電力線通信技術的發展

2013-12-13 11:25:50 電力信息化　點擊量：1677 評論 (0)

1　電力線通信概述　　電力線載波通信（PLC）利用輸電線路作為信號的傳輸媒介，人們利用電力線可以傳輸電話、電報、遠動、數據和遠方保護信號等。由于電力線機械強度高，可靠性好，不需要線路的基礎建設投資和日

3PLC特殊的技術問題
　　電力網通常可以分為高壓網（＞100kV）、中壓網（1－100kV）和低壓網（＜1kV）。電力線是按照輸電的要求設計的，因而實現通信必然有許多限制；而且由于電力網所處的環境不同，要在這三種電力網上實現通信要克服的困難也不同。在高壓網上實現通信最容易，而在低壓網上實現通信要克服的困難最多。
　　不管是哪種電力網，要在電力線上實現通信要遇到兩個問題：一個是噪聲干擾強。噪聲干擾主要是電暈噪聲和脈沖噪聲。電暈噪聲又稱隨機噪聲，是由于電力線在高壓強電場作用下，對周圍空氣產生游離放電的電暈，以及絕緣子表面及其內部局部放電所引起的，主要存在中、高壓網中。電暈噪聲具有連續而均勻的頻譜，類似于白噪聲，它的大小與電力線路的電壓、電力線的粗細以及電力線周圍的環境有關。電壓越高，電力線越細，電暈噪聲越大；電力線周圍的環境濕度增大，將會引起電力線電暈及絕緣子放電加劇，造成電暈噪聲增大。脈沖噪聲主要是由輸電線路上的高壓設備（如隔離開關、斷路器等）操作、避雷器放電、線路短路以及雷電等原因引起的瞬時性干擾，在三種電力網中都存在。此外，電力線路或電氣設備存在一些缺陷，如避雷線和鐵塔以及開關等接觸不良等，也將產生脈沖噪聲。一般脈沖噪聲的持續時間都很短，對話音通信的影響有限，但是對高速遠動信號和遠方保護信號的影響很大。
　　信號在電力線上傳輸過程中會有衰減是PLC遇到的另一個問題。一般來說，信號的衰減隨著傳輸距離的增加而增加；在高壓網中，信號沿電力線路傳輸時還會受到天氣條件的影響。實踐證明，如果電力線路的絕緣良好，雨、霧、溫度和濕度的變化對電力線路的衰減沒有顯著的影響；但是天氣寒冷的地區，電力線表面上覆蓋的霜雪將使電力線對傳輸信號的衰耗顯著的增加，而且這種衰耗隨著信號頻率的升高而增加。而在低壓網中，由于電力線直接面向用戶，負荷情況復雜，各節點阻抗不匹配，所以信號會產生反射、諧振等現象，使得信號的衰減變得更為復雜。一般來說，低壓網中信號的衰減與頻率、工頻電源的相位有關。頻率增加，信號的衰減也將增加，而反射、諧振以及電力線效應等的影響也使衰減突然劇增。
　　由于低壓電力線直接面向用戶，因此在低壓配電網進行通信要克服更多的問題。首先低壓電力線上的干擾具有周期性、隨機性和時變性。周期性干擾的周期、寬度、強度和發生時間等都不固定，很難準確預測，而且這些參數的變化范圍也很大，因此在低壓網絡上采取針對性的措施抑制這種干擾很困難，而且這種干擾的寬頻譜也對接收端濾波器的防衛度提出了很高的要求。高壓開關操作等引起的隨機性干擾持續時間很短，一般幾十微秒到幾秒，出現時間具有不可預測性。這類干擾可以通過前向糾錯碼、碼分多址技術、自動重發機制等加以克服。其次用戶負荷的隨機接入和切除，網絡結構的變化以及其他自然因素使得人們很難采用一個準確的數學模型對低壓網進行建模，目前的研究多以定性分析和實驗數據測試為主，即使有學者提出了一些模型，也往往是附件了很多限制條件，不符合實際情況。由于缺乏準確的數學模型，設計PLC設備時要求它具有很好的自適應能力，以便在實際低壓配電網上有很好的通信質量。最后瞬間的短路會造成嚴重的安全問題，因此必須為電力線通信提供安全保護。一般要求用戶設備不能直接隨意接入電力線，只有得到授權的用戶設備才能接入電力線。