宽带载波通信在中压配电网的应用

李忠+汪燕+邓磊

摘 要：针对中压配电网的特点，提出一种以配电网自身作为高速数据传输介质的宽带载波通信技术，将中压配电网转变为一个高性能的数据传输骨干网。利用该技术无需对通信线路进行投资或对电网进行改造，只要在中压电网的节点处（一般在开闭所、环网柜、配电室等处）安装设备，即可低成本地实现配变用电需求侧各类信息与控制系统的远程宽带通信，同时可以实现网络数据、控制和语音信号的传输。文章首先简要介绍了目前我国配电网中的主要通信方式，并列举了其主要优缺点，将其分别和宽带载波通信比较后，发现在目前的技术条件下，宽带载波通信具有很大的优越性。在此基础上，介绍了宽带载波技术的发展历程及其在中压配电网中的具体应用与其性能测试。

关键词：宽带载波通信；中压；配电网

中图分类号：TM72 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）29-0049-02

国家电网公司正在全面建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展为基础、以信息化、自动化、互动化为特征的坚强智能电网，以全面提高电网的资源优化配置能力和电力系统的运行效率，保障安全、优质、可靠的电力供应。其中，智能配电网是直接面向社会和客户的重要能源载体，是坚强智能电网的重要组成部分。智能配电网将具有更高的供电可靠性，更高的电网运行效率和资产利用效率，支持分布式电源接入和电动汽车等新的用电方式，实现与用户互动并实现更高的能源使用效率。

然而，目前面临的问题主要是：除了配电网架和设备依然比较薄弱外，对配电网的智能管理，包括用电负荷控制、电网运行监测、电能质量分析以及故障快速处理、灵活重构和自愈等配电自动化技术的应用，仍然是当前薄弱的环节，更难以实现对未来的各种分布式电源的兼容接入与统一控制。其主要矛盾在于：虽然近年来配电部门新装了许多针对配电设备与线路运行的信息与控制系统，却缺乏一条电力专有的、稳定可靠的、且具有足够带宽的远程通信信道作为统一的通信平台，来支撑对数量巨大且分散的各类系统终端运行数据的实时传输、检测与控制。因此，在中压配电网中亟需建立一条成本低廉、可靠性高的通信系统，确保我国智能电网的建设按照原计划完成。

1 中压配电网通信及宽带载波现状分析

在高压输电网侧采用可靠性更高的光纤通信方式，在10 kV及以下等级的中低压系统中采用GPRS/CDMA等无线通信模式。虽然这种方式能够实现较高的可靠性，但是由于缺少用户侧的数据导致整个通信系统在数据上是不完整的。

但是这些传统的通信方式都有着各自的缺陷，如光纤可靠性高，但成本过高、安装施工不便，目前尚不能广泛应用；无线通信可靠性差，不适合在市区及多山地区使用；而中压电力线宽带载波通信技术以电力线本身作为通信媒介，不需另设通信通道，它的成功实施可改变10 kV变电站以下数据通信的现状，建立起从供电公司直达低压用户的端到端的完善的远程宽带通信网络，一举解决供电部门与远动“最后一公里”的带宽瓶颈问题，为现在和未来的各种电网管理新应用提供统一的通信平台。

中压电力线宽带载波通信是利用10 kV配电网作为信号的传输载体，通过将BPLC的宽带信号（物理速率200 ？赘）耦合在中压电力线上传输，从而将中压配电网转换为一个高带宽的通信网络。由于该技术在物理层是利用电力线作为传输介质，而在MAC层和网络层都遵循标准的以太网协议，因此可以与光纤、无线等宽带以太网无缝连接。通过宽带通信技术和其他通信技术的对比，我们不难发现，在当前的技术水平条件下，宽带载波通信是最适合在中压配电网络中使用的通信方式。

目前国内中低压宽带载波的应用主要在10 kV电力线作为配电网自动化的数据传输通道和在380/220 V用户电网作为集中远方自动抄表系统的传输通道，还有正在开发并取得阶段性成果的电力线上网高速Modem等。国外中压配电线载波技术于20世纪80年代初期开始研究，10多年来发展很快，在日本和美国，使用较多，主要用于负荷控制、用户集中抄表、无功补偿控制，故障指示远传和配电网中开闭器控制等。美国ABB公司生产的EMETCON负荷管理及配电自动化系统，在美国使用较为广泛，主要用于负荷控制。西班牙介绍了他们利用载波技术在配电网中开关控制方面的成就。

2 实际应用及性能测试

2.1 总体思路

中压电力线宽带载波通信技术则是利用了覆盖范围广泛的中压配电网作为高速数据传输介质，将中压电网转变为一个高性能的数据传输骨干网。利用该技术无需对通信线路进行投资或对电网进行改造，只要在中压电网的节点处（一般在开闭所、环网柜、配电室等处）安装设备，即可低成本地实现配变用电需求侧各类信息与控制系统的远程宽带通信，同时可以实现网络数据、控制和语音信号的传输。

中压电力线宽带载波通信技术的成功实施可改变10 kV变电站以下数据通信的现状，建立起从供电公司局端直达低压用户端的端到端的完善的远程宽带通信网络，一举解决供电部门与远动“最后一公里”的带宽瓶颈问题，为现在和未来的各种电网管理新应用提供统一的通信平台，宽带载波通信示意图如图1所示。

2.2 项目方案

针对上述问题，国网资阳供电公司基于中压电力线宽带通信新技术在10 kV配电网的应用取得巨大的进步，为10 kV配电网的自动化通信提供了全新的解决方案。基于光纤骨干网与中压电力线宽带通信的混合组网方式是一种稳定可靠、实用经济的配网自动化通信一体化解决方案。

本方案提出的配网自动化中程通信建设思路是：在变电站端采用工业以太网交换机，将电力系统远程光纤专网分配到各条10 kV中压馈线端，连接中压电力线宽带头端，通过中压电力线宽带通信（MV-PLC）技术把中压线路作为高速数据传输介质，将中压电网转变为一个高性能的数据传输骨干网；同时，在各条中压路径上的每台变压器端通过耦合和桥接接入电力线宽带中继或终端设备，形成中压电力线宽带的各个网络节点，进而接入变压器端的各类信息与控制系统。对于少数节点之间距离过长、干扰过大等电力线宽带通信无法克服的电网环境，采用光纤或无线通信技术作为辅助手段解决，从而形成混合宽带网络，实现网络数据、视频和控制信号的传输，从而彻底解决配网自动化通信的“最后一公里”难题，最终建成从局端直达电力用户的、电网公司自有的远程宽带通信主干网络，为现在和未来的电力调度自动化和配网自动化各种新项目的建设提供统一的通信平台。

2.3 性能测试

与大多使用扩频、跳频等通信方式的电力线窄带载波，电力线宽带方式在应用实施上有很多类似的地方，如借助电力线网络实现通信节点间免布线或少布线，但在通信机制、通信协议、载波和调制方式等方面具有巨大的差别，如图2所示。

如图3所示，窄带载波使用具有63位伪随机码的直序扩频方式，中心频率270 kHz，可实现9 600 bps的数据通信。如图3（a）、（b）所示，电力线宽带使用具有1 536个子载波的OFDM方式，载波频率为2～30 MHz，其频带利用率很高，可以达到最高200 Mbps的物理层调制速率，相应的网络TCP通信速率为75 Mbps。在不同信号衰减条件下，电力线宽带通信的性能如图4（a）、（b）所示。

3 结 语

宽带载波通信技术是一种适合分布式馈线自动化模式新的电力载波通信模式，作者选择在10 kV小刘I线为挂网试运行线路，研究了载波通信在中压电缆输电线路上的应用情况，以及CT取电模块的稳定情况。同时又选择了10 kV刘外线作为挂网试运行线路，对架空线路实施带电作业，完成了架空段的7个点的设备安装，完成了10 kV外环路开关站和10 kV刘家湾开关站的站内设备安装，并进行初步调试。

通过本通信系统连接配网终端设备、主站系统后，我们发现宽带载波技术在中压配电网中的应用具有如下意义：提高供电可靠性；故障自动检测，缩小停电范围；快速实现非故障区的恢复供电。提高配网系统的运行经济性，提高设备的利用率，降低运行维护费用，降低线损，最大限度地提高企业经济效益。减少和缩短设备检修停电时间和范围。优化网络结构和无功分配，提高整个配网的管理水平，利用技术手段改善用户服务水平，改善故障时对用户的应答能力。

在中压配电网中大力推广宽带载波通信技术可以提高企业的现代化管理水平，提高供电企业的各项经济技术指标。因此，各级电力企业应当支持该技术的推广和应用。

参考文献：

[1] 刘尧.宽带载波技术在配电网监控中的应用[D].上海：上海交通大学，2008.

[2] 秦文化.基于电力线载波通信的数据传输系统研究与实现[D].济南：山东大学，2012

[3] 刘东.配电自动化系统实验[M].北京：中国电力出版社，2004.

[4] 焦邵华，焦振有，刘万顺.配电网馈线系统保护原理及分析[J].电网技术，2002，（12）.

[5] 陈腊元.国内配网自动化综述[J].农村电气化，2004，（3）.

[6] 焦邵华，刘万顺，郑卫文，等.配电网载波通信的衰耗分析[J].电力系统自动化，2000，（25）.

[7] 刘健.韩国配电自动化的启示[J].电力设备，2004，（5）.

2.3 性能测试

与大多使用扩频、跳频等通信方式的电力线窄带载波，电力线宽带方式在应用实施上有很多类似的地方，如借助电力线网络实现通信节点间免布线或少布线，但在通信机制、通信协议、载波和调制方式等方面具有巨大的差别，如图2所示。

如图3所示，窄带载波使用具有63位伪随机码的直序扩频方式，中心频率270 kHz，可实现9 600 bps的数据通信。如图3（a）、（b）所示，电力线宽带使用具有1 536个子载波的OFDM方式，载波频率为2～30 MHz，其频带利用率很高，可以达到最高200 Mbps的物理层调制速率，相应的网络TCP通信速率为75 Mbps。在不同信号衰减条件下，电力线宽带通信的性能如图4（a）、（b）所示。

3 结 语

宽带载波通信技术是一种适合分布式馈线自动化模式新的电力载波通信模式，作者选择在10 kV小刘I线为挂网试运行线路，研究了载波通信在中压电缆输电线路上的应用情况，以及CT取电模块的稳定情况。同时又选择了10 kV刘外线作为挂网试运行线路，对架空线路实施带电作业，完成了架空段的7个点的设备安装，完成了10 kV外环路开关站和10 kV刘家湾开关站的站内设备安装，并进行初步调试。

通过本通信系统连接配网终端设备、主站系统后，我们发现宽带载波技术在中压配电网中的应用具有如下意义：提高供电可靠性；故障自动检测，缩小停电范围；快速实现非故障区的恢复供电。提高配网系统的运行经济性，提高设备的利用率，降低运行维护费用，降低线损，最大限度地提高企业经济效益。减少和缩短设备检修停电时间和范围。优化网络结构和无功分配，提高整个配网的管理水平，利用技术手段改善用户服务水平，改善故障时对用户的应答能力。

在中压配电网中大力推广宽带载波通信技术可以提高企业的现代化管理水平，提高供电企业的各项经济技术指标。因此，各级电力企业应当支持该技术的推广和应用。

参考文献：

[1] 刘尧.宽带载波技术在配电网监控中的应用[D].上海：上海交通大学，2008.

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[3] 刘东.配电自动化系统实验[M].北京：中国电力出版社，2004.

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[6] 焦邵华，刘万顺，郑卫文，等.配电网载波通信的衰耗分析[J].电力系统自动化，2000，（25）.

[7] 刘健.韩国配电自动化的启示[J].电力设备，2004，（5）.

2.3 性能测试

与大多使用扩频、跳频等通信方式的电力线窄带载波，电力线宽带方式在应用实施上有很多类似的地方，如借助电力线网络实现通信节点间免布线或少布线，但在通信机制、通信协议、载波和调制方式等方面具有巨大的差别，如图2所示。

如图3所示，窄带载波使用具有63位伪随机码的直序扩频方式，中心频率270 kHz，可实现9 600 bps的数据通信。如图3（a）、（b）所示，电力线宽带使用具有1 536个子载波的OFDM方式，载波频率为2～30 MHz，其频带利用率很高，可以达到最高200 Mbps的物理层调制速率，相应的网络TCP通信速率为75 Mbps。在不同信号衰减条件下，电力线宽带通信的性能如图4（a）、（b）所示。

3 结 语

宽带载波通信技术是一种适合分布式馈线自动化模式新的电力载波通信模式，作者选择在10 kV小刘I线为挂网试运行线路，研究了载波通信在中压电缆输电线路上的应用情况，以及CT取电模块的稳定情况。同时又选择了10 kV刘外线作为挂网试运行线路，对架空线路实施带电作业，完成了架空段的7个点的设备安装，完成了10 kV外环路开关站和10 kV刘家湾开关站的站内设备安装，并进行初步调试。

通过本通信系统连接配网终端设备、主站系统后，我们发现宽带载波技术在中压配电网中的应用具有如下意义：提高供电可靠性；故障自动检测，缩小停电范围；快速实现非故障区的恢复供电。提高配网系统的运行经济性，提高设备的利用率，降低运行维护费用，降低线损，最大限度地提高企业经济效益。减少和缩短设备检修停电时间和范围。优化网络结构和无功分配，提高整个配网的管理水平，利用技术手段改善用户服务水平，改善故障时对用户的应答能力。

在中压配电网中大力推广宽带载波通信技术可以提高企业的现代化管理水平，提高供电企业的各项经济技术指标。因此，各级电力企业应当支持该技术的推广和应用。

参考文献：

[1] 刘尧.宽带载波技术在配电网监控中的应用[D].上海：上海交通大学，2008.

[2] 秦文化.基于电力线载波通信的数据传输系统研究与实现[D].济南：山东大学，2012

[3] 刘东.配电自动化系统实验[M].北京：中国电力出版社，2004.

[4] 焦邵华，焦振有，刘万顺.配电网馈线系统保护原理及分析[J].电网技术，2002，（12）.

[5] 陈腊元.国内配网自动化综述[J].农村电气化，2004，（3）.

[6] 焦邵华，刘万顺，郑卫文，等.配电网载波通信的衰耗分析[J].电力系统自动化，2000，（25）.

[7] 刘健.韩国配电自动化的启示[J].电力设备，2004，（5）.