低压电力线载波通信技术分析

低压电力线载波通信技术分析摘要随着通信技术的不断发展，电力线通信技术同益引起人们的关注。利用现 有的电力线实现数据通信，可以大大节省通信网建设的费用并简化通信设备线路， 而且具有见效快、不易受到破坏、与电网建设同步等优点。在进行电力传输的同 时，可以实现对数据、语言和视频等多项业务的承载。关键词低压电力 载波通信技术 分析电力线载波通信技术是电力系统特有的，它是以输电线路为载波信号的传输 媒介的电力系统通信，电力线载波通信是一种特殊的通信方式，它利用高中低三 种电力线作为信息传输媒介进行语音或数据传输。该技术是将载有信息的高频信 号加载到电力线上，数据传输用电线进行，通过专用的电力线调制解调器将高频 信号从电力线上分离出来，然后传送到终端设备。随着科学的进步，技术的发展， 电力线载波通信这门专业正逐渐成为一门热门专业。一、低压电力线载波信道的传输特性对于所有的通信信道而言，决定其性能的基本参数、通讯协议和错误控制码 的基础是信号衰减、阻抗和干扰。将电力线作为信号传输媒介前，需要先对其信 道特性做简要分析。低压电力线是非均匀分布的传输线，各类不同性质的负载在 此根低压电力线的任意一个位置随机性地连接或者断开，这种现象引起信号在低 压电力线上传输时有明显衰减的可能性。然而这种衰减现象与通信的距离、信号 的频率等方面都有着非常密切的联系；负载的类型和数量，电感、电容的分布等 多方面影响因素，随着信号频率变化的情况导致电力线上的输入阻抗变得异常复 杂，甚至不能进行正常预测；干扰特性在低压电力线上表现得相当复杂，通过试 验研究发现，干扰的多变性，表现为因时而变、因地而变两个方面，因地而变的 情况是由高频信号在低压电力传输线上的传播过程中产生的谐振、行波等原因所 造成。由此得出：信号衰减和干扰特性在低压电力线上的传输的过程当中具有时 变性、随机性大的特点，情况也较复杂，这就要求电力线载波通信有很强的自适 应能力。二、低压电力线传输干扰特性分析在低压电力线上进行数据通信时的另一个需要认真研究的重要问题是电力线 上干扰的特殊性质。电力线上的干扰可分为非人为干扰和人为干扰。非人为干扰 指的是一些自然现象，如雷电，在电力线上引起的干扰。人为干扰则是由连接在 电力线上的用电设备产生的，并对数据通信有更严重的影响。另外，有许多大功率的用电设备，如电机等，会在电网上产生很多的高次谐 波。这些高次谐波只存在于工频的整数倍的频率内，但是能量较大，且频率有可 能延伸到几万赫兹。如果信号频率正好与它们重叠，则对通信的可靠性会产生很 大的影响。在实际情况中，由于有大量的用电设备同时释放出干扰，而这些干扰 的瞬时功率、周期、相位等又变化很大，各不相同，因此最终会在电力线上产生 时不变的连续干扰。幅值较低的连续干扰就属于这种干扰。这种干扰表现为平均 功率较小，但是频谱很宽而且持续存在。由于信号在电力线上传输的衰减非常大 且富于变化，而且干扰频谱有可能部分或完全覆盖信号频谱，因此，在通信过程 中的信噪比可能会变得很低，通信误码率增加。低压电力线路上的各种大功率负载的突然开关、大功率电机的启停过程、功 率因数补偿电容器的投切以及短路、故障切除和重合闸等都会引起电压、电流的 突变和谐波分量的增加。而在离接收机近距离的范围内，某些中小功率的负载，如日光灯、计算机等的开关也会产生较大的突发脉冲干扰而影响通信。三、低压电力线载波通信信道传输特性分析1、低压电力线上输入阻抗分析输入阻抗是表征低压电力线传输特牲的重要参数，低压电力线上的输入阻抗 与所传输的信号频率密切相关。理论上，在没有负载的理想情况下，电力线是一 条阻抗均匀分布的传验线，在分布电感和分布电容的影响下，输入阻抗应该随着 频率的增大而减小；而当电力线上有负载时，所有频率的输入阻抗都会减小。但 是，由于负载类型的不同，使不同频率91阻抗变化也不同，所以实际情况非常 复杂，甚至不可预测。因为电网上负载随机的接入、切出，电动机的停运、启动， 家用电器的开、关，功率因数补偿电容的接入、撤除等原因，导致电力线上的输 入阻抗随着频率的变化而剧烈变化，变化范围超过了 1000倍，而且输入阻抗随 频率的变化并不符合一般想象下的随频率的增大而减小的变化规律，甚至与之相 反。由于这些负载会在电力线上随机地连上或断开，所以输入阻抗还是时间的函 数，在不同时间，电力线的输入阻抗会发生较大幅度的改变。2、低压电力线信道高频信号衰减特性分析高频信号的衰减，首并和线路的等效输入阻抗有关。基于前面分析的结果， 高频信号在低压电力线上传输的衰减，必然与通信距离、信号频率、传输时刻等 因素有密切的关系。从理论上说，信号传输的距离越远，信号衰减就越厉害。但 是，由于电力线是非均匀不平衡的传输线，接在上面的负载的阻抗也不匹配，所 以信号会遇到反射、驻波等复杂现象。这些复杂现象的组合，使信号的衰减随距 离的变化关系变得非常复杂，甚至会出现近距离点的衰减比远距离点还大的现象。四、总结低压电力线上的信号传输随机性、时变性大，衰减和干扰两个特性也非常复 杂，很难用数学模型或解析式较为准确地进行描述，这也是低压电力线高频信号 传输特性的分析一直以来更多的是以实验数据测试分析和定性分析为主的原因。 尽管在低压电力线载波通信中存在诸多困难，但我们仍然相信只需采用一些特殊 的技术手段来实现，用低压电力线作为通信信道的方法是十分可行的。电力线载 波通信技术有着令人振奋的应用前景。参考文献【1】邱玉春，徐平平.低压电力线载波信道特性分析电力系统通信.1999, 4849.【2】何海波，周拥华等.低压电力线载波通信研究与应用现状】J.继电器.【3】低压电力线载波信道特性分析.电力系统自动化时代，http:/www.省略 /goto/develop/plc/plc26.htm.【4】渠晓峰;李建岐;王立城;王智慧;赵涛;低压电力线载波通信自适应控制技 术分析A;2011电力通信管理暨智能电网通信技术论坛论文集C;2011年