中壓配網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及阻抗匹配對(duì)電力線載波信號(hào)傳輸影響分析

胡 平，朱俊棟，李 勇，徐松曉

(1.國網(wǎng)河北省電力公司，石家莊 050021；2.國網(wǎng)河北省電力公司保定供電分公司，河北 保定 071051)

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中壓配網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及阻抗匹配對(duì)電力線載波信號(hào)傳輸影響分析

胡 平1，朱俊棟1，李 勇2，徐松曉2

(1.國網(wǎng)河北省電力公司，石家莊 050021；2.國網(wǎng)河北省電力公司保定供電分公司，河北 保定 071051)

結(jié)合載波通信技術(shù)在10 kV配電線路上的現(xiàn)場通信測試情況，分析了變電站網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及阻抗匹配對(duì)中壓配電網(wǎng)載波信號(hào)的影響，為智能配電網(wǎng)中壓電力線載波通信技術(shù)實(shí)用化提供參考。

電力線載波通信；配電網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；阻抗匹配

目前，我國的配電通信網(wǎng)規(guī)劃確定了配網(wǎng)通信系統(tǒng)綜合采用光纖、載波、無線多種方式的技術(shù)路線，但在實(shí)際建設(shè)中光纖通信存在光纜敷設(shè)費(fèi)用昂貴、維護(hù)工作量大、無線通信存在通信可靠性較差等問題。而電力載波通信PLC(Power line Communication)技術(shù)是電力系統(tǒng)特有的通信方式，利用現(xiàn)有的配電網(wǎng)絡(luò)作為信道，通過載波方式將模擬或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行高速傳輸?shù)募夹g(shù)。隨著新的正交頻分復(fù)用(OFDM)調(diào)制技術(shù)的快速發(fā)展，基于多載波調(diào)制方法的電力線載波通信已成為當(dāng)前智能配電網(wǎng)通信技術(shù)的研究熱點(diǎn)，與配電網(wǎng)中其他通信方式相比，存在廣泛性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)時(shí)性及互動(dòng)性等自身獨(dú)特優(yōu)勢，成為智能配電通信網(wǎng)的首選方式之一[1]。但城市中壓配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比輸電網(wǎng)復(fù)雜很多，主干線路上掛接很多分支線路，電纜和架空線路串并皆存在，且在沿線跨接很多配電變壓器以及無功補(bǔ)償裝置、中壓開閉所等電氣設(shè)備，使得載波信號(hào)的通信信道復(fù)雜多變，難以預(yù)估[2-3]。

1 載波通信測試站點(diǎn)接線情況

本次載波通信測試站點(diǎn)選擇保定市大陽110 kV變電站。該變電站110 kV側(cè)采用內(nèi)橋接線方式，10 kV側(cè)采用單母線分段接線方式，每段10 kV母線上都接有十幾條配電出線。在大陽站555號(hào)10 kV配電線路上進(jìn)行配電線路載波直接通信測試，見圖1。

圖1 大陽站555號(hào)10 kV配電線路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽?/p>

由于大陽站555號(hào)10 kV配電出線為電纜線路，故采用卡式電感耦合器將載波機(jī)發(fā)出的載波信號(hào)耦合到電纜線路上，簡單安全，無需停電。其測試簡圖如圖2所示。在大陽站站內(nèi)555號(hào)10 kV配電出線處和環(huán)網(wǎng)柜HK-06處分別經(jīng)電感耦合器安裝PLC通信裝置，測試2點(diǎn)之間直接通信時(shí)電力線載波通信情況。2點(diǎn)之間測試距離為3.32 km。通信測試過程中，所用載波機(jī)采用的是正交頻分復(fù)用技術(shù)，通信頻帶范圍為3～500 kHz，每間隔約5 kHz為一個(gè)通信頻點(diǎn)，共108個(gè)可選通信頻點(diǎn)，允許選擇18個(gè)子載波信道。設(shè)定初始通信頻點(diǎn)為在3～500 kHz頻帶范圍內(nèi)均勻選取的18個(gè)頻點(diǎn)。

圖2 電纜線路載波通信測試簡圖

2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)載波信道的影響

大陽變電站10 kV側(cè)配電出線多達(dá)二十幾條，由于配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，且配電線路上不允許裝設(shè)高頻阻波器，所以載波信號(hào)在大陽站內(nèi)存在分流現(xiàn)象。通信測試過程中，載波發(fā)信機(jī)通過電感耦合器將信號(hào)耦合到大陽站555號(hào)10 kV配電出線上，載波接收機(jī)在距發(fā)送裝置20 m左右處，經(jīng)電感耦合器分別耦合到大陽站554號(hào)和555號(hào)2條不同的10 kV配電線路上。

測試數(shù)據(jù)顯示，大陽站555號(hào)10 kV配電線路上的載波發(fā)信機(jī)發(fā)出的信號(hào)，在站內(nèi)554號(hào)和555號(hào)10 kV配電線路上均能夠收到，且2條線路上載波接收機(jī)的18個(gè)子載波信道收包率均較高，通信速率能夠達(dá)到70 Kb/s。

實(shí)際測試結(jié)果表明，大陽555號(hào)10 kV配電線路上的載波機(jī)發(fā)送的信號(hào)，在站內(nèi)其他10 kV配電出線上亦能感應(yīng)到，即大陽555號(hào)10 kV配電線路上的載波機(jī)發(fā)出的功率部分從站內(nèi)母排流失，使得555號(hào)出線到HK-06開關(guān)柜的載波功率減少。故變電站網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)中壓配電網(wǎng)載波信號(hào)的傳輸有一定影響，若載波發(fā)信機(jī)裝在站內(nèi)，則10 kV側(cè)母線上所接出線越多，載波信號(hào)能量的流失越嚴(yán)重，對(duì)配電線路上載波信號(hào)的傳輸越不利。

3 阻抗匹配對(duì)載波信道的影響

在大陽站內(nèi)555號(hào)10 kV配電出線的始端和環(huán)網(wǎng)柜HK-06處分別安裝了PLC通信裝置，2點(diǎn)之間距離為3.32 km，進(jìn)行兩點(diǎn)之間的直接通信測試，測試結(jié)果見表1和表2。

表1 頻率及匹配電阻調(diào)整前的測試數(shù)據(jù)

信道收包率信道噪聲信道收包率信道噪聲通道1(102.5kHz)85.106%56通道10(278.3kHz)0%71通道2(122.1kHz)0%120通道11(297.9kHz)0%0通道3(141.6kHz)0%55通道12(317.4kHz)0%56通道4(161.1kHz)0%46通道13(336.9kHz)0%115通道5(180.7kHz)0%183通道14(356.4kHz)0%53通道6(200.2kHz)0%50通道15(376.0kHz)0%0通道7(219.7kHz)0%59通道16(395.5kHz)0%43通道8(239.3kHz)0%94通道17(415.0kHz)0%66通道9(258.8kHz)0%169通道18(434.6kHz)0%38

表2 頻率及匹配電阻調(diào)整后的測試數(shù)據(jù)

信道收包率信道噪聲信道收包率信道噪聲通道1(29.3kHz)51.724%255通道10(161.1kHz)0%54通道2(43.9kHz)100.00%255通道11(175.8kHz)0%114通道3(58.6kHz)100.00%48通道12(190.4kHz)0%255通道4(73.2kHz)100.00%80通道13(205.1kHz)0%16通道5(87.9kHz)98.276%81通道14(219.7kHz)0%156通道6(102.5kHz)60.345%88通道15(234.4kHz)0%238通道7(117.2kHz)15.234%193通道16(249.0kHz)0%88通道8(131.8kHz)5.172%91通道17(263.7kHz)0%112通道9(146.5kHz)0.0%139通道18(278.3kHz)0%72

首次通信測試時(shí)，將載波收發(fā)裝置與電感耦合器間的匹配電阻設(shè)為0 Ω，頻點(diǎn)設(shè)置如表1所示。表1的測試結(jié)果顯示，載波機(jī)的18個(gè)子通道中僅有通道1一個(gè)通道能夠收發(fā)數(shù)據(jù)，通道1的頻點(diǎn)為102.5 kHz，收包率為85.106%，通信速率小于4 Kb/s?？梢姡瑢?duì)于較長的電纜線路而言，低頻段載波信號(hào)傳輸距離較遠(yuǎn)。之后的通信測試過程中，將載波通信頻點(diǎn)范圍設(shè)置在29～280 kHz，且逐步調(diào)整載波發(fā)送裝置與電感耦合器間匹配電阻，得到的實(shí)際測試數(shù)據(jù)如表2所示。通過對(duì)載波發(fā)送裝置與電感耦合器間匹配電阻的逐步調(diào)整，通道2、通道3和通道4的收包率逐步提升，最后收包率可達(dá)到100%。除了這3個(gè)子通道外，通道1、通道5、通道6、通道7和通道8在匹配阻抗的調(diào)整過程中，也能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)，且通道5的收包率也非常高?？梢娬{(diào)整匹配電阻后的信道的通信質(zhì)量有了質(zhì)的提高，其通信速率能夠達(dá)到30 Kb/s左右。故通過對(duì)耦合設(shè)備的自適應(yīng)阻抗匹配的設(shè)計(jì)，可以完成距離達(dá)3.5 km左右的兩點(diǎn)間的直接通信。城市10 kV中壓配電網(wǎng)臺(tái)區(qū)半徑通常為5 km左右，故要實(shí)現(xiàn)城市10 kV中壓配電線路的載波通信，需根據(jù)配網(wǎng)結(jié)構(gòu)及通信距離適當(dāng)?shù)脑O(shè)置中繼節(jié)點(diǎn)。

4 結(jié)論

電力線載波通信利用現(xiàn)成的配電網(wǎng)絡(luò)作為通信信道，大大節(jié)省了建設(shè)信道的投資，成為中壓配電通信網(wǎng)的重要選擇之一。該文結(jié)合載波通信技術(shù)在10 kV配電線路上的現(xiàn)場通信測試情況，明確指出了中壓配電網(wǎng)載波通信技術(shù)實(shí)用化過程中所涉及的兩點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)。

a. 變電站網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)中壓配電網(wǎng)載波信號(hào)傳輸?shù)挠绊?，若載波發(fā)信機(jī)裝在站內(nèi)，則10 kV側(cè)母線上所接出線越多，載波信號(hào)能量的流失越嚴(yán)重，對(duì)配電線路上載波信號(hào)的傳輸越不利。故在進(jìn)行載波通信組網(wǎng)時(shí)，需要考慮主、子站點(diǎn)的設(shè)置。

b. 阻抗匹配對(duì)中壓配電網(wǎng)載波信號(hào)的傳輸至關(guān)重要，需要研究設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)阻抗匹配的智能耦合設(shè)備，以滿足載波通信技術(shù)的通信質(zhì)量。對(duì)于城市10 kV電纜線路，主要采用YJV22型線路，其耦合設(shè)備自適應(yīng)阻抗匹配范圍建議取20～40 Ω；對(duì)于城市10 kV架空絕緣線路，主要采用JKLYJ型線路，其耦合設(shè)備自適應(yīng)阻抗匹配范圍建議取250～300 Ω。

[1] 李建岐，陸 陽，高鴻堅(jiān). 基于信道認(rèn)知在線可定義的電力線載波通信方法[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2015, 35(20): 5235-5243.

[2] 焦邵華,劉萬順,鄭衛(wèi)文,等.配電網(wǎng)載波通信的衰耗分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2000, 24(8):37-40.

[3] 楊曉憲,鄭 濤,張保會(huì),等.10 kV 中壓電力線信道傳輸特性測量與研究(二):信道傳輸路徑損失[J].電力自動(dòng)化設(shè)備, 2006, 26(12):6-12.

本文責(zé)任編輯：羅曉曉

Analysis of the Influence of Topology and Impedance Matching on Power Line Carrier Signal Transmission in Medium Voltage Distribution Networks

Hu Ping1，Zhu Jundong1，Li Yong2，Xu Songxiao2

(1.State Grid Hebei Electric Power Company,Shijiazhuang 050021,China;2.State Grid Hebei Electric Power Company Baoding Power Supply Branch, Baoding 071051,China)

Combined with the field communication test of carrier communication technology on 10kV distribution line, the influence of substation network topology and impedance matching on the carrier signal of medium voltage distribution networks is analyzed, it provides reference for practical application of medium voltage power line carrier communication technology in intelligent distribution networks.

power line carrier communication technology;distribution networks;network topology;impedance matching

2017-01-09

胡 平(1968-),男,高級(jí)工程師,主要從事電力系統(tǒng)自動(dòng)化、信息化相關(guān)工作。

TM73

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1001-9898(2017)03-0001-02