浅谈载波技术在配电网自动化系统中的应用

浅谈载波技术在配电网自动化系统中的应用
【摘要】随着电力市场建设的展开和深入，用户供电可靠性和电网运行的经济性日益重要，需要对各类配电一次设备，包括馈线、开关、用户变等实施有效监控；对各种电量电费进行及时（分段）统计；对设备、人员实现动态管理，并对整个配电网络拓扑优化和重构，这些均涉及单元间（单元监控节点间、节点和控制中心间）数据通信。

从国外成功的应用实例来看，利用配电线实现载波通信具有实用性，是一种很有竞争力和推广潜力的配电网通信方式。

配电线载波虽然还有不少有待解决的问题，但具有很好的竞争力，有良好的发展前景。

【关键词】配电线载波；配电网自动化；通信
1.配电线载波通信
电力线载波通信在电力系统中有很长的应用历史和成熟的技术措施，但配电线载波通信（DLC）和电力系统原有的高压系统输电线载波通信（PLC）方式有很大的不同。

PLC一般是两点之间通过阻波器和结合滤波器上送和下载高频信号，传输目标明确、结构简单，而DLC则是一对多的通信方式，不设阻波器，通信信号在10kV及380V配电网络中传输，其上装设的任何一个通信节点都可以作为信号源和接收器，而变压器（配变和变电站变压器）则是信号的天然壁垒。

在实际系统中，由于配电中压系统常采用环网供电，开环运行方式，存在通信通道的开断点（常开开关处），这时，可采用跨接耦合设备的方式使通道对高频信号闭合。

利用同样的方法，中压配电网络的载波通信模式就相当于一个局域网。

在配变处加装信号集中器，汇总某一380V子系统的信息后，利用耦合设备跨接配变，可以和10kV系统构成通道，实现低压和中压系统的数据交换，这样，就可以形成完整的配电网通信网络。

2.DMS/DA采用DLC的技术难点讨论
2.1影响DLC通信质量的主要因素
2.1.1传输衰耗
类似于传统的载波通信，DLC传输衰耗和线路阻抗有关，尤其在一些支接较多的线路，阻抗较大，信号能量衰减较多。

DLC方式下，传输衰耗还表现为另一种形式，如在电缆线路上，信号有时加载在电缆屏蔽层上，而信号接受点接于某一相上，通过屏蔽层和电缆各相间的耦合关系，信号负载于该相上，但很大部分信号能量分散于其他各相，有些已通过接点注入大地。

这样，接收点的信号能量相对较弱。

另外，DLC通信方式是一对多通信，接收点接收到的能量只是信号输入的很小一部分，大部分能量分散到整个通信网中，对信号接收方而言，这也是一类衰耗，给通信带来不利影响。

2.1.2干扰
DLC通信的干扰源主要有三类：空间噪声，包括各类空间游移电磁波；信号在传输过程中，穿越不同介质或支接点所发生的回波干扰（信号反射和折射）；配电网所接各类设备及用户电器操作或运用时产生的大量脉冲杂音干扰。

通道传输速率和误码率是衡量通信质量的两个主要参数。

对通信系统而言，传输速率和误码率与干扰、传输衰耗有密切的关系。

在通道质量较好、符合误码率要求的前提下，通信速率可以适当提高。

反之，只能以降低传输速率来保证传输的质量（降低误码率）。

在早期的配电自动化系统中，传送的主要是开关变位及开关控制信号，要求有较高的可靠性（误码率<10-5），对实时性要求不高，一般可选取较低的传输速率（5~10bit/s）。

现在要求对配电设备进行实时监控和电费量等用户信息的汇总上送，通信速率要求较高，一般要达到kbit/s数量级，加之各节点的信息并行传输，对整个系统的传输能力要求更高，而电力线本身传输衰耗大、干扰多，采用DLC通信方式，制约了通信速率的进一步提高。

在实际系统中，传输衰耗和干扰对DLC通信产生的影响不是一个恒定值，随着系统结线、运行方式和气候的变化有较大的差别，特别是国内很多配电网接线采用中性点不接地方式，三相负荷不平衡，系统噪声的影响更为明显，这就要求通信设备对通道有较强的适应性。

2.1.3系统故障
配电网系统正常运行时，各局部信息量较平衡，一旦出现故障，系统在进行故障隔离和负荷转移时，局部数据量会瞬时加大，大量信息的上送会造成局部数据“滞胀”，通信不畅，从而造成系统运行的整体效率下降，严重时，甚至会影响配电网系统的控制功能，事故扩大，这就是传输的“瓶颈效应”，这一情况在DLC 通信方式中尤其棘手。

因为DLC的传输介质为电力线，当线路故障时，直接影响通信通道。

当线路断路时，通道的物理介质开断，信号只能从其他途径传输，造成局部信号的进一步“拥阻”，如果线路接地，则大量的信号能量将被大地吸收，某些局部和其他部分的通信可能无法继续。

只有较好地解决以上问题，DLC的实用性才能提高。

2.2改善DLC通信质量的措施
2.2.1就地控制方式
由于配电网自动化系统通信通道损坏或种种原因造成的通信局部中断不可避免，在DLC方式中更为明显，为保证其可靠性，在配电网发生故障时，一般采用离散控制模式，就地控制、远方遥控（中心）和人工辅助控制相结合，根据系统设计原理和各种控制方式的优越性来选择哪种方式为主，哪种为辅。

这样既可保证故障处理的时效性，优化故障处理效果，又可以减轻通信中断的影响。

2.2.2数字信号传输
采用数字信号作为传输量和传统的模拟信号传输方式相比有本质的区别，特别在DLC等传输衰耗较大的情况下。

用模拟信号传输信息，只能用于传输应答或握手信号的场合，如果用于传输具体的数值量，则由于传输衰耗，接收点和发信点的信号值将发生很大的变化。

因此，除光纤等传输衰耗非常低的传输方式外，在DMS/DA系统中很少采用模拟方式。

目前，数字式电力线载波机（DPLC）的开发已取得了实质性的进展。

2.2.3传输频率的选择
从国内外应用实例来看，载波频率一般选择范围下限为3~5kHz，上限为20~30kHz。

DLC传输衰耗和噪声干扰等是变数，为提高通信系统的兼容性，通信频率的选择可以采用变频（扩频）模式，但这给耦合设备提出了很高的要求，在有些情况下，还要加装阻波器，成本提高，维护工作也将加大，不利于DLC 的推广。

有些公司的产品采取多路信号并传的方式，在一个相对集中的频带内以不同的频率同时传输多路信号，互为补充，这样其实是牺牲总体传输速率来降低干扰影响。

3.DLC和配电网其他通信系统的对接
在实际的DMS/DA系统中，10kV和380V系统情况千差万别，完全采用DLC 方式既不现实又没有必要，因地制宜在各局部采用某种通信方式，然后再加以互连，是一种可行的方案。

各种通信通道构成一个完整的通信网，对各收发信装置而言，是“透明”的。

这样，某一单元监控设备只要和本地通信网以某一确定接口（包括硬件和软件规约）成功连接，就可以和任一节点进行通信。

在DMS/DA系统中设置地区中心，该中心可以实现各通信模式的互连。

在实际系统中，利用变电站相当此角色有其便利性。

首先，变电站本身就是一个输配电网络的节点，其作为区域中心符合系统逻辑；其次，变电站一般都有和调度相连的光纤环网，其通道资源主要提供给变电站自动化等系统使用，一般都有很大部分通道资源处于闲置状态，可提供给DMS/DA系统传输数据；第三，在变电站实现局部数据的汇总处理，可以方便地综合电源和负荷信息，实现负荷平衡，提高电力系统运行的经济性和可靠性。

10kV系统中的DLC信号可以经耦合设备后，通过串行口接入调度通信系统，反之，光纤传递的光信号也可以通过耦合设备进入DLC网络。

[科]
【参考文献】
［１］潘莹玉，董翔，高泽民.我国电力线载波通信的发展和现状[J].电力情报，2009,(4)：15-18.。