通信自动化系统在配电网中的分析与应用

刘 浩 杜 平

（陕西省地方电力（集团）有限公司生产技术部，西安 710061）

作为电力系统中直接面向用户的中低压电网，配电网的可靠性和安全性至关重要。“十一五”期间，随着我国经济的高速发展，我国城乡居民生活水平不断提高，对电力的需求和依赖也逐渐提高，主要表现在供电可靠性和电能质量上：城区供电可靠率通常应大于99.96%，其中重要城市中心地区应达到99.99%以上[1]。国外较发达国家和地区的供电可靠性可达到99.9999%，即一年只停电几分钟。与国外相比，我国仍存在较大差距。配电网中通信自动化系统主要负责配电网中终端与主站间信息和数据的传输，其对于配电网的可靠性具有重要影响。本文分析了通信自动化系统在配电网中的应用。

1 配电网通信方式分析

1.1 OFDM调制技术

作为一种高效的调制技术，OFDM技术的基本原理为分散数据流至多个子载波上，降低子载波的信号速率，进而提高了信号的抗衰落能力[2]。OFDM中有一半的子载波频谱是重叠的，这样就提高了频谱的利用率，对干扰码的影响进行了最大限度地消除。其基本实现方式如下：

假设一个周期内所传送的信号序列为：（d0,d1, …,dN−1），每个信号dn经过调制后为复信号dn=an+jbn，串行符号的间隔期为：Δt=1/fs，其中fs为信号传输的速率。进行串并转换后，分别进行N个子载波（f0,f1, …,fN−1）的调制，然后将这N个子载波将贯穿整个信道带宽，周期为从Δt至NΔt，相邻的子载波间的频率间隔为Δf=1/T。

用低通包络D(t)传输信号D(t)为

一个周期内有N个采样值，即：fs=N/T，令t=mΔt，用符号序列（d0,d1,…,dN−1）的Fourier变换为

OFDM的原理实现如图1所示。

图1 OFDM原理图

其中调制的主要作用是将串行的数据经过编码、D/A转换、傅里叶转换等在OFDM信号通道上进行输出，而解调的作用与此相反，其是将调制完成的信号恢复成原始的信号。

1.2 通信方式选择

近些年来，随着配电网通信技术的发展，配电网中的通信方式也日渐增多，主要包括以下几种[3]：

1）电缆的通信方式

采用电缆通信可以减小工程工作量和建设成本，但这种通信方式的频带较窄，抗干扰能力不足，且通信距离有限，在配电网中通常作为变电站的RTU进行通信连接。

2）光纤的通信方式

采用光纤通信可以增加通信容量，减小传输损耗，且其不受电磁场干扰，并可与电缆或架空线路一同敷设，但其缺点是维护成本较高，工程量大，安装较困难，通常用于市区繁华地段设备主干网的通信方式。

3）无线网通信方式

无线网通信方式是一种新型的通信方式，这种通信方式可靠性不高，不适用于高层建筑物较多，杂波干扰较大的地区。

4）配电线路通信方式

配电线路通信方式是以配电网中线路本身为传输媒介的，其优点是投资较小，覆盖面非常广，但其受配电线路的干扰性较强，通信可靠性较差。

从上面的分析中我们可以看出，各种配电网通信方式各具特点，应根据配电网的规模和要求，在不同层级间采用不同的通信反射。本文采用光纤的通信方式，基于OFDM调制技术，设计了通信自动化系统。

2 配电网通信系统结构分析

配电网的通信系统一般都采用分层结构，信息在各层间逐级传递[4]。

1）在配电网主站和区域主站之间采用点对点的通信通道，其通信规约为：IEC60870-5-101，当发生状态变化时，终端将发出状态变化量进行上报。

2）在区域主站和区域子站之间采用多点共线的通信通道，其通信规约为：C60870-5-101，对于故障信息则采用半检索的过程进行处理。

在信息传递过程中有些信息是非常重要的，如配电网的故障信号，开关的变位信息等，这些信息应具有较高的优先权，保证其传输的速度和质量。所采用的配电网FTU配置如图2所示。

图2 配电网FTU配置图

3 硬件设计

3.1 总体结构

整体结构由主站系统和（区域）子站系统两部分组成。

主站系统位于110kV变电站，主要是收集馈线上的区域子站和子站信息，根据预先设定的控制方法进行控制。其中主站系统包括主站终端，交换机和PC等。子站系统是由子站终端和FTU、DTIJ等共同组成的，配电终端的数据采用PowerPacke的形式在中压电力线上进行传输，每条馈线上的上最多可以配置63个通信子站，传输速率为6MbPs以上。主站和子站的配置图如图3所示。

图3 主站和子站配置图

3.2 子系统信号调制分析

子系统采用OFDM调制技术，将信号解调部分集中在电力线的 MAC上，采用HY型收发器以完成INTSIXI信号的收发，利用PowerPacket技术将以太网的包信号转换为电力的包信号，同时将来自电力的包信号通过MII传至主控制器。子站图如图4所示。

图4 子站图

其中 INTSIXI是选用 PHY模式的，通过 MII接口将其与主控制器进行连接。W90N740芯片内带MAC接口的控制器有两个，控制值分别为0和1，表1中为INTSIXI的MII接口定义。

表1 MII接口定义表

（续）

MII接口的信号定义明确，接线简单，通信质量良好，应用OFDM技术提高了配电网通信系统的速度和质量，保障配电网中信息和数据传送的准确性。

4 结论

安全可靠的通信自动化系统可以保障配电网信息和数据的稳定传输，使配网实现各种自动功能，经实践验证，本文基于OFDM调制技术所设计的通信自动化系统能够实现高速数据传输，有效保障数据传输的速度和质量，具有一定的大规模应用价值。

[1] 刘健,倪建立.配电自动化系统[M].北京:中国水利水电出版社, 2003.

[2] 胡钢.对地区电力通信发展的几点思考[J].湖北电力,2009(5).

[3] 古海滨,宋子强,郝强,王文洁.县级配电网自动化设施设计方案[J].电力学报, 2006(4).

[4] 胡宪泽.贵阳市北城区配电自动化的通信方案[J].电力系统通信, 2001(11).

[5] 刘承成.配电自动化系统通信方式的研究[J].安徽电力, 2009(1).