1引言 　　配電網自動化是對配電網上的設備進行遠方實時監控，控制及協調的一種自動化系統。基于信息技術的配電網自動化關鍵在于以下三點：大量的智能終端，通信技術和豐富的后臺軟件。通信技術系統是其中的三大關鍵技術之一，配電網自動化系統需要有效可靠的通信環節將后臺控制中心的命令傳遞到為數眾多的智能終端，同時將智能終端的實時數據回送到后臺控制中心。 　　具體說來，通信系統在配電網自動化中分為兩大層次：第一層次是主站—子站之間的主干網通信，在這一層中，可采用光纖、微波、擴頻等通信手段，通過SDH光纖環網、專用數據網等傳輸配電信息。如果在主站—子站之間已存在通信網絡，則可以借助各種專用通信接入設備完成主站—子站之間的數據傳輸。第二層是子站—FTU、DTU之間的分支網通信，這是本文討論的主要內容，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。雙絞線數據傳輸速率不高，能保證一定的傳輸質量（誤碼率特性能滿足要求），但需要敷設電纜通道，有一定的施工量；光纖傳輸數據速率高，誤碼率低、性能好，是一種高質量的傳輸媒介，光纖代替雙絞線，成為子站—FTU、DTU之間的優選傳輸媒介，已成為大家的一種共識。只是光纖傳輸系統在實用中需要鋪設光纜，除工程技術要求高之外，工程施工量較大。關于載波傳輸，電力輸電線是傳輸配電自動化數據的天然網絡，利用載波調制技術完成FTU、DTU—配電子站之間的通信聯絡，首先解決了傳輸通道問題，10kV配電線路遭人為破壞的概率會低于雙絞線和光纖，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。同時載波通信在35kV以上的電力系統得到了廣泛的應用，積累了大量的技術經驗，可作為配電網載波通信的有益借鑒。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。 　　同時，我們還應當看到配電系統的載波通信與以往的載波通信有很多不同，以下首先說明配電載波通信中存在的技術問題，然后介紹相應的解決方法。 2配電網載波通信要解決的問題 　　載波通信在電力系統的通信中有過很長的發展歷史，在35kV以上的電力系統中有非常成熟的使用經驗。然而配電網載波通信與以往的載波通信又有很大的不同，這表現在： 　　（1） 通信方式不同。現有的35kV以上的電力系統的載波通信實行的是點—點的通信方式，在通道兩側加裝有阻波器，載波通道有相對的獨立性，而配電網中的載波通信要完成配電子站—FTU、DTU之間的數據傳輸，出于通信成本的考慮，不會在配電網絡中加裝阻波器，只能采用點—多點的通信方式，這樣如果仍然采用傳統載波通信中的SSB（單邊帶抑制載波）、FSK（頻移鍵控）調制技術，其輸出功率要增大許多，通信成本及設備體積也會相應地增大許多，這樣在工程實施中是很難接受的。 　　（2） 通道衰耗特性不同。實踐證明，通道衰耗與負荷有關，35kV以上的電力系統用電負荷相對穩定，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間變化，而配電網中用電負荷在一天之中有很大的變化，這樣引起通道的衰耗值也會有較為劇烈的變化，這就要求通信設備有較寬的自動增益控制能力。 （3） 線路情況不同。35kV以上的電力系統采用架空線的方式居多，地埋電纜的方式比較少，配電網系統中，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，信號損失較大；二是回波反射在通道中形成駐波，給收信機的正確接收帶來很大的困難。 　　（4） 耦合方式不一樣。如圖1所示，35kV系統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所示的在配電網載波通信中，如果聯絡開關S3或分段開關S1、S2斷開，仍然要保持各FTU與配電子站之間的數據傳輸，應采用圖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，FTU—配電子站之間的正常通信，應采用相—相耦合方式。在故障發生時，將相－相耦合轉為相－地耦合，雖然傳輸損耗有所增加，但仍能保證耦合通道暢通，或者采用后文中說到的采用網絡技術解決。 　　（5）噪聲電平及干擾不一樣 　　配電網載波通道中背景噪聲實測為-50～-40dBm。在35kV以上的載波通道中，其背景噪聲依據《單邊帶電力線載波系統設計導則》（GB/T 14430-93）中推薦的噪聲電平建議值為［３］：  　　可見，配電網載波通道中的噪聲與35kV系統相差不多。但配電網載波通道中的脈沖干擾比35kV系統要頻繁，數值要高，原因是配電網系統接有高壓電動機、中壓變頻器還有其它種類各異的用電設備，高壓電動機、中壓變頻器在工作時，會產生很高的干擾脈沖，這些是設計配電載波設備時要認真考慮的。 綜上所述，配電網載波通道的特點是：a）背景噪聲電平與35kV系統相差不多，脈沖干擾的頻繁次數及幅度值要高于35kV及以上的電力系統；b）傳輸距離不遠，一般不超過10km,但通道分支多，與35kV以上的系統相比，同樣的傳輸距離，傳輸衰耗要高出很多，而且隨時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，信息的傳輸問題。以下我們結合Siemens公司新開發的配電網載波通信單元DCS-3000，介紹相關的技術及解決方案。 [b]3配電網載波通信技術 [/b]　　3.1調制技術 　　如前所述，配電網載波通道中各種尖脈沖的干擾較多，是影響數據正確接收的主要因素之一，現有的載波通信技術采用SSB（單邊帶抑制載波）調制技術，FSK（頻移鍵控）調制技術，對尖脈沖的抑制能力有限。因此，近年來國內外許多廠商都在研究采用新的載波通信技術，以抑制尖脈沖的干擾。擴頻調制和OFDM（正交頻分復用）就是其中有代表性的技術，擴頻調制技術是將較低的數據調制到較寬的頻帶上，這樣它對尖脈沖有很好的抑制作用，雖然尖脈沖幅度大，但把它調制較寬的頻帶后，其所占的相對份量較小，在接收端很容易把它濾除掉，擴頻調制方式對尖脈沖有較好的抑制能力，不足的是，配電網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，這樣數據傳輸速率不可能太高，否則對尖脈沖的抑制能力也要相應減弱。Siemens公司新研制的配電網通信單元DCS-3000采用OFDM（正交頻分復用）調制技術。它既能抑制尖脈沖的干擾，又有較高的數據傳輸速率。OFDM系統的基本原理如圖3所示，將高速的串行數據fs轉變為N個并行的低速子數據流，用N個子載波（f0、f1...fN-1）去調制（f0、f1...fN-1）這些低速的子數據流，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。 　　在接收端因為這些子載波是相互正交的，它們之間的影響最小，因此子通道之間串擾引起的誤碼也最小，OFDM把串行的碼元轉成并行的碼元經正交調制后再在通道中并行傳輸，同SSB、FSK等單載波調制系統相比，在相同的傳輸速率fs下，子通道上因為傳輸速率只有fs/N，每個碼元所占時間增大N倍，這樣可以很好地抑制尖脈沖干擾。因為尖脈沖雖然幅度大，但其所占頻譜寬，單位頻帶內所占有的能量少，相對于每個子信道f0、f1...fN-1其所具有的能量減小，這樣也就減小對解調輸出的影響；對窄帶脈沖干擾，它只能影響f0、f1...fN-1中的幾個子信道，不足以影響全部子信道，系統可以在這些受干擾的子通道上降低傳輸速率，或者暫時關閉這些子信道，可以克服窄帶脈沖干擾的影響。  　　同擴頻調制相比，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所占用的帶寬比擴頻調制要窄，這對頻帶資源只有500kHz的配電網載波通道而言是十分可貴的。但是OFDM的調制解調技術比較復雜，用DSP技術實現有一定的困難， Siemens公司采用ASIC技術制成專用芯片，同時還具有通道特性測試功能，通過測試分析指出哪些頻段適宜傳輸，這些都給技術實施帶來極大的方便。 　　3．2網絡技術 　　配電網的載波通道分支較多，接入的設備也較多，阻抗不匹配嚴重，駐波情況明顯，通道衰耗、通道衰落較大。早期的配電網載波通信設備的研制，僅注重采用新的調制原理，以降低對信噪比的要求，增大輸出功率，以解決通道衰耗大的問題，但實際的應用效果并不好。配電網通信網絡化，將通信技術與網絡技術結合在一起，給問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與開關S3的通信機距離較遠，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。經由S1、S2中繼后，再傳遞給S3處的通信機，這樣，既能有效地降低通信機的輸出功率，又能克服通道衰耗大、通道衰落帶來影響，實現數據的有效傳輸，這種設想可通過網絡技術中令牌環局域網或令牌總線局域網技術實現。顯然，使用令牌環或令牌總線技術，要求通信機應有足夠高的傳輸速率，否則，中繼環節多時，整個通信時間會加大，會超過允許的時延范圍，滿足不了實時性的要求。Siemens DC-3000配電網載波通信單元，在占用同樣帶寬的情況下，具有較高的傳輸速率，具備了使用令牌環或令牌總線網絡協議的技術基礎。  　　前面說過，配電網載波通信設備解決的主要問題之一是，在加工相發生接地故障時，如何保證數據通道的暢通有兩種方法解決這個問題：a、采用相—相耦合的方式，這樣在故障發生時將相—相耦合轉為相—地耦合，保證通道暢通。不足的是，在通信節點多，網絡規模大時，通信成本會有所提高。b、采用令牌環的方式解決，如果發生通道故障，可通過環路的另半邊路徑傳遞信息。Siemens-DCS3000配電網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功能，如圖5～8所示，圖中BU為DCS-3000配電網載波通信單元。 4結束語 　　以上我們分析了配電網載波通道及配電網載波通信機的特殊性，從中可以看出采用新的調制原理，結合網絡技術，是解決配電載波通信的有效途徑之一。Internet技術的快速發展，對“最后一公里接入”提出了越來越迫切的要求，配電網絡、低壓供電網絡是“最后一公里接入”的天然網絡，配電載波技術的發展，不僅為配電網自動化帶來了便利，最終將為“最后一公里接入”作出貢獻。