电网自动化中中压配电载波通信技术的研究
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摘要： 由于中压配电线路上载波通信的实用性较强，已经受到大家的广泛关注，如何充分有效的利用网络资源，进一步提高数据传输质量是目前中压配电载波通信的焦点问题。与其他配电自动化通信方式比较，电力载波通信技术有自己的优势，随着电力线载波技术的不断发展，它已经成为配电自动化通信方式的重要补充。但是中压配电网中电力线传输时存在噪声大干扰严重、通信条件差信号衰减快、线路上多径效用明显等不利于通信的因素，大大降低通信的质量。简要分析中压配电载波通信技术。
0 前言
随着我国电力制度不断发生改革，配电自动化系统得到越来越广泛的应用，电力传输网自动化管理分为高压、中压、低压三级电网。目前，我国的高压输电网自动化模式已经基本形成，而对于中、低压配电网自动化还处于起步发展阶段，并没有形成一套完整的体系。就实际情况而言，建立优良的配电网自动化系统关键问题因素之一就是能否提供传输质量可靠、经济适用、符合要求的信息通道，因此，通信技术在配电网自动化系统中占有举足轻重的地位。在诸多通信技术当中，电力线载波通信技术因其具有显著的特点及技术优势，早已成为了应用在电力系统中最为广泛的通信手段。
电力线载波通信技术是通过利用电力线路将其作为信息通道的载波通信，比其他电力通信技术拥有更多的优点，如：施工方便工期短、相对投资金额小、通信设备简单等等。自电力载波通信技术问世以来，由于它具有非常高的通道可靠性，并且不易被破坏，经济性合理投资少等优点，成功的应用到电力系统中在高压电力线上进行的载波通信；到了九十年代末期，人们对中、低压配电网电力通信问题开始给予重视，逐渐成为研究的对象。目前针对低压配电网的载波通信研究已经成功步入实用阶段；而对于中压配电网来说，由于中压电力线具有一些不利因素，如何克服上述难题，提高信号传输的稳定性、抗干扰性、以及通信的可靠性来实现高效的电力线载波通信是现在我们努力的方向。
1 中压配电网中载波通信技术的主要特征
1.1 中压配电通信的特点
中压配电网中电力线路呈现出的分布特点不同与高压配电网线路分布，它表现出沿线跨接配变比较多、线路分支线多、线路出现衰减情况明显，多径效应突出等现象。因此，中压配电通信具有下面一些特点：
1）通道噪音。中压配电网中的噪声构成和高压配电网的噪声是不相同的。对于中压配电网来说，由于电压相对较低，不会出现输电线路上因高压电晕放电，或是其他方式放电的现象，这也使得中压配电网中随机产生的噪音干扰比较小。但是对于中压配电网来说不足的地方在于，电力线与用电器之间的距离更近，产生的脉冲杂音会直接干扰载波信号的传输质量。除此之外，载波通信还要考虑的因素是那些由电子控制的用电器会产生频谱较宽的噪声。
2）网路结构复杂多变。这一特点体现在多个层面上，第一方面是，组成中压配电系统中电力线上的结线、元件较多并且参数数据繁杂，除了有电缆线还分布着大量的架空线；线路分布情况也同样复杂，长度、截面尺寸不同的干线T接普遍存在，支线上出现再次或是多次支接的情况也很常见。第二方面是，网络之间的结线、运行方式也不易把握，整个线路上经常会有变动发生，而且这些变动发生的频率较高。因此造成了数据信息在电力线传输过程中不断变化运行方式，从而使信号在每个传输节点上或多或少的都会产生反射和折射现象。最后一方面也很重要，当气象条件发生变化时也会影响载波信号在电力线上的传输，使节点上的各个分量发生改变，使信号传输时产生不同幅度的波动。
3）配电载波传送信息对应关系。中压配电系统中配电站与其他站点、配电点之间的相互通信方式类似于广播的传送形式，不是单纯意义上的一个站点与一个站点相对应，而是一个总站点对应许许多多的分站点。
1.2 中压配电网载波通信中遇到的问题
中压配电线通信的特点同时也是载波通信技术应用时的难点。这主要体现在以下几个方面。
1）多径效应。由于配电网络拓扑可变，造成线路阻抗也随着时间发生变化，输电线路阻抗出现不匹配现象。因此，信号在网络结点上的反射和折射会对有用信号产生多径干扰，有时还可能在某些位置上形成通信盲点，不利于信号接收。想要完成效果良好的载波通信就必须克服多径效应产生的干扰，提高通信系统的抗干扰能力。为此，我们要进行配电网载波传输特性的研究和测试，合理应用载波通信技术的特性和规律。
2）载波信号衰减。在高压配电网中用电负荷比较稳定，通道中载波信号衰减现象不明显，而在中压配电载波通信系统中载波信号衰减会随着线路结构的变化、用电负荷变化而发生变化。信号衰减呈负荷越重，线路衰减越重、载波频率越高，衰减越大的特点，因而在载波通信设计时要尽量考虑最坏情况，并综合考虑选择配电线路载波信号的频率范围，在允许条件下一般使用2Ok～50kHz最佳。因为地埋电缆的线与线、线与地之间的分布电容较大，对载波信号的影响较大，所以在有地埋电缆的线路上，要选用相对较低的载波频率。
3）调制技术。中压线路载波通信系统与高压线路载波技术不同并不是单一的一对一关系。高压载波通信是用来实现两点之间长距离的通信，在线路两端一般会加设阻波器，避免区域内信号发生泄漏同时也是防止区域外的信号、噪声进入。而配电网自动化通信是用来实现开放式的一对多的网络化通信，并且要求全网内不加设阻波器。因此，传统的载波通信调制技不能满足其功率的要求，只有通过增加设备体积才能满足输出功率的需要。设备体积的增大又会带来施工不便等不利因素，所以要采用更先进、高效的调制技术。
4）中继问题。当电网自动化规模比较大，就会造成输电线路范围加长，或是载波数据信号传输超出其接受范围。这种情况下就必须设置中继点，针对不同的实际条件所选取的中继形式也不尽相同，要根据现场验证之后最终确定采用的中继方式。
5）发生故障时的通信问题。当配电载波通信线路发生故障时，首先要保证区域主站与配电主站之间的通信畅通。在区域主站的工作中主要应考虑通信设备与高频线路的耦合方式，以及如何做好区域主站与配电主站间的联络等。
2 解决中压配电网载波通信中遇到的问题
2.1 中压配电网电力线通信传输特性分析
为了解决中压配电网载波通信中遇到的问题，实现中压配电线上数据传输的可靠性。所以就要对中压配电网的传输特性进行分析和研究，从而对中压配电网通信进行指导。
1）衰减性。中压配电网中负荷情况比较复杂，节点上的阻抗不匹配都是导致信号衰减的主要原因。衰减主要有四个方面：时间相关、频率相关、距离相关以及配电网不同相位间的信号衰减，线路信号衰减会随距离和频率的增加而增大。
2）噪声性。电力线噪声干扰也是影响通信质量的关键因素之一。中压配电网中的噪声可以分为五大类：有声背景噪音、窄带噪声、非电网谐波的周期性脉冲噪声、与工频同步的周期性脉冲噪声、异步脉冲噪声。
3）多径传输性。多径效应的存在对信号也造成了严重衰减，多径传播表现为平坦衰落和频率选择性衰落。
4）阻抗特性。中压电力线可以分为地埋中压、架空中压两种类型。通过大量的调查研究发现两种不同的电力线上，他们的阻抗特性是会根据频率的高低起伏而增大或减小的，同时也会随时间、频率、测量位置的变化而变化，所以配电线阻抗特性的影响因素较多。
2.2 解决中压配电网载波通信问题的措施
解决压配电网载波通信问题可以通过下列手段进行：
1）合理选择信号可用频率。在载波通信设计时首先要选择信号频率，选择合适的信号频率有助于防止信号在电力线上发生衰耗。
2）中继规划。当传输距离过大时往往就需要考虑中继，由于传输信号在不同的地区或是遇到不同干扰下的情况下，传输距离也会有所不同。因此，要根据现场情况综合考虑中继方案。
3）抑制噪声干扰。电力线路上的噪声干扰是无时不在的。一般情况下都会采用较大输出功率的载波机从而达到满足要求的信噪比，进而将噪声对信号质量的影响降低到最低点。不过进行频繁地重发校验会造成大量人力以及物力的浪费，所以要对电力线路噪声进行有效的分析，才能有效地对突发噪声进行预测，减小有此带来的影响。
3 结论
综上所述，长期以来电力线载波通信网一直是电力通信网的基础网络，高电压等级的输电线路上已开通电力线载波通道，形成了庞大的电力线载波通信网。我们要不断加强研究和创新，加强电力线载波应用在中压电力线作为配电网自动化系统中。
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