电网中压电力线载波通信系统技术研究

葛翔昊

（国网谷城县供电公司，湖北 襄阳 441700）

0 引 言

随着电力行业的不断发展，电网建设和运维对电力通信的需求越来越高。在电力通信中，中压电力线载波通信技术因无须新建传输线路、成本低廉、覆盖广泛以及运维方便等优势，逐渐成为一种受到广泛关注的通信技术[1-3]。

1 中压电力线载波通信技术

1.1 特 点

中压电力线载波通信技术是利用中压输电线路作为通信载体，将数字信号通过电力网进行传输和接收的通信技术，其特点主要体现在以下4 个方面。

（1）免费的通信载体。中压电力线是电网的物理载体，可以免费使用其通信资源。

（2）覆盖广泛。中压输电线路的通信范围比常规无线网络广，能够覆盖偏远农村及山区等通信盲点。

（3）低成本。中压电力线载波通信的建设成本较低，不存在传统有线通信技术建设的高昂成本问题。

（4）运维方便。中压电力线载波通信可以直接依托电网进行运维，方便快捷。

1.2 原 理

中压电力线载波通信技术利用电力线路作为传输介质，通过在电力线路上传输高频信号进行数据和信息的传输[7]。基于接地电力线的并联，电力线路具有一定的电容、电感以及阻抗等性质，能够传输高频信号。中压电力线载波通信系统利用电力线路的这些特性，通过高频载波技术将数字信号调制到电力线路，利用接收端的解调技术将数字信号恢复出来，从而实现数据和信息的传输。中压电力线载波通信系统包括发射端、接收端以及线路3 个部分，其中发射端负责数字信号的调制和发射，接收端负责信号的接收和解调，线路则是信号的传输媒介[8]。

1.3 应用场景

中压电力线载波通信技术的应用场景主要包括以下几个方面。

（1）智能电网。中压电力线载波通信系统可以用于智能电网的实现，通过在电力线路上传输数据和信息，实现电力系统的监控和控制，提高电力系统的可靠性和安全性。

（2）智能电表。中压电力线载波通信系统可以用于智能电表的通信和远程抄表，通过在电力线路上传输数据和信息，实现对智能电表的有效控制。

针灸：选用2寸毫针，穴位选择为灵台穴和大椎穴，在疱疹起始部位呈15°角进针，针尖刺病灶中心，反复捻转，在针刺方向使用同样方法，避免疱疹蔓延[1]。

（3）电力自动化。中压电力线载波通信系统可以用于电力系统的自动化调试，通过在电力线路上传输数据和信息，实现电力系统的自动化运行。

2 中压载波通信优化设计方案

中压载波通信是以中压电力线为通信介质，能够为配电线路所有设备的互联互通提供通信支撑。中压载波通信是电力行业特有的通信技术，是将电力线打造成集能量流、业务流、数据流于一体的通信载体。中压载波通信根据介质可以分为地缆型中压载波通信和架空型中压载波通信。其中，地缆型中压载波通信是以电缆屏蔽层为通信介质，架空型中压载波通信是以电力线为通信介质。

2.1 组网方式

中压载波通信技术与配电网线路高度吻合。网络拓扑为一主多从方式，主载波机一般安装在变电站或开关站，从载波机一般安装在配电站或柱上开关处。以变电站为单位，结合配电线路，为变电站出线所有配电终端提供通信信道，支撑配电自动化业务。中压载波线路通信全覆盖组网方式如图1 所示。

图1 中压载波线路通信全覆盖组网方式

2.2 组成要素

中压电力线载波通信网络的组成要素包括中压电力线载波通信模块、终端设备、传输介质以及通信协议等。

中压电力线载波通信模块是中压电力线载波通信系统中的核心部件，其主要作用是将数字信号转换为中压输电线路上的载波信号，并将其传输到远端地点。中压电力线载波通信模块主要包括数字信号处理器、模拟信号处理器、载波发生器以及载波放大器4部分。其中，数字信号处理器主要用于对输入数据进行处理和编码，模拟信号处理器主要用于实现采样和量化，载波发生器用于产生载波，载波放大器用于对信号进行放大。

终端设备指在中压电力线载波通信系统中，可以与中压电力线载波通信模块通信并实现数据交换的设备。终端设备主要由数据采集传感器、计算机以及通信设备3 部分组成。

通信协议指在中压电力线载波通信过程中，终端设备与中央控制器之间需要遵循的一套规范和标准。中压电力线载波通信系统采用的通信协议主要包括载波监听多点接入/碰撞检测（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，CSMA/CD）协议、时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）协议、频分多址（Frequency Division Multiple Access，FDMA）协议等。

2.3 网络指标

（1）信号传输距离。中压电力线载波通信信号的传输距离受线路参数影响严重，需要通过对线路参数的精确测量和分析，确定合理的信号传输距离。其中，架空线路点对点通信距离为20 km，电缆线路点对点通信距离为5 km。

（2）信号传输速率。中压电力线载波通信系统的传输速率受线路频率响应、噪声等因素的影响，需要通过精密的信号处理和设计，提高传输速率和可靠性。其中，应用层传输速率为100 kb/s，支持多频并发。

（3）接收灵敏度。中压电力线载波通信系统的接收灵敏度受到线路噪声、接收端设备等因素的影响，需要通过改进接收端的设计和技术方案，提高接收灵敏度和可靠性。其中，端到端通信延迟小于10 ms。

2.4 网络可靠性

对于设备而言，中压电力线载波设备和耦合装置采用工业化标准设计，可以满足户外高低温（-45 ～80 ℃）、高湿等恶劣工作环境。在电气安全方面，重点是10 kV 载波信号耦合设备，既要考虑在10 kV电压下的长期运行可靠性，也要充分考虑在雷击环境下的防护设计。中压电力线载波具有良好的电网友好性，不会对线路及设备运行产生影响，确保电网运行可靠性。

就通信介质而言，配电线路分布广泛，将其作为传输通道，无须重新敷设通信线路，可以保证通信与配电线路同步。载波通信设计能够提高抗衰减、抗噪声通信能力以及接收灵敏度，兼顾线路异常状态，考虑线路接地造成的信号衰减，确保故障状态下的通信可靠性。

针对后续设备维护，载波模块设备在二次侧与配电终端装在一起，可以同步维护，无须停电。信号耦合器装置电缆线路采用屏蔽层通信，目前某些地区均是带电安装，既可以安装在环网柜某个间隔内，也可以安装在电缆井下。

2.5 信息安全

载波传输信道配电线路为电力公司所有，可以完全由电力公司控制，属于自有安全信道。通信模块之间的载波通信采用私有协议，且内部集成了私有加密机制，能够确保载波通信的信息安全。载波通信模块自动绑定终端互联网协议（Internet Protocol，IP）和媒体访问控制（Media Access Control，MAC）地址，防止非法IP 接入载波通信信道。除此之外，载波通信模块支持网线拔掉后自动闭锁，闭锁后可以由授权人员借助远程网管系统开启。

3 应用分析

以某电力公司的中压电力线载波通信系统为例，通过系统的实际应用和对测试数据的分析，验证上述优化设计方案的可行性和可靠性。通过硬件和软件的优化，该公司的中压电力线载波通信系统的传输距离达1 km 以上，传输速率达10 Mb/s 以上，接收灵敏度优于-100 dBm，功耗低于20 W。通过实际操作，验证了中压电力线载波通信系统在电力系统中应用的有效性，能够提高电力系统运行效率，促进电力能源的合理分配和应用。

4 结 论

通过对中压电力线载波通信技术的基本原理、通信特点以及应用场景进行研究和分析，提出了中压电力线载波通信系统的优化设计方案和技术指标，并通过实例分析验证其可行性和可靠性。中压电力线载波通信技术作为电力通信的核心技术之一，具有广阔的应用前景。未来，需要进一步加强中压电力线载波通信技术的研究和应用，促进电力系统的自动化和智能化发展。