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摘要：配电网信息与数据的传输枢纽为通信自动化系统，该系统是否可靠，对配电网稳定性和安全性的影响是决定性的。笔者在本文中，设计了基于OFDM调制技术的通信自动化系统，并对比了各种配电通信方式，实践证明，系统信号定义明确、质量好，值得在配电网系统中推广应用。
关键词：通信自动化系统；配电网；OFDM技术；技术应用
配电网是直接面向电力用户的中低压电网，作为电力系统的重要组成部分，事关电网运行的安全性与可靠性。随着经济的快速发展和人们生活质量的提高，对电力的依赖程度也明显提升，要求尽可能不停电。在本文中，笔者结合自身工作实际，探讨了基于OFDM技术的通信自动化系统在配网中的应用。
一、配电网通信方式的选择
（一）DFDM调制技术分析
OFDM技术是一种高效的调制技术，该技术的原理是，将数据分散在多个子载波上，进而降低子载波信号速率和提升信号抗衰落能力[1]。由于OFDM中一半以上的子载波以重叠形式出现，对于提升频谱的利用率具有重要的作用，也能够最大程度上消除干扰码。该技术的实现方式如下：
假设周期内传输信号序列为：（d0，d1，……，dn-1，），则每个信号dn，经过系列的复制之后，所得到的信号为：dn=an+jdn，而串行符号间隔期：△t=1/fs；式中，信号传输速率为fs，经过串并转换以后，N个子载波调制，然后将这些子载波在整个信道宽带中进行贯穿，周期也适当调整，由△t调整为N△t，这样就得到了相邻子载波之间的频率间隔：△f=1/T[2]。
而低通包络D（t）传输信号为：
OFDM调制技术原理为：串行数据→数据编码→串并变换→IDFT→D/A变换→低通滤波→二次低通滤波→A/D变换→IDFT→串并变换→数据编码→串行数据[3]。
在上述流程图中，调制的作用是将串行数据，通过编码、D/A转换等，在OFDM信号通道上输出。同时也可看出，解调的作用正好与调制相反，是将调制后的信号还原为初始的信号。
（二）通信方式的选择
近年来，配电网通信技术快速发展，使得通信方式也逐渐增多，当前主要包括以下几种通信方式：
（1）电缆通信方式。电缆通信方式是一种比较常见的方式，这种通信方式一般不受外界因素的影响，且能够保证大量数据信息传递的安全性和可靠性。通过电缆通过信，能够有效减少工作量与投资成本。不过这种方式的缺点为频带比较窄，抗干扰能力差，且通信距离短，常常通过变电站实现RTU的通信连接。在日常生活中，常见电缆传输，需要架空搭接，架设的工作量比较大，且架设的难度比较大，在未来的通信方式中，这种方式将逐渐被淘汰。
（2）光纤通信方式。光线通信方式是一种应用了先进技术的通信方式，光纤通信的通信距离比较长，受地域的限制比较少，符合通信自动化系统的发展要求。同时，由于光线可批量生产，所以材料易得。光纤通信方式可提高通信容量，并降低传输损耗，由于不会受到电磁场的干扰，所以能与架空线或电缆同步敷设。但是不足之处为维护费用高，安装难度大，一般为繁华市区设备主干网的通信方式。
（3）无线通信方式。这是一种新型的通信方式，但是可靠性较差，不适用于高层建筑物且杂波干扰较强的地区。
（4）配电线路通信方式。配电线路通信方式以配电网中的线路为传输媒介，具有覆盖面广、投资小的优点，但是不足之处为可靠性差、易受配电线路干扰的影响。
综上所述，不同的通信方式具有各自的优缺点，应根据配电网的要求和规模大小合理选择。本研究采用光纤通信方式，设计了基于OFDM调制技术的通信自动化系统。
二、配电网通信系统的结构设计
一般而言，配电网均采用分层结构，用以信息在各层之间的传递。其中，在配电网主站与区域主站之间，是采用点对点通信方式，这种方式的通信规约为IEC60870-5-101，如果系统状态发生变化，则终端将状态变化量传输给配网主站系统。
而在区域主站与各个子站之间，通常采用多点共线的通信方式，通信规约为C60870-5-101，。这种通信规约主要是用于处理半检索过程。
毫无疑问，有些传递的信息是非常重要的，而一些信息不太重要，比如配电网故障信号、开关变位信息等，必须保证信号传输的质量和速度。配电网FTU配置图如下[4]。
图1 配电网FTU配置
（一）总体结构设计
配电网总体结构主要包括两部分，一部分是主站系统，一部分是区域子站系统。其中，主站系统在110kV变电站内，功能主要是负责收集馈线上主站子系统与区域子站的信息，按照设计的控制方式加以控制。而主站系统有PC、交换机和主站终端等几部分。而子站系统包括DTIJ、FTU和子站终端等几部分。其中，Backpacker形式的数据采集为配电终端，数据在中压电力线上传输，在每条馈线上，通常最多能够设置63个通信子站，经过测算，传输速率超过6MbPs。配电网主站与区域子站配置，如下图所示。
图2 配电网主站与子站配置结构
（二）子系统信号的调制
配电网的子系统，采用的也是基于OFDM调制技术，通过这一技术，将信号调解部分统一集中于电力线中的MAC上，并通过HY型收发器来负责INTSIXI信号的收发，通过Backpacker技术，将太网中的包信号转化为电力包信号。此外，对于来自电力的包信号，可经MII传输到主控制器上。子站图如下。
图3 系统子站图
通过系统子站示意图可看出，INTSIXI采用的是ＰＨＹ模式，MII接口与主控器的连接便是通过这一模式。其中，W90N740芯片中的带MAC接口的控制器，总共有两个，这两个控制器的控制值分别为0、1[5]。
由于MII接口的信号定义相当明确，且接线比较简单，能够保证通信的质量。因此，配电网通信自动化系统采用OFDM技术，有效 提升了配电网通信系统的质量和速度，同时也能够保证配电网中数据信息传递的准确性[6]。
综上所述，通信自动化系统的设计包括两部分，一部分是总体结构的设计，一部分是子系统信号的调制。强化这两部分的设计，便可提高系统的整体水平。设计完成后，用于配电网中，配电网运行的状态表明，该配电自动化系统功能完善，安全可靠，实现了预先设计的目标。
结语：
通信自动化系统的安全性和可靠性，是保证配电网数据信息传递稳定性的有效途径之一，同时也能够完善配电网的各项自动功能。系统的运行实践表明，基于OFDM调制技术的 通信自动化系统，对于保证和实现数据的高速传输，保证数据传输的质量，具有重要的作用和价值，值得在配电网中推广应用。
参考文献
[1]刘浩，杜平.通信自动化系统在配电网中的分析与应用，2013，12：1124-1125.
[2]胡钢.对地区电力通信发展的几点思考[J].湖北电力，2011，15：156-157.
[3]古海滨，宋子强，郝强等.县级配电网自动化设施设计方案[J].电力学报，2014，14：178-179.
[4]胡宪泽.贵阳市北城区配电自动化的通信方案[J].电力系统通信，2011，11：245-246.
[5]刘承成.配电自动化系统通信方式的研究[J].安徽电力，2012，21：166-168.
[6]张.配电自动化系统在配电网中的应用效果分析[J].中国新技术新产品，2010，23：114-115.
论文作者:郑伟
论文发表刊物:《电力技术》2016年第7期
论文发表时间:2016/10/18
标签：通信论文; 方式论文; 信号论文; 配电网论文; 自动化系统论文; 技术论文; 主站论文; 《电力技术》2016年第7期论文;