具有高可靠性的網絡化配電載波系統的研究與實現摘要：本文介紹了新一代電力線載波技術——基于DSP解碼的網絡化配電載波（NDLC）技術，介紹了華北電力大學四方研究所在這方面的工作。文章討論了配電載波的特點，分析了NDLC系統的可靠性，提出了提高NDLC系統可靠性的措施及NDLC系統的組網原則，指出經過特殊配置的NDLC系統是可靠的，完全適用于配電自動化的饋線自動化控制功能。NDLC在10kV實際系統的試驗運行驗證了以上分析的正確性。關鍵字：網絡化配電載波配電自動化通信1

引言配電系統綜合自動化是在信息化的基礎上，將配電系統在線數據和離線數據、配電網數據和用戶數據、電網結構和地理圖形進行信息集成，構成完整的自動化系統，實現配電網及其設備正常運行及事故狀態下的監測、保護、控制及用電和配電管理的自動化，最終實現以大幅度提高供電可靠性、改善電能質量為目標的對配電系統的在線的、準實時的閉環控制。配電系統的測控終端單元（FTU）在實現配電網保護的同時具有更強大的測量功能，它是饋線保護與RTU的綜合，是具有更高信息化程度的饋線保護，FTU實現配電系統的信息采集，配電網通信實現配電系統的信息匯總。通信是配電自動化的關鍵，也是配電自動化的核心[1]。配電運行、管理功能的綜合優化的實現建立在配電系統通信的基礎上。光纖通信可靠性高，抗干擾能力強，不受環境條件的影響，可作為語言、數據、圖象的傳輸。但成本較高，靈活性差，當線路沒有預先鋪設的光纖時需要另行鋪設，當線路結構變化時光纖通道也需變動。無線通信廣泛地被應用于許多行業，但對于高樓林立的城市配網，這種無線通信的接收信號會受到波傳輸的影響（繞射能力差），因此往往出現在城市中應用效果不佳的現象。音頻有線通信是一種較為經濟實用的方式，對通信的布設及各通信端的連接無特殊要求，與光纖相比造價低，易于實施，但容易受環境的影響，尤其是與高壓線路同桿共架時高壓對通信線的干擾較大[2]。配電載波通信集功率通道和通信通道、能量流與信息流于一體，不受配網結構變化的影響，尤其是基于網絡的配電載波支持自由拓撲，具有極大的靈活性，基本不需維護，施工方便快捷，成本較低，通信速率較高，非常適合于中國城網改造的具體情況，是很有前途的配電自動化通信方式。配電系統線路多分支，多變壓器及柱上開關可能出現的斷點以及線路故障使得配網載波面臨許多新問題。其中主要的問題是DLC的可靠性。針對這一問題，華北電力大學四方研究所進行了較深入的研究，經過試驗研究與理論分析，目前這些問題基本上得到了澄清和解決，認為網絡化的配電載波（NDLC）是完全可以滿足配電自動化的要求的。2

電力線載波技術的發展電力線載波通信（Power

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Carrier）是電力系統通信的一種主要方式，它始于二十世紀三十年代，至今仍為高壓線路的主要通信方式之一。今天作為高壓/超高壓線路的主保護的高頻保護以高壓線路載波(Transmission

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Carrier)為基本通道，TLC能夠在線路故障的情況下可靠工作，并且確保了高頻保護在通道問題上的可靠性。九十年代，隨著信息產業的發展，西方的科技人員正在努力把PLC應用于Internet，使它成為通信高速公路的主要組成部分之一。在TLC技術逐步成熟的同時，配電載波（Distribution

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Carrier）技術也越來越廣受青睞，DLC更易于與現代通信技術、測控技術、網絡技術相配合。與TLC相比，DLC具有更加廣闊喜人的應用前景，尤其是在九十年代末期DLC在技術上、原理上得到重大突破，成為新型的通信熱點之一。九十年代末期，世界上幾家半導體通訊公司先后推出基于電力線的通信網絡，該技術正在快速發展，性能及技術正在向以太網逼近。這使得DLC在民用領域、工業控制領域的應用前景極其鼓舞人心。DLC的技術主要經歷了基于鎖相環的窄帶DLC、基于電力擴頻的DLC、基于DSP解碼的窄帶網絡化配電載波（Network

of

Distribution

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Carrier—NDLC）三個發展階段。3

配電網載波通信的特點配電自動化是以計算機網絡技術和現代通信技術為基礎，它對配電載波要求與傳統的高壓電力線載波技術有著本質區別。傳統的高壓線路載波技術以實現長距離的兩點通信為目標，為此，在線路兩端加設阻波器，在防止區內信號泄漏的同時也避免區外信號及噪聲進入本區段。這種點對點的封閉式的通信不適合配電網保護及自動化的要求。配電載波通信的理想模式應當是開放式的計算機網絡通信。它以配電網的智能控制裝置為網絡節點，利用配電線路固有的拓樸結構構成總線網進行通信，是一種基于計算機網絡的數字載波技術。這一區別主要表現在配電自動化的載波通信在全網不加設阻波器。因為阻波器的存在將成為配電載波網絡化的主要障礙。無阻波器后對通信增加了很多難點。如線路波阻抗不定；配電網分支、T接太多太亂；信號在整個中壓電網上亂串；中壓電網的干擾不受阻擋地進入通信通道。只要針對配網載波通信的特點分析其通道衰耗特性，并采取相應的特殊措施，提高載波通信的可靠性。網絡化的配電載波是可以滿足配電網保護及自動化的要求的。4

提高NDLC可靠性的措施4.1

NDLC的通道衰耗[3]由于NDLC不采用阻波器，NDLC的信號可能出現的衰耗有以下幾部分：兩個通信節點的終端衰耗，變電站的介入衰耗，分支線路的分支衰耗，10kV/0.4kV配電變壓器的泄漏衰耗，電力線的線路衰耗，通信橋路的橋路衰耗，不同傳輸介質的折射衰耗，線路故障時的故障附加衰耗，惡劣天氣下的天氣附加衰耗等。其中，變電站的介入衰耗是配電網載波的一種主要衰耗，一般可達10~20dB，變電站出線越多其介入衰耗越大；線路衰耗很小，甚至可以忽略，配電變壓器的泄漏衰耗、分支線路的分支衰耗及折射衰耗與其數量有關，可以準確估計[3]。4.2

線路開口的處理配電網運行中，負荷開關、聯絡開關斷開后將導致載波信號傳輸的高頻通道出現開口。對這種情況的處理一般采用搭橋方式。圖1（a）是模擬橋，它可以直接構成高頻通道；圖1（b）是數字橋，它是通過一個節點對接收到的信號進行有選擇性的中繼實現傳輸的，它的另一個優點是可以通過軟件控制載波節點通信的范圍，這一點對于通信系統對節點進行管理是非常必要的。4.3

線路故障時NDLC的可靠性分析在配電線路故障時的NDLC的可靠性分析是確保NDLC可靠性的前提。表1列出在不同耦合方式下的不同故障類型的模傳輸過程的故障分析及通道的故障附加衰耗分析。比較單相耦合方式和兩相耦合方式，顯然兩相耦合方式的傳輸效率高于單相耦合方式，尤其是當線路發生單相接地后，兩相耦合可以退化為單相耦合，不存在單相耦合中當故障點距離發信節點很近時通道衰耗極大的情況，因此兩相耦合方式在充分考慮各種衰耗情況下，完全可能具有高度可靠性，非常適用于饋線自動化的故障隔離與恢復供電。然而對于配電網保護而言，故障隔離、恢復供電都是在線路出口的饋線保護切除故障的情況下進行的，可以得出一下幾點結論：(1)絕大多數情況下，故障附加衰耗是很小的。線路停電后，故障點的絕緣恢復，對于傳輸功率不足1W的NDLC信號沒有什么影響。只有當短路點在線路停電后仍未恢復絕緣時故障附加衰耗才較大。(2)變電站的介入衰耗是十分可觀的。當線路故障后（大電流故障），線路與變電站斷開，該項衰耗為零，這將有利于NDLC的可靠通信。直聞穗(3話)狠信噪比是衡量柳通信的接收能爭力的重要指標侮。當線路噪聲意很大時某，市NDL格C稅的工作必將受赴到影響，也就豐是說線路停電祖后楚，感NDL建C式的接受能力會裹因無噪聲的影夏響而有所提高大。菊租英(4竟)雙小電流接地故磁障，允許帶故灶障運辭行犧2慘小時，這對坦于魔NDL材C紹的影響很大。丑但是相相耦合炮方式可以確保蜂在單相接地故議障終下功NDL寫C蝴工作的可靠性好。穩信芹(5換)素當相地耦合方惜式下，單相接挽地故障帶據輸NDL剛C窯的某一節點距摘離不足載波信劣號波長的四分毒之一時，故障駕附加衰耗很大景；當發生金屬武性故障，絕緣份不能恢復時故猛障附加衰耗極兵大；當線路發響生三相斷線時瀉，故障附加衰休耗為無窮大。化因此必須在通恐信網絡上采取渠特殊措施提灑高桿NDL鉤C致的可靠性。衛霉頁(6挨)戲在了解線路的荷通道衰耗的基狡礎上，要有一徹定的裕度以克配服系統運行方于式變化及天氣廚變化的影響。振挪豐4.4予哀利用通信網絡脾管理提高可靠系性竟從網絡結黎構來看，配電乞網可以看作一蒙個自由拓撲的芬總線網。由于抓線路長，分支黑多，幾乎不可煤能做到每兩個貞節點之間都能每直接相互通信梯；由于節點眾峽多，節點的管悟理是一個重要筋的問題。作者虧從通信系統的慶組態、可擴展棵性、傳輸距離浪及通信節點的手可靠性方面提臉出室NDL蓬C詢結構的三個原殊則，以解決電般力線載波通信看中的相關問題鋼。粗小（幼1象）餅端在通信結構上兇，采用面向對跳象的設計思想麥面向對象練技術是軟件工翼程的重要概念餐，也是分層、注分布式控制的翅重要思想。電茶力系統本身就洗是分層、分布盛式的系統。配真電網更是按變頓電站、饋線、深開關（變壓器彼）、負荷分層戰分布的。配電樸網每一條饋線拔上的節點丟（醒Nod芝e蝶）組成一個子煌網蓋（泄Subne封t頭），隸屬于同巴一個變電站的鉆各饋線子網組扣成一個區域鉛（染Domai慚n豎）。于是，配盯電網上的任一頑節點地址均可緞由嶄Domai皮n略、私Subne活t乞、鳳Nod打e掩三個地址唯一難確定。不同變叉電站之間的節危點由變電站之潑間相聯絡的聯預絡開關處的聯盾絡節點，利用米數字橋相互分兼離，使得隸屬平于這兩個變電瓣站的節點之間辦未經聯絡節點訂的允許不能通至信。一般情況頭下，只有隸屬域于同一條饋線袖上各節點才可執以且有必要相要互通信，這些格節點相當于被搭封裝在一條饋你線里；如果在肚網絡重構或其搭他特殊情況下孩，某節點需要罩與其它饋線節鋪點、其它變電艇站通信，則必枕須經過聯絡開俱關處的聯絡節觀點進行。每條醋饋線上的第一蝶子站相當于該最饋線上的子網誤管理節點，它突一方面記錄著棚該饋線上各子悉站節點的地址猛、性質等信息惡，另一方面承設擔了與配電主尾站相連的路由凡器功能。誼提出這一軋思想，目的是滋使得整個系統會具有良好的可跳擴展性。如果竿要增加一個節湯點，只需將其所地址、性質在桂該節點所屬饋喊線的第一子站姨注冊即可；如燦果要增加一條泄饋線，也只需鳳將該饋線的地舌址在該饋線所坡屬變電站主站飲注冊即可。完辰成這些工作，榴均無須改動已召有的系統的任鋪何設施，也無嬌須更改已有各糧節點的硬、軟遞件。對于分步漠、分期進行的圓配電自動化工謀程，這是非常科有意義的。買炎（澆2鏡）挪西在通信距離上濤，實現自動設女置中繼肝救在厘NDL想C跡系統中中繼節讀點是必需的。蜻中繼節點設置敏的最理想情況乞是由主站自動偵設置。主站通氏過第一子站問撫詢某遠方子站辭節點多次無應緩答時，自動下慣載定值使喇得中間某個能遲收到問詢命令暫的子站節點變棉為中繼節點。砍中繼節點的硬廈件與普通子站簡節點完全一樣御，僅僅在軟件筋流程中多走了館一個接收并轉猛發信息的功能何模塊；由于中努繼節點轉發的童信息是數字信緩息，因此只會尋帶來信號的增誕益不會帶來失掃真，并且對于并同一幀報文，閘一個中繼節點往只轉發一次，版因此也不會過妨多地增加網上易的通信壓力。焰這樣，只要每役兩個最近的節諸點能相互通信都，整網的節點屆就能相互通信須，而這一條件龍是很容易滿足閣的。撕冊（眼3共）釘銀在通信可靠性送上，實現節點灣全網漫游為提殃高么NDL住C雕系統的可靠性役可以理解為在龜一個以中壓電親網自由拓撲為丹基礎的總線型及局域網上如何分保證節點不丟撫失。每一節點烘在原則上都有器能力與其他任骨意節點通信，港如果變電比站籃A賴的某一節穩點石M咽不能與它所在枕的饋線的通信星管理節晉點叔—鏟—顧第一子站通信汽（如因斷線等駝原因），網絡礦管理中對該節秤點的自檢將發派現該節點丟失償，首先通信管甘理節點試圖通毀過自動改變中蒜繼重新找到該槽節點未能成功倚，然后該節點刑自己檢測到被富丟失，主動向抽它所在饋線的揪聯絡節點（數固字橋）申請漫碌游，橋節點將仙它的漫游申請福匯報給對側變浮電儀站各B洲的通信管理節可點，這個通信演管理節點對漫震游來的新節點筍重新注冊并通執知配調中心，虎配調中心將通雹知變電擾站較A膚原有的節尼點窩M艇已經漫游到變季電慕站遲B除去了。至此完翁成節點的漫游挨，萬NDL撈C分系統通帽過遣“著自啊愈菌”廁實現可靠工作掌。保躲蘭5豬招NDL話C滿的現場試驗繩華北電力蹦大學四方研究流所輛從瓜199比8糟年開始縮對鮮NDL男C津應用與配電系食統綜合自動化壯進行了深入的限研究與實踐。暖下面介紹在河磚北省唐山擔某版10k挖v抵配網完成的一塔次現場試驗的受情況。試驗采苗用四方珠的勢CSDA20本0甩0育配電自動化系藝統酸的剖NDL利C模和足CSF10憂0馬配電終端單元飾，網絡接線如狹圖姻2翠所示：撲辮奔板圖久2昌試驗網絡接島線圖熱在試驗配盲電網絡到中橫A響節點為變電站盾節點，變電站待有鄰5窮條出線趁，界B圓、安C出、掌D賺、寨E俘節點為線路節捆點，其回中振A倡B令距離當4km馬，中間有兩段溝電纜各為盒300m段，汗B召C巧距離首2km黨，中間有一段伯電纜，長度為朝200m冠，騾C籍D得距離夜3km刺，枯A折E嚇間距離為孔2.5km戒，配電網中的貍配電變壓器及外線路分支如圖尺所示。按上節填的通道分析估盼算騙A煎B浪間的通道衰耗障約昆為熊43d窮B撤，紅B漠C屢間的通道衰耗悉約狹為誓17d渾B篩，番C運D瑞間的通道衰耗聯約潑為軟12d背B鋤，星A贈E水間的通道衰耗珍約糊為選30d臭B畫。線路噪聲情嘉況息為雕20~30d刊B潑。在變電站電與糠FT京U償之間進行通信注測試，報文長本度樓為吊20byte裹s許。妄表段2爭所示為線路正老常工作時的情售況，郊表綿3用所示為線路停痛電后的測試情靠況。僅試驗表明村，在線路正常簽運行時尤，斬A匠B倉、耍A齊E神之間的通信是室十分理想的捧，染A共C桃之間的通信也鑰是可以接受的挨，志A豪D姿之間的通信是琴不成功的，蝦當逃B倡點犯為德C怒節點味、吉D式節點進行中繼恒后丟A起C惕、恒A炭D押間的通信是理末想的。當線路換的出口斷路器靜斷開時（線路烘沒有故障），取由于線路無噪腿聲且不存在變作電站的介入衰描耗紐，爸NDL梅C符的工作情況大絕大改善，以上宜所有的通信都嫂是成功的。試族驗還表明由于桿電網的不對稱私性，相互通信晉的兩個節點的第接收情況略有紅不同，變電站瓜處的節點效果鍬略好。另外的仍試驗表明對于梯報文長度量為節10byte