中压PLC技术应用于配网自动化通讯中方案论证研究.pdf

PAGE054经验交流Experience Exchange缩短配电电路修复时间，提高城市配电安全运行水平，是供电企业正在积极和开展的领域。在配网自动化的建设过程中，通讯方式是有效实施配网自动化的基础，是非常重要的一个环节。随着通讯技术的发展，如何解决好通讯通道是一个非常重要的问题。本文分析中压P L C 技术应用于配电网自动化通讯的可行性，并对中压P L C 技术用于配网自动化通讯进行探讨，提出中压P L C 技术用于配电网自动化通讯的意义，旨在利用中压P L C 技术应用为电网企业提供实际推广依据。To shorten the repair time of distribution circuit and improve the safe operation level of urban distribution is an active and developing field for power supply enterprises.In the construction of distribution network automation,communication mode is the basis of effective implementation of distribution network automation,is a very important link.With the development of communication technology,how to solve the communication channel is a very important problem.This paper analyzes the feasibility of the application of medium voltage PLC technology in distribution automation communication,and discusses the application of medium voltage PLC technology in distribution automation communication,and puts forward the significance of the application of medium voltage PLC technology in distribution automation communication,the purpose of this paper is to provide a practical basis for power grid enterprises to promote the application of medium voltage PLC technology.中压P L C 技术 配网自动化 通讯 方案论证Medium Voltage PLC technology;distribution network automation;communication;scheme demonstrationDoi:10.3969/j.issn.1673-5137.2024.02.008摘 要 Abstract关键词 Key Words前言电力线通讯（简称PLC或PLT），是指利用电力线作为媒质实现高速数据传输的一种通讯技术。而中压电力线通信（中压PLC）技术是指利用电力传输网络中的中压电力线（通常指10kV电压等级）作为信号的传输媒介进行语音、数据信息的传输。其显著特点在于不用布线、覆盖范围广、传输距离远等是解决配电网自动化传输通道以及宽带接入“最后一公里”问题最具竞争力的技术之一。电力系统具有丰富的中压电力线路资源，充分的开发和利用国家电网的网络资源，形成一个优良的传输网络。利用中压线路作为信息传输的骨干链路，以其较低的网络实现成本、快速的网络开通速度，将对电力系统加强自身生产运行具有重要意义。1.中压P L C 技术应用于配电网自动化通讯的可行性分析 中压PLC是一个新兴的技术，不仅能够有效解决中压输电线路的通讯问题，还能起到推广和示范作用，有广阔的发展前景。因此，可以从以下四方面对PLC应用于配电网自动化通讯的可行性进行分析：（1）从可用性分析，中压PLC通讯技术属于载波通讯的范畴，借助电力线路为传输通道，具有投资少、见效快、可靠性高等优势，是解决配网自动化通讯通道的有效解决方式。（2）从可靠性分析，中压电力线通讯采用的是先进的正交频分复用（OFDM）技术。此项技术能够很好的抵抗电力线干扰，并提供最高的频谱效率和性能，尤其是在突发性脉冲噪声和选择性衰减方面具有很强的优势，大大提高了通讯的可靠性1。（3）从安全性分析，以往的配电网载波传输技术在系统正常运行时使用效果很好，一旦发生故障数据就不能及时传输。利用中压PLC，采取设备1+1冗余配置并耦合两相输电线路的方法，当其中任意一条通道发生故障时不会影响数据的传输，使得传输的安全性得到显著改善。（4）从经济性分析，目前在配电网中中压PLC技术应用于配网自动化通讯中方案论证研究 任林 贾英锋（平顶山职业技术学院机电工程系 河南 平顶山 467000）PAGE055经验交流Experience Exchange使用的通讯技术主要有扩频通讯、微波通讯、光纤通讯等。其中，光纤通讯由于传输距离远、抗干扰、保密性高等优点获得广泛应用，但是其也有诸如成本高、技术要求高等不足之处。微波通讯是点对点的无线传输方式，它主要是应用于调度自动化和变电站综合 自动化数据的传输，其缺点在于造价较高。GPRS由于是公用网络，所以保密性差，同时在通话较多的情况下，不能及时保证数据的及时传输。扩频通讯优点是抗干扰能力强，传输速率较高，缺点是要求通道两端无阻挡，对于高楼林立的城市配电网来说难以满足要求。通过表1通讯方式的经济技术指标的比较分析可以得出，中压PLC技术相较于其他技术来说具有现场施工难度低，施工周期短，投资比较低等突出特点，所以中压PLC技术用于配网自动化的通讯具有很强的经济性价比优势2。表1：配电自动化常用的几种通讯方式的经济技术指标的比较2.中压P L C 技术用于配网自动化通讯的探讨2.1 电力线通讯应用在配电自动化系统中网络结构电力线通讯在配电自动化系统中的应用如图1所示。图1：电力线通讯在配网自动化中的应用上图1中，每个PLC局端设备负责与其辖内的各PLC Modem通讯，相互之间利用配电网作为传输介质，采用耦合的办法把通讯讯号注入配电线路当中。若在传输路径中遇到变压器、断路器等设备时，需要跨越式传输。而处在同一配电线路中的PLC局端设备之间，通过加阻波器的方式来防止相互干扰。局端设备把从FTU、TTU等远端监测设备传来的各种配网自动化数据，通过通信网络(可以是ATM，SDH等)传送到控制中心去。同样，从控制中心发送的各种控制操作数据，也通过通信网传输至PLC局端设备，再由局端设备向各PLC Modem转发。在图中，若其中某些设备处在同一范围内，可以共用一个Modem3。2.2 中压PLC技术在配网自动化通讯中的应用 在配网自动化系统中，控制中心需要与系统中的FTU(馈电终端单元)、TTU(变压器终端单元)等远端监控设备进行通讯，来获取配网中的各种信息，并对一次设备如变压器、分段开关等设备进行监控4。具体包括以下几个步骤：首先，获取操作点数。了解配电网的基本情况及自动化的具体要求，确定系统需要进行遥控、遥测以及遥信的设备，统计各信号的具体点数。其次，根据配电网的规模及分布情况，确定总体设计方案，主要是通信方案的设计和选择。最后，PLC选型。根据各处各种操作的点数以及所确定的通信方案，选择适当型号的PLC来实现在配网自动化通讯中的应用5。近几年，随着通讯技术以及相应数字讯号处理技术的发展，使得电力线通讯技术可以成为配网自动化系统通讯技术的首选。2.3 应用方案网络结构不同厂家设备的组网方案有所不同，在实际实施的过程中，要根据现场楼宇、用户接入数量，以及配电网的情况进行具体调整。以下为几种PLC设备在不同楼宇情况下的网络解决方案：方案一（板楼，中国电力科学研究院设备）如图2，该方案采用一根信号线负责全部楼层的通信，网络设计和实施简单。方案二（板楼，瑞士ASCOM设备）如图3，该方案采用向每一楼层铺设信号线的方式，来确保用户的信号质量，但相应地增加了线路的铺设数量以及实施难度和时间。方案三（塔楼，西班牙DS2设备）如图4，该方案是目前唯一一种全部利用电力线作为传输介质的方案，网络实施最为方便和快捷，对于距离较远的用户，可以增设中继器来保证信号的质量6。图2：方案一示意图传输技术施工周期施工难度传输成本维护成本可靠性光纤较难较难较高较高高微波通讯难难低高较高GPRS易易较高低较差扩频通讯难难低较高较高中压PLC易易低低高PAGE056经验交流Experience Exchange图3：方案二示意图图4：方案三示意图2.4 应用方案的说明在以上方案中，局端设备向上通过以太网接口连入上级网络，向下通过耦合设备(也可采用直接注入的方法)将PLC信号注入到电力线中，实现与各Modem的通信。PLC Modem通过室内的电源插座接入网络，电源插头同时实现传输电流和PLC信号的功能。Modem向下提供以太网或USB接口，实现用户的接入。PLC耦合设备利用电磁感应原理，在不接触强电的情况下，将PLC信号注入到电力线中。根据我国低压配电网的具体情况对理想的PLC组网方案(全程利用电力线)进行了改造。这主要因为居民用户普遍使用的电表对PLC信号会产生很大的衰减。所以，为了解决电表问题，并保证距离局端设备较远用户的接入，大部分 PLC设备采取了一种折中的办法(如方案一和二)，即在楼内布少量的专用信号线(一般为UTP-5)，来代替局端设备到用户屋内电路之间的电力线。信号线在电表到用户的出端并利用磁环进行耦合，将PLC信号注入用户屋内的低压线路中7。这样就避开了电表以及在电力线传输过程中遇到的衰减和干扰等问题，从而获得良好的通信质量。在全部采用电力线的方案(方案三)中，在电表的入端和出端之间搭一个高频桥(电容)，以使高频信号能够跨越电表，直接进入用户家中。另外，对于距离比较远的用户，可添加中继设备来对信号进行中继。由于方案三还是没有能够很好地解决电表问题，所以方案一和方案二在实际运行中，有优于方案三的表现。3.中压P L C 技术用于配电网自动化通讯的意义 电力系统具有丰富的中压电力线路资源。利用中压电力线传输高速数据和不用布线、覆盖范围广等显著特点来解决配电网自动化传输通道以及宽带接入“最后一公里”问题。利用中压线路作为信息传输的骨干链路，以其较低的网络实现成本、快速的网络开通速度，将对电力系统加强自身生产运行以及竞争电讯行业都具有重要意义。利用PLC技术组建的宽带接入网，以及通过PLC技术为电力生产所提供的传输通道，在网络服务水平和可靠性方面，存在着很高的要求，因此PLC网络的管理系统是非常重要的，它是确保PLC网络顺利运行的主要支撑部分之一。优良的PLC网络管理系统，不仅可以提高PLC网络的运行效率，合理利用和控制网络内资源，也可以定期或不定期的改变或提高网络技术和服务水平。PLC网络管理系统可以减少运行PLC网络维护的费用，及由故障所造成的通讯中断次数和时间，具有很大的经济效益8。结论本文所设计的基于中压PLC技术用于配电网自动化通讯方案是一套适合自身发展，先进、实用的方案。从可用性、可靠性、安全性、经济性四方面分析研究中压PLC技术应用在配电网自动化进行通讯传输。（1）比较和分析中压PLC和其它配电网中使用的通讯技术，中压PLC技术用于配网自动化的通讯具有很强的经济性价比优势。（2）中压PLC技术是配网自动化系统通讯技术的重要选择，针对噪声的干扰问题以及讯号衰减问题使用如OFDM，扩频通讯等合适的调制技术；针对跨越变压器以及各种开关等问题，重要的解决方法是通讯讯号直接跨越变压器和各种开关而另辟一条通路。（3）利用PLC技术组建的宽带接入网是解决配电网自动化传输通道以及宽带接入“最后一公里”问题最有效的技术之一。PAGE057经验交流Experience Exchange1 宋士龙.中压配电网多频带电力载波通讯技术应用研究D.上海交通大学，2019.2 彭政军.多载波中压电力线通信技术研究与应用D.华北电力大学，2021.3 解鹏，伍应衡，李亮，等.中压电力线载波通信系统及其应用研究J.微型电脑应用，2023,39(04):172-174+186.4 孙保华，李永辉，杜红卫，等.基于电力线通信的配电网拓扑自动识别与应用J.电气自动化，2021,43(04):54-56.5 黄毕尧，张明，李建岐，等.联合高低频电力线通信的中压配电网拓扑自动识别方法J.高电压技术，2021,47(07):2350-2358.6 彭政军.多载波中压电力线通信技术研究与应用D.华北电力大学，2021.7 王艳，薛晨，焦彦军.中压配电网PLC信道正反向传输特性分析J.电力科学与技术学报，2020,35(03):127-134.8 宋仁平，段世刚，尚为良，等.中压电力线载波通信技术在配电自动化系统的应用J.集成电路应用，2020,37(02):82-83.参考文献作者简介任林，1994年9月生，男，工学硕士，平顶山职业技术学院助教，主要从事电机控制、电力电子与电力传动方面的研究。贾英锋，1992年3月生，男，工学硕士，平顶山职业技术学院助教，主要从事机械工程及自动化方面的研究。