羅紅

摘要：配電載波通信采用電力線作為傳輸介質(zhì)，將配電網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為載波信號，并通過耦合裝置將信號耦合到電力線上傳送到遠方，實現(xiàn)配電網(wǎng)數(shù)據(jù)通信功能。當前，載波通信在國內(nèi)很多城市都有著不同規(guī)模的應用。隨著無源光纖網(wǎng)絡通信（EPON）技術在配電自動化的成功應用，配電自動化系統(tǒng)對通信通道質(zhì)量提出了更高要求，載波通信技術須在現(xiàn)有基礎上有所創(chuàng)新和突破，提升各項通信技術指標，以滿足配電自動化系統(tǒng)的應用需求。

關鍵詞：配電載波;全雙工模式;ACPR；配電自動化隨著配電自動化技術發(fā)展，以主站或子站集中式為主要饋線自動化實現(xiàn)模式的應用，逐步轉(zhuǎn)向智能分布式、電壓-時間型等多種饋線自動化模式共同發(fā)展。通信網(wǎng)絡技術的發(fā)展，也使得配電自動化終端設備與主站系統(tǒng)之間的通信連接關系由過去的RS-232串行接口為主，發(fā)展為現(xiàn)在的以太網(wǎng)接口，通信規(guī)約則采用IEC104規(guī)約。無論采用何種饋線自動化模式，對通信速率、可靠性等指標的要求都有所提高，其中智能分布式饋線自動化還要求管轄區(qū)域內(nèi)的終端設備之間必須具備對等網(wǎng)通信的條件。配電載波通信技術必須順應這一發(fā)展趨勢來發(fā)展。

1配電載波組網(wǎng)方式現(xiàn)狀

以往受技術水平限制及當時的實際需求等因素影響，配電自動化項目對通信通道要求較為寬松，一主多從組網(wǎng)結構的半雙工載波通信通道足以滿足電力自動化“三遙”功能的需求。遠動通信中配電終端設備一般采用RS-232串行結構及非平衡IEC101規(guī)約即polling（輪詢問答）機制通信規(guī)約來實現(xiàn)基本“三遙”的監(jiān)控功能，甚至在配電變壓器監(jiān)測系統(tǒng)中往往一臺主載波機要與數(shù)十臺從載波機組成大規(guī)模配電載波通信網(wǎng)絡，輪詢周期長達數(shù)十分鐘。

隨著EPON通信技術大規(guī)模地應用，人們很自然地拿載波通信技術與之相比較，對載波通信方式有了更高的期望。智能配電網(wǎng)技術的發(fā)展方向?qū)νㄐ磐ǖ劳瑯犹岢隽烁咭?，如通信響應更迅速、通信速率和可靠性更高、支持配電網(wǎng)突發(fā)的信息主動發(fā)起上傳等。

半雙工載波通信中每一包數(shù)據(jù)幀的傳輸都要求收、發(fā)雙方進行信號相位同步，一般要耗費幾十到數(shù)百毫秒的導頻時間。配電自動化數(shù)據(jù)通信大多為50字節(jié)左右的短報文，在半雙工載波通信傳輸過程中，大部分時間消耗在建立通信鏈接的導頻階段，導頻時間已成為制約通信效率的最大障礙。

2窄帶全雙工載波通信技術的展望

采用頻分方式在電力線路信號傳輸媒介中劃分獨立的邏輯數(shù)據(jù)傳輸通道，載波機可以同時接收多路不同頻點的載波信號，接收載波信號的同時，能做到以不同頻點向外發(fā)送載波信號，載波信號的收、發(fā)過程相互間不受影響。上述功能是實現(xiàn)全雙工模式載波通信的基礎，新一代全雙工載波機具備了多個獨立的載波信號收、發(fā)通道，實現(xiàn)了更加靈活的組網(wǎng)應用。

有了全雙工模式的載波通信物理層的支持，配電載波通信技術的組網(wǎng)通信方式將會變的更加多樣化，功能更加豐富。

2.1 靈活多樣的通信組網(wǎng)方式

利用載波機多收多發(fā)的通道特性，可建立復雜的通信組網(wǎng)方式，可在一定范圍內(nèi)建立對等通信網(wǎng)絡。將它應用于分布式饋線自動化系統(tǒng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)DTU設備間的快速信息傳遞。如下圖中，四臺DTU設備利用載波通道進行對等通信，四臺載波機分別以50KH、58KH、66KH、74KH發(fā)送信號，每臺載波機的三個接收通道分別接收來自其他三臺載波機的信號。

2.2 中繼傳輸方式的革新

中繼轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時，無需對信號進行解碼，不要求一次性接收完整包數(shù)據(jù)后再做轉(zhuǎn)發(fā)處理，可以做到邊接信號收邊中繼轉(zhuǎn)發(fā)信號，中繼傳輸延時得到最大限度的減低。

2.3 網(wǎng)管功能實現(xiàn)更容易，且不會對正常通信業(yè)務造成影響

其中一個接收通道專用于接收網(wǎng)管數(shù)據(jù)，網(wǎng)管信息的發(fā)送信號與其他通信服務共享一個發(fā)信通道，網(wǎng)管數(shù)據(jù)傳輸時規(guī)定采用一個固定頻點載波信號進行數(shù)據(jù)收、發(fā)。獨立的網(wǎng)管數(shù)據(jù)傳輸通道不影響正常的配電網(wǎng)數(shù)據(jù)通信業(yè)務，是一種極為高效的通信網(wǎng)管解決方案。

2.4 實時在線的通信鏈接狀態(tài)，數(shù)據(jù)傳輸任務及時響應

通信初始鏈接時進行一次導頻同步，通信鏈路建立后長期保持鏈接狀態(tài)，配電載波智能化網(wǎng)管系統(tǒng)實時跟蹤通信鏈路狀況，一旦發(fā)生“掉線”，將迅速做出自動鏈接調(diào)整，尋求最優(yōu)化方案重新接入載波通信網(wǎng)，或在檢測到無法修復的通信故障時提供告警信息。

2.5 支持以太網(wǎng)協(xié)議數(shù)據(jù)包透明傳輸

載波機支持TCP/IP協(xié)議，配電終端設備通過以太網(wǎng)接口，利用載波通道，采用網(wǎng)絡IEC104規(guī)約向主站系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)接入。

2.6 支持大數(shù)據(jù)流傳輸

利用網(wǎng)管專用通道，在不影響正常載波通信情況下，對載波設備或配電終端設備進行遠程維護、遠程調(diào)試或遠程程序升級。

3關鍵技術的研發(fā)

3.1 多路收、發(fā)信號處理通道

多路獨立的信號接收通道，可同時接收并處理多路不同頻點的載波信號。具有一路或多路載波信號發(fā)送通道，載波機發(fā)送信號時不能影響來自遠方的載波信號接收。多路收、發(fā)信號處理過程中包括編碼、調(diào)制、濾波、解調(diào)、解碼、糾錯等，全部由數(shù)字信號處理芯片加以實現(xiàn)。收、發(fā)載波信號的頻點是可以人工設置，也可交給載波智能化網(wǎng)管系統(tǒng)自動設定。

3.2 載波信號耦合器的改進

從降低應用成本和安裝難度等方面考慮，全雙工配電載波機將仍然要采用一個信號耦合裝置，收、發(fā)信號是混合在一起的，進行通道分離后接收電路上的信號經(jīng)過自發(fā)信號抵消處理來削弱自發(fā)信號對信號接收通道的影響。

某些類型信號耦合裝置效率不高（如卡接式電感耦合器），主要原因是與載波設備收、發(fā)信號接口的電路設計不能完全匹配，存在嚴重的無功損耗，電力線路上卻無法獲得足夠強度的載波信號能量支持遠距離傳輸。配電載波通信信號耦合效率的提升關系到載波工作電源的能源利用率，更加符合節(jié)能環(huán)保要求，可顯著降低載波機功放單元的發(fā)熱，延長元器件使用壽命，減少因個別元器件老化引起的性能下降和通信故障。耦合效率得到改善后，信號傳輸距離更廣，可盡量避免采用中繼通信方式，減少通信時延，降低載波通信頻率資源開銷。

提升載波信號的耦合效率首先要對傳輸線特性進行全面分析，通過對載波通道物理傳輸媒介的分析，有助于了解載波信號在線路中的衰耗過程，如下圖所示電纜屏蔽層載波通道的傳輸線路模型。

考慮到傳輸線路存在小電感，損耗電阻，電纜與大地之間存在分布電容和漏電電阻（漏電電導，對于高頻信號，這些小的參數(shù)將影響顯著。我們假設單位長得分布電感為L0,單位長度的損耗電阻為R0,單位長的分布電容為C0,單位長度的漏電電導為G0（這些參數(shù)也可以結合具體幾號尺寸和環(huán)境的介電系數(shù)，建模獲得或通過測試獲得）,那么這條傳輸回路的模型可簡化為傳輸線模式如圖所示。

耦合器的磁芯繞組線圈等應看成功放電路的一部分整體分析，電路設計主要考慮避免功放電路中的高頻自激振蕩做無用功、減小勵磁電流帶來的無功損耗、采用高磁導率磁芯材料、阻抗匹配設計等方面。載波信號在傳輸線中要考慮到多徑衰落、駐波、回波損耗等傳輸特性造成的影響，需采取有效措施加以克服。

4結束語

融入了多項新技術的全雙工模式載波通信系統(tǒng)將成為光纖通信的重要補充。充分發(fā)揮其施工安裝方便、投資省、見效快、免維護、通信距離遠、可靠性高等優(yōu)點，非常適合應用于下列場景中：①光纖難以敷設到位的老城區(qū)；②光纖通道敷設盲點；③臨時性站點；④急于解決通信問題的新建站點；⑤未經(jīng)架空線入地改造的城市架空線路；⑥城鄉(xiāng)結合部等非重要負荷區(qū)域；⑦農(nóng)網(wǎng)遠距離架空線路等等場所提供數(shù)據(jù)接入服務；⑧處于軍事演習等特殊區(qū)域需要進行無線信號屏蔽的配電線路。隨著我國配電網(wǎng)建設步伐的加快，配電載波通信技術在促進配網(wǎng)自動化建造中將大有可為。

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