10kV配电网自动化中电力线载波通信技术的应用

文/刘晓璇

1　引言

电力线载波通信是一种传播模拟信号或数字信号的通信方法。信号传输方法是载波方法，传输路径是电力线。本文选用10kV电力线作为电力线通信通信线路，因为它具有线路资源丰富，成本节约，可靠性高的优点。如果能够实现电力线载波通信技术在10kV配电网自动化中的广泛应用，则经济效益的提高是显而易见的，是通信领域的一次飞跃。

对于电力载波通信技术在10kV配电网中应用，国内外对此的研究目前主要集中在两个方面：一个是如何提高电力线的通信速率：另一方面是频带1MHz以上的高速PLC如何普及应用到家庭宽带中。当然，除此之外电力载波技术在10kV电力线的应用中也遇到一些问题，例如由于配电线路模型不统一，电力线噪声特性、频率特性以及线路阻抗变化无规律种种原因都会导致信号减弱甚至是耦合失败的情况；另外调制解调技术的不完善，也严重限制了电力载波技术在10kV电力线的大范围普及应用。就上述问题，本文就10kV输电线路特点、耦合技术、正交频分复用技术进行讨论。

2　10kV电力线总体信道特点

10kV电力线属于中压线路，中压线路作为电力载波通信的传输线路时由于其信道距离长、结构复杂、衰减大，会出现很大的多径效应和噪声的影响。中压电力线上的噪声和衰减特性随着传输距离、不同分支、不同类型的影响也各不相同。因此，将电力载波通信应用到10kV电力线上必须克服上述不利因素。对此，将10kV电力线传输的特点进行总结如下:

（1）信道上两地之间的负荷特性和负荷大小的不同将直接导致信道上相同的两点之间的双线频率特性产生差异；

（2）在40-500KHz范围内，频率特性会出现局部带通特性，带宽从几千赫兹至几十千赫兹不等，这种频率特性的局部带通特性会随着信号接收点选择的关系而出现随机分布的情况；

（3）中压线路中输入阻抗、多径效应、噪声和信道衰落会受到各类因素影响，例如时间、频率、位置、分支等等。

因此，在设计中压PLC系统时，有必要选择合适的技术来克服噪声和衰减的影响，结合具体的电路类型和特性，并选择合适的频率范围以确保可靠性和有效性如采用先进的信号传输正交频分复用调制技术的循环前缀的优点是减弱多径效应对电力线载波通信的影响;采用先进的纠错编码技术和映射调制技术，进一步改进中压电力线载波通信技术设备，抵御背景噪声，突发噪声等。

3　耦合技术

10kV电力线配电网结构复杂，其线路的输入阻抗并不固定总是会随着频率、时间和位置而变化。所以在利用中压线路来实现电力载波通信时的难点在于如何实现任意中压线路的阻抗匹配。针对不同的中压线路选择合适的耦合方式和耦合器，降低阻抗不匹配对通信信号传输的影响是至关重要的。

然而由于10kV线路网架结构的复杂性，使得其没有办法效仿常规输电线路那样进行全面阻波器的安装，因为T借点分支过多的原因那样做所需成本实在太大。可若是不安装阻波器就会严重加大阻抗匹配的难度，也会对电力载波通信的稳定产生影响。基于此本文提出一种以牺牲阻抗匹配性能为代价来适应线路侧宽范围的阻抗的耦合技术，这种耦合技术有两个问题需要重点关注：一个是虽然耦合性能会随着耦合电容或耦合电感越大而越好，但是相应的会导致电容或电感的随之增大，这也就加大了对各有特定参数的对地电容电流的影响；另一个是阻抗匹能性能差的问题没有解决，容易造成噪声入侵，通信质量变差。

通过具体的实验，我们可以看到通过耦合器件的信号，在给定频段（180-400kHz）的功率损耗都在1dB以内，基本上满足耦合器件对于工频50Hz信号起阻隔和隔离作用功能；还能满足高频载波信号传输频段在10-490kHz之间，工作衰减不大于10dB，满足信号源内阻和阻抗匹配等中压电力线阻抗等传输需要。

4　通信技术算法

在通信系统中调制技术是其中的关键所在，尤其是在电力载波通信应用到10kV输电线路中时，由于电力载波信道所具有的噪声特性和频率特性，使得没有办法将之前的各类调制系统中找到一种方法直接应用到PLC通信中。由于电力载波通信的频率特性，所选调制技术一定要解决严重信号衰弱的问题。要解决上述问题，所选用的调制技术必须具有多个载波频率而且能够实现数据传输速率的自适应调整以及在多个载波频率上的自适应动态分配，只采用固定频率的调制技术是无法满足要求的。然而跳频技术虽能做到载波频率的自适应切换，可是其过低的传输速率也是无法达到电力载波通信的要求。

基于以上各类调制技术的优缺点发现正交频分复用作为一种特殊的载波调制技术能够有效的解决电力载波通信中的频率特性问题。该技术优势明显，其不但能有效地对抗由于多径效应或其他原因引起的频率选择性衰落或窄带干扰，且与传统并行数据传输相比具有频谱利用率高的优点。

5　总结

综上所述，本文基于10kV配电网自动化中电力线载波通信应用详细分析了其应用过程中的问题以及关键技术难点，并对此进行了对应的方案介绍，希望对电力载波在10kV配电网的应用起到帮助。笔者相信，将电力线载波通信技术广泛的运用于10kV配电网的自动化中，一定可以产生巨大的社会效益，使得现代通信技术迈上一个新的台阶。