引言
配電網自動化系統(tǒng)可采用的通信有光纖、配電載電(DLC：Distribution Line Carrier)、無線、有線等多種方式。10kV配電線路從變電所出發(fā)可以延伸到線路上的任一測、控點，所以DLC是最經濟、可靠的通信方式之一，是配電自動化的首選通信方式。
正交頻分復用(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是一種高效調制技術，應用于電力線高速數字通信，具有以下優(yōu)越性：
?、瓶笽SI干擾能力強;
⑶抗信道衰落;
本通信系統(tǒng)以10kV配電線為傳輸媒質，網絡拓撲以"總線+樹"為主，不同總線段可以互聯(lián)為開環(huán)的環(huán)網。系統(tǒng)由通信子站系統(tǒng)和主站系統(tǒng)兩部分組成。主站系統(tǒng)設置于110kV變電站，收集各10kV線路上全部子站的遙測信息，根據確定的算法和控制策略，實現(xiàn)對整個配電網的安全監(jiān)視、自動控制和保護。通信子站與FTU，TTU等配套使用，分布于配電網各處。這里先介紹子站系統(tǒng)部分。
通信子站系統(tǒng)
子站系統(tǒng)主要由Intellon公司的INT51X1芯片，華邦公司的W90N740微處理器，電平轉換MAX3232、模擬前端(AFE)和耦合器(Coupler)組成。
INT51X1芯片
INT51X1芯片[1][2]是一個集成的MAC/PHY電力線收發(fā)器。利用它，通過電力線就可以進行高速的數據通信。INT51X1完全符合HomePlug電力聯(lián)盟工業(yè)標準V1.0.1，采用Intellon專利的POWERPacket OFDM技術。POWERPacket的具體技術參數如下：
速度14MB/s;頻帶4.3～20.9MHz;OFDM信號調制，84個載波信道，自動信道適應，前向糾錯;載波調制方式支持DQPSK、DBPSK、ROBO;讀寫方式支持CSMA/CA;符合FCC-15輻射標準;通信加密;0.25 m技術加工;工作頻率100MHz;工作電壓核心電壓2.5V，3.3V/5V輸入輸出電壓;工作環(huán)境0～70℃。
INT51X1可以在惡劣的電力線通信環(huán)境下達到14Mbps的數據傳輸速度，能夠根據信道上的信噪比(SNR)選擇可用頻率，抵制深度衰減槽、噪聲和多徑衰落，在低SNR的信道中，不使用導頻就能夠實現(xiàn)同步。在INT51X1中，MAC采用具有避免沖突的載波偵聽多路存取(CSMA/CA)方案，并有優(yōu)先權設置和自動重復請求(ARQ)，通過包封裝，支持以太包的可靠傳輸。在保證服務品質(QoS)的前題下，為多媒體有效載荷(包括聲音、數據、音頻和視頻)提供必需的帶寬。
INT51X1提供三種接口MII/GPSI，USB1.1和以太網口。三種模式分別為USB模式、PHY模式和Host/DTE模式。本系統(tǒng)選擇PHY模式，分別與W90N740和AFE接口，完成以太包和電力包之間的相互轉換。
W90N740微控制器
W90N740[3][4]采用精簡指令系統(tǒng)，是基于ARM7TDMI的32位微控制器。內建有兩個以太網MAC控制器0和1，8K的指令緩存和2K的數據緩存。通過外部總線接口(EBI)可以與外掛的SDRAM、ROM/SRAM、flash memory或I/O互連。通過片內Ethenet MAC Controller 0與INT51X1接口，完成RS232標準數據和IEEE802.3標準數據的相互轉換。通過片內串口UART上外接一片MAX3232電平轉換芯片，即可實現(xiàn)標準的RS232通信功能，與FTU，TTU等自動化設備相連。
INT51X1與W90N740的硬件連接
由于本系統(tǒng)選用PHY模式,通過MII接口與微控制器相連。MII(Media Independent Interface，媒質獨立接口)是一個工業(yè)標準接口,提供POWERPacket MAC與IEEE802.3 以太網MAC控制器之間的互連。
模擬前端(AFE)完成放大和濾波功能，選用8v AFE。
耦合器(Coupler)與10KV電力線耦合。
軟件設計
INT51X1的初始化是通過配置EEPROM(AT93C46)完成的，應寫入自己的MAC地址(這個MAC地址是唯一的)。
因為ARM7TDMI是W90N740的內核，使用ARM7匯編語言編程。實現(xiàn)功能：從RS232口接收FTU/TTU數據，轉換為802.3協(xié)議IP包，經MAC發(fā)送給INT51X1;經MAC接受INT51X1數據，解包，通過RS232口送FTU/TTU。
W90N740上電后初始化，初始化完成后發(fā)送特殊的呼叫信息給主站(64字節(jié)全5)，握手過程完成后即進入通信運行。
握手過程如下：
首先子站對主站廣播(發(fā)送呼叫信息64字節(jié)全5)，收到回復自己的響應信息(64字節(jié)全3)后，填寫本子站通信的目的地址(即發(fā)來回復的主站地址)，進入正常通信。若收不到響應信息，則每隔1分鐘重復發(fā)送呼叫信息。
主站系統(tǒng)是由若干臺通信終端，8/16*換機(HUB)和PC機構成。其中通信終端包括RJ-45，RTL8201，W90N740，INT51X1，AFE和Coupler，如圖3所示。INT51X1也選用PHY模式，組成ETH-PLC路由器。主機側MII接口與W90N740 Ethenet MAC Controller 0連接，W90N740再經Ethenet MAC Controller 1接ETH PHY(RTL8201)，從RTL8201引出RJ-45接口，與網絡交換機連接;電力線側則與子站系統(tǒng)類似。
每臺通信終端具有電力網上唯一的MAC地址，同時又具有局域網上唯一的IP地址。每個通信終端都作為本網絡(總線+樹型)的通信主機，與最多63個子站進行1：N的通信，并對本網子站進行管理。在本網內，記錄和存儲所有子站的地址，作為發(fā)送數據的目的地址。當收到來自某子站的廣播呼叫(64字節(jié)全5)，則記錄該子站地址，并發(fā)回響應(64字節(jié)全3)。此后，與該子站正常通信。(這種情況，該子站也可能不屬于本網。)若失去本站管轄的某個子站，即長期(如5分鐘)收不到它的消息，則需要每隔1分鐘呼叫這些子站一次，直到收到相應子站的響應信息，進入正常通信為止。24小時后仍無響應則放棄呼叫。
IP機接收來自各通信終端的IP包，定位IP包的來源。記錄全部子站地址，并明確各子站各處于哪臺通信主機所在的網絡。這樣能保證下發(fā)數據時，可以準確的找到相應的通信主機，再轉發(fā)到其下的目的子站。
結論
本文介紹了一種基于OFDM技術的配電自動化通信系統(tǒng)，描述了其通信子站、主站部分和相應的硬件電路和軟件方案。通過介紹INT51X芯片，可以發(fā)現(xiàn)OFDM技術應用到電力線通信具有的很強的優(yōu)越性。