3 基于網絡化的配電載波

　　配電網自動化的關鍵在于通信，選擇通信方式應當適合我國配電網的具體情況。目前主要的通信方式包括光纖、載波、有線及無線方式，配電網自動化的最終通信方式將是多種通信方式的混合應用，尤其以光纖、載波為主。其中光纖通信得到廣泛認可，而網絡化配電載波以其良好的魯棒性、安全性、易于實現、投資較低等突出優點，在多種通信方式中倍受矚目。

　　3.1 電力線載波技術的發展

　　最初的電力線載波是為了傳輸高頻保護信號和話音信號設計的。它是基于線路兩端阻波器的點對點的通信。配電網節點眾多，這種點對點的通信方式不能滿足配電自動化的要求，因此配電載波將不再使用阻波器。第二代的載波技術基于擴頻原理，能夠在很低的信噪比情況下工作，具有很強的通信能力。最新一代的載波技術基于數字信號處理芯片（DSP），由于DSP具有強大的實時解碼功能，這種載波技術具有非常理想的通信能力。如今，基于DSP解碼的載波技術已經可以利用10kV配電線路作為計算機總線構成總線式網絡，稱為網絡化配電載波（NDLC）。采用NDLC技術，在10kV配網中的任一位置注入信號，都可以在同一10kV網絡中任意位置的節點正確接收。目前已有集成了這種載波技術的芯片問世。其發信功率不大于1w，典型的接收能力為-80dB.理論研究與試驗表明該技術是一項完全可行的、很有發展前途的新技術。

　　3.2 各類衰耗的估算

　　在大量仿真研究和現場試驗的基礎上，文獻[3]給出了配電載波的通道建模和對各類衰耗的估算，如表2所示：

　　對于以電纜線路為主的配電網，采用光纖通信實現配電自動化更為有利，對于以架空線路為主的配電網，網絡化配電載波具有突出優點。實際上，架空線很有可能與很短的電纜線路混合連接，如圖3所示。配電系統的節點間的最主要的通道衰耗來自變電站母線，包括變壓器的雜散電容、母線的對地電容、變電站的其他饋線等的影響。這里需要強調的是故障發生后，斷路器A斷開，在切除故障的同時使故障線路與變電站斷開，此時的通信衰耗將不受變電站的影響。

　　網絡化配電載波的通信節點在變電站的出線處由雙絞線與通信主站相連，因此饋線的出口保護動作不影響故障線路的FTU與變電站通信主站的通信。

　　3.3 網絡化配電載波在線路故障時的情況

　　當采用網絡化配電載波實現故障定位、故障隔離時必須考慮載波信號在故障線路上的傳輸情況。這是NDLC技術實用化的主要問題之一。對該問題的分析如下：

　　（1）在線路故障后，故障線路出口的保護動作，斷路器將線路與變電站斷開，載波信號不受變電站的影響。由于線路停電，線路上幾乎沒有了噪聲，這些都將有利于載波通信。

　　（2）由于10kV配電網的載波耦合設備與超高壓系統相比成本很低，價格便宜，完全可以采用相相耦合方式，相相耦合方式比相地耦合方式具有更高的可靠性，在單相接地時可以退化為相地耦合方式繼續工作，僅是在三相故障時需做特殊考慮。

　　（3）即使發生三相短路故障，如果故障使得載波通道中斷，在故障點后面的FTU不能與變電站主站通信，該節點將通過聯絡開關處的橋節點與對側系統聯系，橋節點的存在使得載波通信具有手拉手的雙路由。

　　（4）實際上，斷路器跳開后，絕大多數情況故障點的故障電弧熄滅，絕緣恢復，這對于不足1w的載波信號的衰耗很小。

　　3.4 網絡化配電載波的節點管理

　　配電網絡可以被視為天然的總線網，該總線上的每兩個節點都可以通信。但是，考慮到配電系統的節點眾多，節點的管理十分重要，下面討論通過節點管理提高網絡化配電載波的可靠性和可擴展性。

　　（1）面向對象的尋址

　　配電系統的每個節點都可以通過以下三個元素確定地址：域、子網和節點號。域對應于變電站，域內的子網對應于該變電站內的一條饋線，子網的節點則對應于該饋線上的各FTU.在圖1所示的手拉手環網中，當S3處于常開狀態時，節點B1、S1和S2屬于與變電站A相對應的域，而節點B2、S4和S5屬于與變電站B相對應的域。作為數字通信橋的聯絡節點如圖2所示，正常情況下，聯絡節點一側的節點“聽不到”另一側節點的聲音，屬于不同變電站的域之間互不

　　影響。僅當一個子網的某節點被其所在的變電站主站丟失或其他原因，諸如線路斷開、線路嚴重故障等，節點將通過橋節點向對側申請漫游。

　　定義每一條饋線的第一個節點為第一子站，該節點是這一子網的管理節點，它在作為該子網所有節點與變電站主站的路由的同時，還記憶了這些節點的基本信息，如節點地址、節點類型，這將大大有利于NDLC系統的可擴展性。

　　（2）自動設置中繼

　　當一個子網中的某節點遠離變電站時，變電站主站可能不能與該節點成功通信，這時主站可以通過下載定值，定義最近的節點為中繼節點，該節點將完成對通信不暢的節點的中繼轉發，這將大大提高了通信系統的可靠性。

　　（3）節點漫游

　　網絡化配電載波系統在運行中不斷進行自檢，一旦子網的第一子站發現該子網的某節點丟失，將向主站匯報，主站通過自動設置中繼試圖找回丟失了的節點，如仍未成功，被丟失的節點將主動向橋節點申請漫游，這一措施對于提高通信系統的可靠性十分有利。

　　3.5 網絡化數字載波的現場試驗

　　下面介紹在河北唐山某10kV電網進行的一次現場試驗。NDLC系統的通信功率為0.5w.配電網絡如圖3所示。

　　變電站有5條出線，即5個子網，圖中僅詳細給出試驗線路的接線。FTU分別裝在節點A、B、C、D和E處。A為第一子站，AB間距離為4km，中間包含兩段各為300m長的電纜，BC間距離為2km，中間包括一段200m長的電纜，CD、AE間的距離分別為3km和2.5km.利用表2中的結果估算的通道衰耗如表3所示：

　　表 3衰耗 （dB）

　　AB    43 AC    60 AD    72 AE    30噪聲    20~30

　　試驗中的通信報文的長度為20字節。分別在兩種情況下進行測試，一是在斷路器A閉合的情況下，存在變電站的母線衰耗和10kV系統的噪聲的干擾，測試結果見表4；二是在斷路器A斷開時，測試結果見表5.表4中只有AD間的通信是不理想的，AD間的距離為9km，這已接近10kV配電網的最大長度，并且中間包含三段電纜。當定義節點B為節點D中繼后，通信效果理想。而當斷路器A斷開后，如表5所示，在沒有中繼的情況下AD的通信也是理想的。

　　4 結論

　　信息技術的快速發展，為我國的大規模配電網改造使用更先進的自動化技術提供了強有力的支持。采用基于信息技術的配電網自動化系統將在很大程度上改善配電網的運行狀態，更好地實現資源的綜合利用。城市配電網建設應當在做好規劃的基礎上結合實際試點逐步實現。當前實施配電網自動化的關鍵是在實踐的基礎上開發出經濟的、可靠的、實用的配電網通信系統。光纖和配電載波將成為主要的通信方式，理論分析和試驗證明網絡化配電載波是可行的、可靠的、經濟的。