在通道中形成驻波，给收信机的正确接收带来很大的困难。
（4） 耦合方式不一样。如图1所示，35kV系统以上的载波通信通常采用单端耦合方式，即相-地耦合方式。而在图2所示的在配电网载波通信中，如果联络开关S3或分段开关S1、S2断开，仍然要保持各FTU与配电子站之间的数据传输，应采用图2所示的双端耦合方式，并且为保证在线路接地故障情况下，FTU—配电子站之间的正常通信，应采用相—相耦合方式。在故障发生时，将相－相耦合转为相－地耦合，虽然传输损耗有所增加，但仍能保证耦合通道畅通，或者采用后文中说到的采用网络技术解决。
（5）噪声电平及干扰不一样
配电网载波通道中背景噪声实测为-50～-40dBm。在35kV以上的载波通道中，其背景噪声依据《单边带电力线载波系统设计导则》（GB/T 14430-93）中推荐的噪声电平建议值为［３］：
可见，配电网载波通道中的噪声与35kV系统相差不多。但配电网载波通道中的脉冲干扰比35kV系统要频繁，数值要高，原因是配电网系统接有高压电动机、中压变频器还有其它种类各异的用电设备，高压电动机、中压变频器在工作时，会产生很高的干扰脉冲，这些是设计配电载波设备时要认真考虑的。 综上所述，配电网载波通道的特点是：a)背景噪声电平与35kV系统相差不多，脉冲干扰的频繁次数及幅度值要高于35kV及以上的电力系统；b)传输距离不远，一般不超过10km,但通道分支多，与35kV以上的系统相比，同样的传输距离，传输衰耗要高出很多，而且随时间变化的特性比较明显、通道衰落大；c)要考虑在通道故障情况下，信息的传输问题。以下我们结合Siemens公司新开发的配电网载波通信单元DCS-3000，介绍相关的技术及解决方案。
3配电网载波通信技术
3.1调制技术
如前所述，配电网载波通道中各种尖脉冲的干扰较多，是影响数据正确接收的主要因素之一，现有的载波通信技术采用SSB（单边带抑制载波）调制技术，FSK（频移键控）调制技术，对尖脉冲的抑制能力有限。因此，近年来国内外许多厂商都在研究采用新的载波通信技术，以抑制尖脉冲的干扰。扩频调制和OFDM(正交频分复用)就是其中有代表性的技术，扩频调制技术是将较低的数据调制到较宽的频带上，这样它对尖脉冲有很好的抑制作用，虽然尖脉冲幅度大，但把它调制较宽的频带后，其所占的相对份量较小，在接收端很容易把它滤除掉，扩频调制方式对尖脉冲有较好的抑制能力，不足的是，配电网载波通道的高频特性较差，可利用的有效频带限制在500kHz以下，这样数据传输速率不可能太高，否则对尖脉冲的抑制能力也要相应减弱。Siemens公司新研制的配电网通信单元DCS-3000采用OFDM(正交频分复用)调制技术。它既能抑制尖脉冲的干扰，又有较高的数据传输速率。OFDM系统的基本原理如图3所示，将高速的串行数据fs转变为N个并行的低速子数据流，用N个子载波（f0、f1...fN-1）去调制(f0、f1...fN-1)这些低速的子数据流，f0、f1...fN-1是相互正交的。允许子载波的频谱可以有部分重叠，这样能有效地利用频带。
在接收端因为这些子载波是相互正交的，它们之间的影响最小，因此子通道之间串扰引起的
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本文关键字：通信技术 电力配电知识，电工技术 - 电力配电知识
