电力线中压载波通信技术在用电信息采集系统中的运用

王 麟，魏 来，刘佳雪

（中国移动通信集团黑龙江有限公司齐齐哈尔分公司，黑龙江 齐齐哈尔 161005）

电力线中压载波通信技术在用电信息采集系统之中的应用，结合现有电网线路进行针对性的设计，保证了良好的适应性。同时，在今后电力线中压载波通信技术发展的过程中，具有更加全面的适应性能，成为继光纤通信技术、北斗卫星通信技术之后的新兴通信技术。

1 电力线中压载波通信技术

电力线中压载波通信技术作为利用载波信号进行数据传输的新兴技术，主要利用10 kV电力线作为传输媒介。而且这种通信技术不需要架设新的通信线路，所以成本较低。电力线中压载波通信技术主要的功能就是进行数据信号传输，并且利用耦合器将电力线集中在电力线屏蔽层之中。从20世纪50年代开始，国外就已经开始了关于中压载波通信技术的应用，但是由于技术条件的限制，当时的传输速率并不理想，只达到10 bits以下。我国关于电力线中压载波通信技术始于20世纪80年代，但是随着10 kV电力线路快速发展，用电信息系统的逐步建设，90年代之后开始出现大规模的载波通信设备，不同的通信设备根据自身特点进行电容耦合、低压耦合等方式传输数据通信技术。并且在原来频移键控（Frequency-Shift Keying，FSK）基础之上拓展了调制方式。从目前来看，我国电力线中压载波通信技术依然属于窄带调制设备，并且电力线中压载波通信技术的应用范围也在不断提升[1]。

2 中压载波通信技术在用电信息采集系统中的应用

2.1 中压配电网络结构的通信网络建设

我国在利用中压载波通信技术之前，主要采用电网光纤通信主干网的建设，但是在110 kV以及以下电压等级的变电站覆盖并不完善。而用电信息系统光纤通信方式利用变电站光纤主网以及近期投运的农网光纤通信工程作为助力网络。但是在广大农村地区，由于配电站分布分散、供电半径较大，并且地势条件恶劣，所以用电规模较小，光纤通信无法获得良好的经济效益。

2.2 配网业务特点

目前配网用电信息采集系统可以分为遥信信息、遥测信息、遥控信息以及其他信息等。遥测信息进行远距离的设备、电网运行状态以及故障信息传输。遥测信息针对电力线路电压、电流、功率等进行数据计算。遥控信息可以根据系统控制中心下的各种控制命令进行传达。其他信息根据电能质量等数据进行计量。

2.3 电缆屏蔽耦合方式

中压载波通信耦合影响信号传输速度以及配电网的稳定，对于广大农村地区而言，载波通信耦合的方式非常实用，因为电感耦合装置不会直接连接到电力线之中，而且在电缆沟、环网柜以及配电箱之中有效地进行安装。电感耦合的方式同时在电力线屏蔽层之中进行耦合，也有效地利用磁环进行绝缘电缆形成回路，保证载波信号的传输回路。利用这种间接耦合的方式也避免电力线直连的效果，并且根据电感耦合装置的大小，可以选择适合的体积，减少空间占用。电感耦合装置的应用可以促进安全性与可靠性，保证电网运行的情况下安全安装。在配网分支线路比较长的情况下，各个分支线路同时带动大量载波通信设备，并且允许停电安装，所以利用注入式电感耦合加强载波通信信号耦合的效果。

2.4 用电信息采集系统通信结构

广大农村地区由于配电网络用电信息采集系统将多条10 kV线路进行连接，并且也将这些变电站作为子站进行通信，作为各个系统的节点与主站连接，所以整个通信系统分为两层结构，包括通信主干网络以及接入网络。通信主干网络的作用就是连接各个主干之间的通信；系统通信接入网络实现通信中断设备与系统通信子站设备之间进行连接。对于系统通信子站设备来说，必须有效地设置中继节点来保证所有的信息都在通信中断之前进行汇集，然后针对这些信息进行处理，保证了网络传输的效果。实现系统控制中心发出的各项控制与检测。

2.5 电力线中压载波通信技术选择

对于电力线中压载波通信来说，在农村地区如果采用开关站以及综合配电房的方式，必须利用电缆屏蔽层载波通信进行数据传输。通过将所有的信息采集到10 kV对应的通信子站，将多个载波子网数据进行汇集，利用现在所有的通信资源实现自动上传、自动传输的功能。通过根据配电系统的业务分区，保证了用电信息采集系统的控制集中实现，所以增强数据传输的能力。从目前来看，利用电力线屏蔽层载波通信结构之中的RS232以及RS485的两种串口实现，但是由于两种结构不与现行的通信网络兼容，所以必须通过子站进行通信接口转换，以便数据的快速传输[2]。

对于电力线中压载波通信技术来说，子站与主站之间的通信信道可以利用一定的协议进行转换。通信子站的载波设备由于采用串口通信方式进行传输，所以主站之间的连接可以将串口数据进行转换，保证以太网数据与光纤网络通信进行连接。并且通信子站设备中主站的信息从载波网络数据进行汇总，载波子网的协议由101转变为104。透明信道主要利用了串口或者E1接口将信息传输到光纤通信网络之中，并且利用光纤通信专线网络搭建专用通道。然后根据数据传输的方式将数据进行采集，统一集中在主站进行处理。通信子站的设备有效地将载波子网数据进行汇总。而子站连接各个电站之间的通信技术包括两种方式。首先可以通过主从方式进行连接，例如，通过变电站10 kV馈线构建来实现载波接入，并且主载波通信的管理对应从波。这样的方式就构建以101规约的数据管理体系。目前来看，电力通信网络的载波设备都采用主从方式。另一种方式就是对等方式。由于农村地区面积比较大，并且配电站的分布零散，所以可以根据区域的方式进行划分，保证同一个区域内的通信子站载波都处在一个结构系统之中，所以各个配电站之间的相互通信都可以根据节点进行接入。从目前来看，这种通信方式对于设备厂家的支持比较少，所以尽管目前该项技术比较成熟，但是相对来说还必须加大推广的力度[3]。

2.6 用电信息系统中压载波通信组网设计

在用电信息系统设计的过程中，电缆屏蔽层载波技术必须结合当地实际特点进行组网设计。首先，如果当地停电施工难度复杂，不应该采用电感耦合的方式，或者由于当前对于信道设备的支持还缺乏成熟的技术，并且由于针对目前通信信道支持设备较少，很多方面的技术问题还不够完善，必须选择主从方式进行通信连接。为了保证系统数据传输效率，并且扩大信息容量，对于接入层的通信技术来说，必须采用一主多从的101规约。而针对配网骨干层来说，必须采用104规约进行通信，这样能提升现有光线网络的利用效率，并且极大地提高各通信数据信道与系统主站之间数据传输的速度。同时，电力线中压载波通信技术在用电信息系统之中的运用也必须注意3个方面。首先，应该根据载波设备的实际发射功率进行发射，最佳的方案就是利用发射功率小的设备来提高传输距离与传输效率。另外，由于我国针对电力线载波通信技术的应用最大发射功率必须在5 W以下，所以过高的发射功率很容易针对电网系统的稳定运行产生干扰。载波通信设备组网设计受到电缆、线路运行、配电距离等多方面的影响，所以在载波通信组网设计的过程中，要根据实地情况进行深入的分析，充分考虑多种因素的影响[4]。为此，组网过程中必须结合用电信息采集要求和范围进行充分的研究，将整个电力线重压载波通信技术的应用作为一个整体，提高中压载波通信网络的整体优势，将通信质量提高到新的水平。

3 结语

伴随着我国电力系统的快速发展，对于用电信息系统的采集工作要求也随之提高。从这一层面来看，必须加强用电信息采集系统的稳定运行。利用电力线中压载波通信技术的方式，结合传统的光纤网络，在提高用电信息采集系统质量的同时，更完善相关的通信系统运行状况。电力线重压载波通信技术的应用，也减少设备运行与维护的成本，提高电力系统运行效益。

[参考文献]

[1]王艳，薛晨，焦彦军.中压配电网静动态中继结合的分级分层电力线载波通信路由算法[J].电力自动化设备，2017（12）：8-15.

[2]刘伟麟，李建岐，陆阳，等.跨频带认知电力线载波通信：核心思想、关键技术与应用[J].南方电网技术，2016（5）：123-133.

[3]胡开文.基于Homeplug Green PHY的宽带电力线载波通信单元的研究与实现[D].长沙：湖南大学，2016.

[4]同乐.基于电力线载波通信的远程自动抄表系统的设计和实现[D].天津：天津大学，2016.