浅谈工频通信系统在配电网中的测试

摘 要配电网工频通信技术（PFCS）是20世纪80年代在美国出现的一种基于电力配电网络的通信系统。它使用50Hz电力工频电压、电流作为调制信号的载体，在电压波形的过零点附近加入调制信号，在下行通道上调制电压波形，在上行通道上调制电流波形，以实现双向通信。本文对工频通信系统在配电网中的测试进行了探讨。

【关键词】工频通信 双向通信 配电网

1 工频通信技术简介

1985年、美国DCSI公司开始在美国一些电力公司采用该技术做负荷控制试点，1987年，弗吉尼亚电力公司采用双向工频通信技术集中监控辖区范围内5万个用户热水器，2002年，美国PPL能源公司采用双向工频通信技术建成美国最大规模表计间隔数据采集系统，民用表和工商业表合计130万只，每小时采集一次数据，截止目前运行情况来看，可以持续达到99.8%的抄收成功率。目前，在美国和加拿大，基于双向工频通信技术的表计总数超过1000万只，显示其成本、可靠实用、具有巨大的应用价值。

基于配电网的双向工频通信系统组成框图如图1所示，主要由子站系统和终端装置两大部分组成。子站系统安装在二次变主控室，由子站控制器、下行信号发送装置、调制变压器、上行信号接收装置四部分组成，负责向终端发送命令信息和接收终端信息。终端装置安装在用户端，负责接收控制命令并完成相应动作或发回用户信息，命令的接收和用户信息的发送都是在配电变压器二次侧低压回路上实现的。子站和用户端都必须设置调制和解调单元，以实现信号的双向传递。

2 工频通信测试设计原则

我国配电网络和国外配电网络的差别决定了工频通信技术在国内的应用研究与推广要求对工频技术展开详细的测试研究，并对工频技术本地化，研发具有自主知识产权的工频产品提供详细的实地运行情况，工频通信系统在配电网中的应用测试研究，针对中国配电网特点的工频通信系统总体性能达到国际先进水平，实现在我国典型的配电网线路上穿透配电变压器可靠的上、下行通信，达到相应的通信性能指标，满足我国配电网自动化业务如远程电力用户用电信息采集系统、配变监测系统、远程负荷控制等应用需求。系统具有灵活的可扩充性和较强的升级能力，为将来系统的扩容打下基础，系统中各部分之间数据传输规约符合部颁标准，为系统互联提供必要条件。具体如下：

2.1 先进性

采用适合我国中低压配电网特性的先进的工频通信技术，解决在强背景噪声环境下微弱调制信号的有效检测和识别，满足通信性能指标要求；选用先进的软硬件开发平台，满足先进的信号处理和识别算法处理的要求。

2.2 可靠性

根据实际应用需要，考虑采用高可靠性的元器件和必要的容错措施，包括硬件容错、软件容错、系统容错，满足强电磁干扰环境下装置的稳定运行。

2.3 安全性

根据装置使用安全性的实际需要，应采用切实可行的安全措施。

2.4 实用性

装置样机结构设计、安装使用、业务接口等应满足现场配用电自动化系统应用要求，使用简单，方便现场应用的接入和运行维护。

3 工频通信测试技术原理

整体系统由1个主站系统、2个工频通信系统及现场的电量采集终端构成。在供电公司建立远程集中监测主站系统，在选定的2个变电站分别安装工频通信子站系统，在低压用电现场安装工频通信用户终端及各种电量采集终端。测试系统功能如下：

3.1 工频通信系统测试

工频通信系统的性能测试功能利用安装在变电站内的子站控制器（工控机）和安装在供电公司的主站进行测试。

工频通信系统由工频通信子站和用户终端组成。子站由子站控制器、子站发送装置、专用调制变压器、子站接收装置组成，安装在变电站内；用户终端装置安装在低压线路，连接现场的各种电量采集终端。试验分别选定城区和农网2个典型的变电站及其他供电的配电网进行试验测试，需要安装2套工频通信系统，在每个变电站选择3条馈线进行测试，在低压线路总共安装200台工频通信用户终端进行测试。

测试时，主站发出测试命令，工频通信子站控制器接收，控制子站发送装置发出下行工频调制信号，下行调制信号经专用调制变压器注入到10kV配电网向同一个变电站范围内的中低压配网广播，信号穿透配电变压器，低压线路上的工频通信用户终端接收到下行命令信息，向子站返回测试数据，子站接收装置采集用户终端发出的上行数据，子站控制器集中子站接收装置接收到的返回测试数据，可以现场做出测试结果分析；同时经过通信协议转换，通过电力数据专网向主站发送，主站自动保存和记录测试结果数据和操作日志，对试验测试结果进行统计分析。

3.2 电能量远程集中抄表系统

通过工频通信系统作为数据传输的通道，建立基于配电网线路的远程集中抄表系统，实现对居民电表电能量数据的远程集中抄收管理及用电监测功能。

抄表系统主站安装在供电公司营销部机房，子站控制器安装在选定的变电站内，集中抄收该变电站范围内低压用户的用电数据；工频用户终端安装在低压用户电表箱内，与电能量采集器连接，负责将采集器采集的电量数据发送到子站控制器。系统主要功能如下：

（1）现场用户电能表数据的定期或不定期抄收。

（2）用户用电数据的统计分析、监测。

（3）系统运行稳定可靠，满足相关行业标准的要求。

4 结束语

通过广泛调研我国配电网电力业务对通信通道的建设需求，深入研究分析我国配电网工频通信信道特点和工频通信信号检测技术，并基于此对工频通信技术进行了测试，目前经过测试系统的运行结果表明，工频通信可作为目前配电网通信的一种重要的可选方式，可以作为为电力通用户用电信息采集系统提供一种可选的通信通道。

作者单位

国网内丘供电公司 河北省邢台市 054200