浅谈对我国 低压电力线载波通信信道特性研究与应用

浅谈对我国 低压电力线载波通信信道特性研究与应用

刘启明、王晋、 刘庆兰

成都博高电气工程有限责任公司

摘要：通过相关资料和文献的查询知，在很久以前就有大量学者与工作人员坚信电力线将在数据通信中有非常普遍的应用。事实也确实如此，经过最近几年多类型技术的快速发展，遍布广泛的电力线已经成功并普遍应用到了数据通信中，比如说继电保护中的信息传输以及SCADA系统和电力调度等等。论文全面系统地总结了电力线载波通信的发展历程，介绍了目前国内外低压电力线载波通信的研究现状，论述了正交频分复用技术的基本原理以及其应用于低压电力线载波通信的基本方案，分析了低压电力线载波通信的优势和技术难点。

关键词：电力线；通信；信道

1 低压电力线路进行通信的基本特性

通过对低压线路传输的环境进行简单分析后知，其每一位置具有的阻抗以及干扰和频率等都具有一定的差别，并且不同用户之间这些数据也存在一定的差别呢，甚至每一个插头之间的数据也存在一定的差距[1]。另外还有就是某一地点在不同的时间内此数据也有很大的不同。比如说，在低压线路正常运行的情况下，他的频率变化也相对较为复杂，在每一秒中频率响应的变化可以达到20dB，甚至更多，对于信噪比也能够达到10dB以上，另外在那些特定的频率点上，出现窄带衰落的可能性也非常大。通过上述的分析就可以看出要想得到一个准确性较高的数学模型具有非常大的困难性。然而从定性方面来看，此类型线路又有时变性以及衰减较大等缺点，另外相应的噪声影响也非常复杂[2]。

2 输入阻抗的相关特性分析

通过查找相关资料和文献知，电力线路具体阻抗大小的确定非常复杂，并且很难确定出一个固定值。在不同情景下可能呈现容性、感性和阻性三种形式。在实际应用中发现，当系统的频率低于50KHz时变压器抽头之间形成的电容性耦合将会给系统带来非常大的困难。虽然此类型情况的出现有时候对系统也会产生利处，但是绝大部分都是会产生危害[3]。这种情况有时是有用的，但大多数情况下是有危害的。另外当频率超过300KHz的时候，电力线路中将会出现分布LC衰减的情况，并且将以电容的形式出现来对信号产生非常大的衰减。通过上述两种分析知，此两段的频率都会给系统带来非常大的危害，为此，文中选择了50~300KHz的频率。并且当实际应用的时候，这个频率通常情况下是选择125KHz。对于工厂中电力线路阻抗的大小一般是小于1Ω，另外对于电力线路上超过1 uf的旁路电容将会在很大程度上短路系统中发射的信号，进而影响电路的正常运行，对于此种情况，在进行相关特性分析后发现可以利用扼流线圈等几种方式来杜绝此种情况的发生。

对于低压线路载波通信的输入阻抗，在经过相关资料和文献查找知，其是信号发送于接受装置相对配电网驱动点的阻抗。此值的具体大小将会整个系统传输信号的耦合效率。所以说此值能够在很大程度决定线路在传输时表现出的性质。从而也就可以说研究系统输入阻抗的具体大小，将对提高发送机传输信号的效率以及提高网络的输入功率都具有非常重要的意义。

通过相关研究和分析，并对实验所表现出的性质进行分析知，在低压线路中，系统表现出的输入阻抗与系统运行的频率具有非常大的关系。在一般意义上，当线路没有携带负载的时候，其能够利用一个均匀的传输线进行代替，但是因为系统中存在分布电感和电容，所以将会对系统中的阻抗产生相关的影响。另外如果系统中线路携带负载的时候，不管在任何频率下系统的阻抗都会变小。然而，对于不同类型的负载，由于其特性存在一定的差别，所以在不同的频率下阻抗具体变化的大小也有一定的差别。通过对上述情况的分析可与发现，实际运行情况中线路的阻抗具有非常复杂的变化性，所以对应阻抗的变化具有不可预测性。

另外，由于线路上所带负载的变化具有随机性。不同时刻接入同一线路的负载将会表现出不同的特性，所以对应不同时间同一线路上的阻抗将具有不同的特性，并且基于同一分析形式，电力线路上的不同位置对应的阻抗大小也不同。另外对于同时具有电阻。

电抗以及电容等多种形式的电路，通过不同切入点进行分析的时候，对应阻抗也将会有非常大的变化。对于图中的两条不同的曲线是在同一个网络中不同地点进行测量后获得，从图中两条曲线表现的形式可以看出输入位置的不同将会对阻抗产生很大的影响，进而对系统的正常运行产生非常大的影响。

3 低压电力线信号的衰减特性分析

通过对载波通信衰减的情况进行充分分析知，导致此种情况发生的原因众多，但是综合考虑来看高频率信号经过电压线路传输时的衰减是一个非常重要的原因。就高频信号来说，低压线路并不能够看成一个均匀分布的输电线路，这主要是因为多种类型的负载不规则的在系统中不同位置接入，所以说高频信号经过电压线路传输的时候一定会产生衰减。并且非常明显的是信号衰减的快慢以及多少将与通信的具体距离以及信号的实际频率大小有着非常直接的关系。但是总体的规律可以总结为当传输距离越远的时候这个信号的衰减程度将会越大。然而，实际的输电线路是非均匀的，上面链接的负载也有多种特性加上负载链接的位置也不同，因此，部分线路上很有可能出现反射以及驻波等多种复杂现象。多种现象的不同类型组合又将导致信号的衰减随着距离的变化变的极其复杂，甚至出现距离近的位置衰减的多，而距离远的位置衰减少现象的出现。另外对于民用电网，其正常运行的时候只使用三相系统中的一相，从而导致三相负载中的每一项所接负载的性质都有非常大的差别，进而也就导致每一相上的衰减程度存在一定的差别。此种情况的出现将会导致接收机与发送机位置相同但是接在不同相上时，误码的概率具有很大的差别。

通过众多学者的研究知，信号频率的大小与其衰减的程度具有非常重要的关系，并得到了规律性的结论。比如重庆大学著名教授谢飞等人就采用了相应的方法来具体设置了测量信号衰减特性特性并得到了相应的结果，

下面对此方法的基本原理进行简单介绍，首先是系统中信号发生器对应的产生一个单频率的信号，然后在经过一个功率放大器将这个信号实施放大操作，再利用线性耦合的方式对应的将这个信号接到低压配电网中。当获得这个信号后，系统的接收端将会收到两种信号，分别是有用信号和噪声，再接着就是这两种信号的电平经过一个和发射端一样的线性耦合网络后，对应的加在一个阻性的负载，经过这样的处理后再对产生的信号进行电压表测量即可。通过对最终的结果进行分析知此装置测量的信号具有非常好的准确性。

4 载波通信干扰特性研究

通过对载波通信准确性的影响因素进行分析知，能够影响此通信准确率的原因还有个非常值得去认真研究，那就是电力线上干扰的特殊性质，众所周知，产生干扰的来源主要来源有两个，分别是人为和非人为。其中对于非人为来说，其主要值得是多类型自然灾害产生的影响，比如说雷电、暴雨以及大雪和风暴等对电力线路产生的干扰；对于人为产生的干扰，则是由连接到电力线路上的负荷性质引起的，通过分析知此类型干扰对系统的影响性更大。对这多种干扰性质进行分析知，不能将所有的干扰都统一的人定为是一种干扰，而应该对应的将其分为周期连续和脉冲以及是不变连续和随机突发等几种类型的干扰。通过对多个场合多组数据进行针对性分析并总结后知，后两者相对而言占有的比例较大。

对于电力线路上的干扰，产生它的主要原因是电力线路上的噪声，而产生这个噪声的原因又有多种因素引起，总体而言是电器以及电磁和电力线路本身三种途径引起。主要的硬件设备可以总结为电动机以及电灯调光器和电视等，所以说当这些设备频繁性开断的时候就会给线路上产生非常大的噪声。

参考文献

[1]张保会,刘海涛,陈长德.电话、电脑、电视和电力网“四网合一”的概念与关键技术.中国电机工程学报,2019,21(2):60~65

[2]虞华艳,毛德样.基于正交频分复用调制的低压电力线高速数据通信.电子技术，2019(3):25~28