1引言 　　配電網(wǎng)自動(dòng)化是對(duì)配電網(wǎng)上的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)方實(shí)時(shí)監(jiān)控，控制及協(xié)調(diào)的一種自動(dòng)化系統(tǒng)?；谛畔⒓夹g(shù)的配電網(wǎng)自動(dòng)化關(guān)鍵在于以下三點(diǎn)：大量的智能終端，通信技術(shù)和豐富的后臺(tái)軟件。通信技術(shù)系統(tǒng)是其中的三大關(guān)鍵技術(shù)之一，配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)需要有效可靠的通信環(huán)節(jié)將后臺(tái)控制中心的命令傳遞到為數(shù)眾多的智能終端，同時(shí)將智能終端的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)回送到后臺(tái)控制中心。 　　具體說(shuō)來(lái)，通信系統(tǒng)在配電網(wǎng)自動(dòng)化中分為兩大層次：第一層次是主站—子站之間的主干網(wǎng)通信，在這一層中，可采用光纖、微波、擴(kuò)頻等通信手段，通過(guò)SDH光纖環(huán)網(wǎng)、專用數(shù)據(jù)網(wǎng)等傳輸配電信息。如果在主站—子站之間已存在通信網(wǎng)絡(luò)，則可以借助各種專用通信接入設(shè)備完成主站—子站之間的數(shù)據(jù)傳輸。第二層是子站—FTU、DTU之間的分支網(wǎng)通信，這是本文討論的主要內(nèi)容，在這一層面上，可供選擇的主要通信媒介有：雙絞線、光纖、載波。雙絞線數(shù)據(jù)傳輸速率不高，能保證一定的傳輸質(zhì)量（誤碼率特性能滿足要求），但需要敷設(shè)電纜通道，有一定的施工量；光纖傳輸數(shù)據(jù)速率高，誤碼率低、性能好，是一種高質(zhì)量的傳輸媒介，光纖代替雙絞線，成為子站—FTU、DTU之間的優(yōu)選傳輸媒介，已成為大家的一種共識(shí)。只是光纖傳輸系統(tǒng)在實(shí)用中需要鋪設(shè)光纜，除工程技術(shù)要求高之外，工程施工量較大。關(guān)于載波傳輸，電力輸電線是傳輸配電自動(dòng)化數(shù)據(jù)的天然網(wǎng)絡(luò)，利用載波調(diào)制技術(shù)完成FTU、DTU—配電子站之間的通信聯(lián)絡(luò)，首先解決了傳輸通道問(wèn)題，10kV配電線路遭人為破壞的概率會(huì)低于雙絞線和光纖，從這方面講，載波通道的可靠性和安全性要高于雙絞線和光纖。同時(shí)載波通信在35kV以上的電力系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，積累了大量的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，可作為配電網(wǎng)載波通信的有益借鑒。配電網(wǎng)自動(dòng)化的最終通信方式將是多種通信方式的混合應(yīng)用，尤其以光纖、載波為主。 　　同時(shí)，我們還應(yīng)當(dāng)看到配電系統(tǒng)的載波通信與以往的載波通信有很多不同，以下首先說(shuō)明配電載波通信中存在的技術(shù)問(wèn)題，然后介紹相應(yīng)的解決方法。 2配電網(wǎng)載波通信要解決的問(wèn)題 　　載波通信在電力系統(tǒng)的通信中有過(guò)很長(zhǎng)的發(fā)展歷史，在35kV以上的電力系統(tǒng)中有非常成熟的使用經(jīng)驗(yàn)。然而配電網(wǎng)載波通信與以往的載波通信又有很大的不同，這表現(xiàn)在： 　?。?） 通信方式不同?，F(xiàn)有的35kV以上的電力系統(tǒng)的載波通信實(shí)行的是點(diǎn)—點(diǎn)的通信方式，在通道兩側(cè)加裝有阻波器，載波通道有相對(duì)的獨(dú)立性，而配電網(wǎng)中的載波通信要完成配電子站—FTU、DTU之間的數(shù)據(jù)傳輸，出于通信成本的考慮，不會(huì)在配電網(wǎng)絡(luò)中加裝阻波器，只能采用點(diǎn)—多點(diǎn)的通信方式，這樣如果仍然采用傳統(tǒng)載波通信中的SSB（單邊帶抑制載波）、FSK（頻移鍵控）調(diào)制技術(shù)，其輸出功率要增大許多，通信成本及設(shè)備體積也會(huì)相應(yīng)地增大許多，這樣在工程實(shí)施中是很難接受的。 　?。?） 通道衰耗特性不同。實(shí)踐證明，通道衰耗與負(fù)荷有關(guān)，35kV以上的電力系統(tǒng)用電負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定，因此通道衰耗的變化量不是太劇烈，基本上可以視為不隨時(shí)間變化，而配電網(wǎng)中用電負(fù)荷在一天之中有很大的變化，這樣引起通道的衰耗值也會(huì)有較為劇烈的變化，這就要求通信設(shè)備有較寬的自動(dòng)增益控制能力。 （3） 線路情況不同。35kV以上的電力系統(tǒng)采用架空線的方式居多，地埋電纜的方式比較少，配電網(wǎng)系統(tǒng)中，既有架空線又有地埋電纜，還存在有架空線和地埋電纜混合敷設(shè)的情況，在架空線與地埋電纜的連接處，由于特性阻抗不一致，形成明顯的回波反射，這樣一是降低了傳輸效率，信號(hào)損失較大；二是回波反射在通道中形成駐波，給收信機(jī)的正確接收帶來(lái)很大的困難。 　?。?） 耦合方式不一樣。如圖1所示，35kV系統(tǒng)以上的載波通信通常采用單端耦合方式，即相-地耦合方式。而在圖2所示的在配電網(wǎng)載波通信中，如果聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)S3或分段開(kāi)關(guān)S1、S2斷開(kāi)，仍然要保持各FTU與配電子站之間的數(shù)據(jù)傳輸，應(yīng)采用圖2所示的雙端耦合方式，并且為保證在線路接地故障情況下，F(xiàn)TU—配電子站之間的正常通信，應(yīng)采用相—相耦合方式。在故障發(fā)生時(shí)，將相－相耦合轉(zhuǎn)為相－地耦合，雖然傳輸損耗有所增加，但仍能保證耦合通道暢通，或者采用后文中說(shuō)到的采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)解決。 　?。?）噪聲電平及干擾不一樣 　　配電網(wǎng)載波通道中背景噪聲實(shí)測(cè)為-50～-40dBm。在35kV以上的載波通道中，其背景噪聲依據(jù)《單邊帶電力線載波系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)則》（GB/T 14430-93）中推薦的噪聲電平建議值為［３］：  　　可見(jiàn)，配電網(wǎng)載波通道中的噪聲與35kV系統(tǒng)相差不多。但配電網(wǎng)載波通道中的脈沖干擾比35kV系統(tǒng)要頻繁，數(shù)值要高，原因是配電網(wǎng)系統(tǒng)接有高壓電動(dòng)機(jī)、中壓變頻器還有其它種類(lèi)各異的用電設(shè)備，高壓電動(dòng)機(jī)、中壓變頻器在工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很高的干擾脈沖，這些是設(shè)計(jì)配電載波設(shè)備時(shí)要認(rèn)真考慮的。 綜上所述，配電網(wǎng)載波通道的特點(diǎn)是：a）背景噪聲電平與35kV系統(tǒng)相差不多，脈沖干擾的頻繁次數(shù)及幅度值要高于35kV及以上的電力系統(tǒng)；b）傳輸距離不遠(yuǎn)，一般不超過(guò)10km,但通道分支多，與35kV以上的系統(tǒng)相比，同樣的傳輸距離，傳輸衰耗要高出很多，而且隨時(shí)間變化的特性比較明顯、通道衰落大；c）要考慮在通道故障情況下，信息的傳輸問(wèn)題。以下我們結(jié)合Siemens公司新開(kāi)發(fā)的配電網(wǎng)載波通信單元DCS-3000，介紹相關(guān)的技術(shù)及解決方案。 [b]3配電網(wǎng)載波通信技術(shù) [/b]　　3.1調(diào)制技術(shù) 　　如前所述，配電網(wǎng)載波通道中各種尖脈沖的干擾較多，是影響數(shù)據(jù)正確接收的主要因素之一，現(xiàn)有的載波通信技術(shù)采用SSB（單邊帶抑制載波）調(diào)制技術(shù)，F(xiàn)SK（頻移鍵控）調(diào)制技術(shù)，對(duì)尖脈沖的抑制能力有限。因此，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外許多廠商都在研究采用新的載波通信技術(shù)，以抑制尖脈沖的干擾。擴(kuò)頻調(diào)制和OFDM（正交頻分復(fù)用）就是其中有代表性的技術(shù)，擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)是將較低的數(shù)據(jù)調(diào)制到較寬的頻帶上，這樣它對(duì)尖脈沖有很好的抑制作用，雖然尖脈沖幅度大，但把它調(diào)制較寬的頻帶后，其所占的相對(duì)份量較小，在接收端很容易把它濾除掉，擴(kuò)頻調(diào)制方式對(duì)尖脈沖有較好的抑制能力，不足的是，配電網(wǎng)載波通道的高頻特性較差，可利用的有效頻帶限制在500kHz以下，這樣數(shù)據(jù)傳輸速率不可能太高，否則對(duì)尖脈沖的抑制能力也要相應(yīng)減弱。Siemens公司新研制的配電網(wǎng)通信單元DCS-3000采用OFDM（正交頻分復(fù)用）調(diào)制技術(shù)。它既能抑制尖脈沖的干擾，又有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率。OFDM系統(tǒng)的基本原理如圖3所示，將高速的串行數(shù)據(jù)fs轉(zhuǎn)變?yōu)镹個(gè)并行的低速子數(shù)據(jù)流，用N個(gè)子載波（f0、f1...fN-1）去調(diào)制（f0、f1...fN-1）這些低速的子數(shù)據(jù)流，f0、f1...fN-1是相互正交的。允許子載波的頻譜可以有部分重疊，這樣能有效地利用頻帶。 　　在接收端因?yàn)檫@些子載波是相互正交的，它們之間的影響最小，因此子通道之間串?dāng)_引起的誤碼也最小，OFDM把串行的碼元轉(zhuǎn)成并行的碼元經(jīng)正交調(diào)制后再在通道中并行傳輸，同SSB、FSK等單載波調(diào)制系統(tǒng)相比，在相同的傳輸速率fs下，子通道上因?yàn)閭鬏斔俾手挥衒s/N，每個(gè)碼元所占時(shí)間增大N倍，這樣可以很好地抑制尖脈沖干擾。因?yàn)榧饷}沖雖然幅度大，但其所占頻譜寬，單位頻帶內(nèi)所占有的能量少，相對(duì)于每個(gè)子信道f0、f1...fN-1其所具有的能量減小，這樣也就減小對(duì)解調(diào)輸出的影響；對(duì)窄帶脈沖干擾，它只能影響f0、f1...fN-1中的幾個(gè)子信道，不足以影響全部子信道，系統(tǒng)可以在這些受干擾的子通道上降低傳輸速率，或者暫時(shí)關(guān)閉這些子信道，可以克服窄帶脈沖干擾的影響。  　　同擴(kuò)頻調(diào)制相比，OFDM同樣具有抗尖脈沖及窄帶脈沖干擾的能力，并且在相同的傳輸速率下，OFDM所占用的帶寬比擴(kuò)頻調(diào)制要窄，這對(duì)頻帶資源只有500kHz的配電網(wǎng)載波通道而言是十分可貴的。但是OFDM的調(diào)制解調(diào)技術(shù)比較復(fù)雜，用DSP技術(shù)實(shí)現(xiàn)有一定的困難， Siemens公司采用ASIC技術(shù)制成專用芯片，同時(shí)還具有通道特性測(cè)試功能，通過(guò)測(cè)試分析指出哪些頻段適宜傳輸，這些都給技術(shù)實(shí)施帶來(lái)極大的方便。 　　3．2網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 　　配電網(wǎng)的載波通道分支較多，接入的設(shè)備也較多，阻抗不匹配嚴(yán)重，駐波情況明顯，通道衰耗、通道衰落較大。早期的配電網(wǎng)載波通信設(shè)備的研制，僅注重采用新的調(diào)制原理，以降低對(duì)信噪比的要求，增大輸出功率，以解決通道衰耗大的問(wèn)題，但實(shí)際的應(yīng)用效果并不好。配電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)化，將通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合在一起，給問(wèn)題的解決提出了一種新的途徑。 　　如圖2所示，如果配電子站的通信機(jī)與開(kāi)關(guān)S3的通信機(jī)距離較遠(yuǎn)，直接通信有困難，可以采用分段接力的方式，將傳給S3的信息。經(jīng)由S1、S2中繼后，再傳遞給S3處的通信機(jī)，這樣，既能有效地降低通信機(jī)的輸出功率，又能克服通道衰耗大、通道衰落帶來(lái)影響，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效傳輸，這種設(shè)想可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中令牌環(huán)局域網(wǎng)或令牌總線局域網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。顯然，使用令牌環(huán)或令牌總線技術(shù)，要求通信機(jī)應(yīng)有足夠高的傳輸速率，否則，中繼環(huán)節(jié)多時(shí)，整個(gè)通信時(shí)間會(huì)加大，會(huì)超過(guò)允許的時(shí)延范圍，滿足不了實(shí)時(shí)性的要求。Siemens DC-3000配電網(wǎng)載波通信單元，在占用同樣帶寬的情況下，具有較高的傳輸速率，具備了使用令牌環(huán)或令牌總線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的技術(shù)基礎(chǔ)。  　　前面說(shuō)過(guò)，配電網(wǎng)載波通信設(shè)備解決的主要問(wèn)題之一是，在加工相發(fā)生接地故障時(shí)，如何保證數(shù)據(jù)通道的暢通有兩種方法解決這個(gè)問(wèn)題：a、采用相—相耦合的方式，這樣在故障發(fā)生時(shí)將相—相耦合轉(zhuǎn)為相—地耦合，保證通道暢通。不足的是，在通信節(jié)點(diǎn)多，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大時(shí)，通信成本會(huì)有所提高。b、采用令牌環(huán)的方式解決，如果發(fā)生通道故障，可通過(guò)環(huán)路的另半邊路徑傳遞信息。Siemens-DCS3000配電網(wǎng)載波通信單元就采用這種方式。除此之外它還具有多種組網(wǎng)功能，如圖5～8所示，圖中BU為DCS-3000配電網(wǎng)載波通信單元。 4結(jié)束語(yǔ) 　　以上我們分析了配電網(wǎng)載波通道及配電網(wǎng)載波通信機(jī)的特殊性，從中可以看出采用新的調(diào)制原理，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是解決配電載波通信的有效途徑之一。Internet技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)“最后一公里接入”提出了越來(lái)越迫切的要求，配電網(wǎng)絡(luò)、低壓供電網(wǎng)絡(luò)是“最后一公里接入”的天然網(wǎng)絡(luò)，配電載波技術(shù)的發(fā)展，不僅為配電網(wǎng)自動(dòng)化帶來(lái)了便利，最終將為“最后一公里接入”作出貢獻(xiàn)。