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低压电力线载波通信技术及应用探讨论文
摘要： 低压电力线载波通信是以低压配电线作为信息传输媒介进行数据或语音等传输的一种特殊通信方式,电力线网络覆盖范围的广泛决定了其具有相当大的潜在利用价值。国外对此研究已有近百年的历史，在理论和技术上有着绝对的优势。我国外对其进行的研究起步很早，到目前为止也取得了相当大的成绩，而我国电力网络比较独特，同时对这项技术的研究也直到近些年才开始，这些都决定了我们积极进行这项技术研究的迫切性。本文将重点讨论低压电力载波通信的基本原理、通信信道特性和建模、低压电力载波通信系统的网络组网，对各种关键技术和各类载波芯片及模块进行比对分析。
关键词： 低压电力线;载波通信;技术应用
1低压电力线通信系统设计策略
低压电力线载波通讯的质量在实际操作中受到很多方面因素的影响，其中最重要的两个方面包括通讯信道的阻抗特性和衰减性，以及噪声干扰，抗阻性将直接制约信号的传输距离，而噪声干扰则严重影响通讯的质量。可以说这两个因素直接决定通信系统的成败。只有将这两方面进行有针对性的分析和研究才能对低压电力通讯系统进行较为周全的设计，而针对这些特征，对通信系统的设计要对如下方面充分考虑：1)由于电力线的抗阻的设计和材料的应用决定了其抗阻一般比较小，所以通信系统发送端和接收端抗阻要尽可能的控制，不能因抗阻的不匹配导致能量在传输过程中有过大的损失;
2)高频信号在室内电力线上进行传输时会有较大程度的衰减。并且具有时变性的干扰和噪声在信号通过电力线进行传输的时候普遍存在。因此要求室内电力线作为通信信道的.时候必须具备较强的抗干扰能力，才能实现通信系统的小信噪比，在电力线载波通信系统中较为常用的技术有扩频技术和正交频复用技术，扩频技术能够在小信噪比的情况下获得较高的接收信噪比，而正交频复用技术除了具备上述优点，还具备抗频率选择性衰落以及多径干扰的优势;
3)进行通信在波频率和带宽的选择时要有足够的合理性，要依据现实情况根据信号在频域上的衰减状况以及噪声频谱密度进行分析。以此来进行考虑的话应该选择较低的频段，相反如果首先考虑噪声因素的话则应该选择较高的频段，因此在现实中要对两方面进行比对考虑，进行综合性比较;
4)一般家庭电网都有较多的分支，同时由于抗阻的不匹配，驻波，反射等现象普遍存在，信号经由不同的枯井最终到达接收端时可能会产生较强的多径干扰，而rake接收机的采用不仅可以有效抵制多径衰落，还能起到分集信号能量，降低误码率的作用。
5)因为噪声源的远近对通信质量的影响最大，在无法改变距离的情况下要在通信接收处加装隔离作用较好的阻波器;
6)采用码长适当的卷积码能够进一步降低误码率;
7)因为时变性在低压电力线通信信号衰减方面表现的非常强，因此自适应能力在通信系统的设计工作中要给予足够的强调，使其能够根据衰减的实际情况对发射机功率以及接收机的灵敏度进行自动调节，从而使通信质量得到保证;
8)在进行低压电力线载波通信系统的设计时要尽量避免较长的数据分组，如需使用可将其进行重新分组打包，缩短数据分组的长度，因脉冲干扰的存在，数据分组越短越有优势这样被脉冲干扰的数据量就能得到相应降低，保障了数据的传输速度。
2在国内的具体应用
发达的供电网络线路为低压电力线载波通信技术的发展提供了广阔的平台，这种技术具有不占用无线频道资源、节约布线、减少工程量、维护简单等无可比拟的优势。同时伴随科技的发展和我国电力网络的逐步开放，低压电力载波通信技术在国内的应用范围越来越广。较为典型的包括家居智能化和自动抄表以及新型智能化小区领域等。
家居智能化
智能化家居网络，是指把分布在住宅各中各种微控制器与PC连接成一个家庭网络，通过这种方式来实现对设备的智能化管理，同时还可以达到只要有插座的地方就可以无限制的接入因特网。
由于无需进行布设信号线的工作，组网工程具有不破换原有家具环境的优势。同时还能保障系统的稳定性，其工程造价也比较容易控制。
通常电力宽带上网系统由电力调制解调器、PLC设备、PC机、交换机及路由等设备等组成，使用低压电力线进行网络连接时，先通过电力调制解调器，将PC机信号转换为特殊的电力信号，再将电力信号经由电力线路传送到PLC设备中，同时该设备将电力信号转换为原来的数据信号，之后通过交换机以及路由器等设备进入互联网，从而达到电力线路入网的目的。
自动抄表系统
我国的自动抄表行业兴起于上世纪80年代，只是发展相对缓慢。直到2003年后才逐渐进入推广，从2006年开始进入迅速增长期,当下正处于电力载波抄表发展的黄金阶段。低压电力线载波通信的自动抄表技术正逐步走向实际应用阶段，使得抄表工作不受时间和空间的限制，居民用户也将随时可以查询自己的用电情况，电力管理部门也可以随时准确的得到电能数据。
3电力载波通信网络组网研究
低压配电线路具有物理拓扑和一定的时变性，同时逻辑拓扑的变化与信道质量有很大联系，这就使低压电力线载波通信的可靠性受到严重影响。已经有学者提出以高速电力线通信的组网方式、网络模型等角度进行探索和研究，从而找到合适的算法对电力线通信网络路由进行优化，以此提高电力通信的可靠性。已经有研究对低压配电网窄带电力线通信数据逻辑链路的选择、建立和自动路由等做了研究和探讨，并提出了一种基于非交叠分簇的动态路由算法和网络重构算法，来保证通信网络的有效性。有些学者提出在低压配电网电力线载波通信中采用网络自组与重构技术，可以自动侦测可通信逻辑节点和最佳中继节点、动态调整路由和配置中继信息以及自动识别节点的投入或切除，从而实现低压配电网中点到点、点到多点的可靠通信。
4结论
低压电力载波通信技术由于其特有的优势逐渐成为通信领域技术研究的热点，可以说低压电力载波通信技术具有很广阔的应用前景和可利用价值。但我国低压电力网的特殊性，决定了通信信道的分析和建模的困难较大，无法直接利用国外成熟的技术与产品。但随着国内研究机构和相关公司的重视，我国低压电力载波通信也正在逐步发展。具有自主知识产权的电力载波芯片的研制标志着我国在这一技术领域有了实质性的突破。但与国外重量级研究机构和公司仍存在较大的差距。我们应当逐步加强对这项技术的研究和应用推广，低压电力载波通信技术应用的具体方向除了远程自动抄表领域、家居智能化和新型智能化小区外，还可以在农业节水灌溉监测与控制与农产品流通过程信息化等方面获得广阔的发展空间。
参考文献
[1]王思彤，袁瑞铭，孙志杰.低压电力载波技术及其在抄表系统中的应用[J].电测与仪表，2008(3).
[2]刘晓胜，胡永军，张胜友.低压配电网电力线载波通信与新技术[J].电气应用，2006(2).
[3]刘晓胜，熊四军，戚佳金.基于混沌跳频的电力线交织编码技术[J].电力系统自动化，2008(14).
[4]周亚，王学玲.低压远程集中抄表系统的组成及其应用前景[J].农村电气化,2008(5).
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对闭环运行方式配电自动化系统的探讨【关键词】自动化系统【摘要】对闭环运行方式配电自动化系统的探讨0概述�配电作为电能发变送配中的最后一个环节，在电力生产中具有非常重要的作用。由于历史原因，过去未得到足够的重视。随着经济的发展和生活水平的提高，对供电质量和可靠性提出了更高的要求。大规模的两网改造结束后 -对闭环运行方式配电自动化系统的探讨【关键词】自动化系统【摘要】对闭环运行方式配电自动化系统的探讨0 概述� 配电作为电能发变送配中的最后一个环节，在电力生产中具有非常重要的作用。由于历史原因，过去未得到足够的重视。随着经济的发展和生活水平的提高，对供电质量和可靠性提出了更高的要求。大规模的两网改造结束后，配电网的布局得到了优化，但要进一步提高配电网的可靠性，还必须全面实现高水平的配电网自动化。� 实际上，近年来我国许多地区已经在不同层次、不同规模上进行了配电网自动化的试点工作，也取得了一定的成绩。但由于几乎所有的系统都是开环运行模式[1]，故障恢复时间都在30�s以上甚至数分钟，不能满足对供电可靠性要求更高的用户，只能采取双回供电、自备发电、大容量UPS等高成本方式来弥补。在此背景下，笔者单位与有关电力企业合作，在某国家级开发区配备了闭环运行方式的配网自动化系统。经过2年多的运行证明，系统功能和指标达到了设计要求，大大提高了配电网运行的可靠性，具有开创性意义。�1 供电区域配电网概况及配网自动化规划功能和目标 该区共10�km2，区内110�kV变电站一座，目前投入�MVA变压器2台。110�kV进线2回内桥接线，分别引自上级500�kV变电站。出线为35�kV�10回、10�kV�14回，改造前为架空线路与电缆出线混合方式，中性点不接地；改造后全部以电缆排管方式引出，小电阻接地。二次设备原采用常规继电保护和远动，仅有遥测、遥信送往上级调度中心，通信通道为载波和扩频，备有商用电话。� 拟分二期全面实现配电网自动化。本期规划主要目标是：� （1）以全闭环运行方式实现区内配电网自动化。� （2）提高供电可靠性，达到“N-1”供电安全准则，供电可靠率。� （3）建立配电监控系统，提高供电质量，电压合格率98%。� （4）线路发生永久性故障时，能自动进行故障识别、故障隔离和恢复供电。� （5）实现对用户侧设备的远方监控、抄表等负荷管理功能。� （6）同时容纳开环运行的方式。本期配电自动化系统主要实现以下功能：� 1)SCADA功能包括数据采集及处理、人机联系和制表打印；� 2) 馈线自动化功能主要是故障识别、隔离和自动恢复供电；� 3) GIS地理信息系统功能；� 4) 包括远方自动抄表功能在内的负荷侧管理功能；� 5) 与变电站RTU和上级调度中心通信功能包括传送遥测、遥信和接收控调命令。对于电压无功控制，本系统只向变电站/上级调度中心传送电压运行值，不在本系统中进行调压操作，但提供接入用户侧调压装置的接口，也可传达并执行上级配电中心的调压指令，并保留功能上的扩充余地。�2 对原配电网改造的主要内容�2．1 变电站综合自动化改造� 由于该110�kV变电站原有保护远动均采用常规装置，不具备联网、与用户变电室通信等功能，故首先对变电站进行改造，全部采用微机型的远动和保护系统。改造后的系统具备完善的“四遥”功能和微机保护功能，并能与调度中心、上级配调中心、本级配调中心、客户端RTU/FTU等进行通信。�2．2 部分用户变电室改造� 由于该开发区配网自动化规划设计采用电缆环网方式，所涉及的用户变电室在改造后均以2回电缆出线，与上下家企业连成环网，出线均安装可以遥控的开关。� 在每个企业的降压变加装DEP-900型FTU，并以光纤为信道连成环。区内整个配电网采用手拉手环网方案，可以在线路故障时就近的断路器自动跳闸，动作时间短，不依赖主站，对系统无冲击，避免了开环系统需开关多次跳合判断故障而带来的弊端。�2．3 接地方式的改变及接地电阻值的选择� 改造后全部改为电缆出线，电容电流要比架空线路高得多，需将原小电流接地方式改为经小电阻接地的大电流接地方式。从单相接地故障的情况入手，尝试了多个中性点接地电阻值，对系统的稳态和瞬时二方面进行计算，并比较随之改变的单相接地故障电流值、单相接地故障健全相电压值及弧光接地过电压值、铁磁谐振过电压值等，然后按照运行规程和继电保护等约束条件进行比较分析，综合计算考虑系统总电容电流、单相接地故障时的故障电流、工频过电压、继电保护配合及通信干扰限制等，将接地电阻阻值确定为5Ω[2]。�2．4 保护定值的调整� 系统接地方式改变及加装具备故障状态纵差保护功能的FTU后，对原110�kV变电站内的馈线、母线、主变压器、备自投各类保护定值均根据新的系统结构和运行方式进行了调整，上级500�kV变电站相应出线的保护定值也作了微调。�2．5 其他� 少数企业原采用架空线路，这次统一改为排管电缆。此外，在小区内敷设了多模光纤的环网信道，既为配网自动化提供高速可靠的数字信道，又为抄表、MIS系统联网、多媒体数据传输等预留了通信手段。� 由于FTU及开关操作都必须有可靠的不间断电源，以保证在配电网出现线路故障，导致保护动作、出线开关跳闸、故障电路全部停电或进行设备检修时，仍能提供FTU工作电源、通信电源和开关操作电源，故在各用户变配置了专用的小型220VDC高频开关式直流操作电源。�对闭环运行方式配电自动化系统的探讨【关键词】自动化系统【摘要】对闭环运行方式配电自动化系统的探讨0概述�配电作为电能发变送配中的最后一个环节，在电力生产中具有非常重要的作用。由于历史原因，过去未得到足够的重视。随着经济的发展和生活水平的提高，对供电质量和可靠性提出了更高的要求。大规模的两网改造结束后 -对闭环运行方式配电自动化系统的探讨【关键词】自动化系统【摘要】对闭环运行方式配电自动化系统的探讨0 概述� 配电作为电能发变送配中的最后一个环节，在电力生产中具有非常重要的作用。由于历史原因，过去未得到足够的重视。随着经济的发展和生活水平的提高，对供电质量和可靠性提出了更高的要求。大规模的两网改造结束后，配电网的布局得到了优化，但要进一步提高配电网的可靠性，还必须全面实现高水平的配电网自动化。� 实际上，近年来我国许多地区已经在不同层次、不同规模上进行了配电网自动化的试点工作，也取得了一定的成绩。但由于几乎所有的系统都是开环运行模式[1]，故障恢复时间都在30�s以上甚至数分钟，不能满足对供电可靠性要求更高的用户，只能采取双回供电、自备发电、大容量UPS等高成本方式来弥补。在此背景下，笔者单位与有关电力企业合作，在某国家级开发区配备了闭环运行方式的配网自动化系统。经过2年多的运行证明，系统功能和指标达到了设计要求，大大提高了配电网运行的可靠性，具有开创性意义。�1 供电区域配电网概况及配网自动化规划功能和目标 该区共10�km2，区内110�kV变电站一座，目前投入�MVA变压器2台。110�kV进线2回内桥接线，分别引自上级500�kV变电站。出线为35�kV�10回、10�kV�14回，改造前为架空线路与电缆出线混合方式，中性点不接地；改造后全部以电缆排管方式引出，小电阻接地。二次设备原采用常规继电保护和远动，仅有遥测、遥信送往上级调度中心，通信通道为载波和扩频，备有商用电话。� 拟分二期全面实现配电网自动化。本期规划主要目标是：� （1）以全闭环运行方式实现区内配电网自动化。� （2）提高供电可靠性，达到“N-1”供电安全准则，供电可靠率。� （3）建立配电监控系统，提高供电质量，电压合格率98%。� （4）线路发生永久性故障时，能自动进行故障识别、故障隔离和恢复供电。� （5）实现对用户侧设备的远方监控、抄表等负荷管理功能。� （6）同时容纳开环运行的方式。本期配电自动化系统主要实现以下功能：� 1)SCADA功能包括数据采集及处理、人机联系和制表打印；� 2) 馈线自动化功能主要是故障识别、隔离和自动恢复供电；� 3) GIS地理信息系统功能；� 4) 包括远方自动抄表功能在内的负荷侧管理功能；� 5) 与变电站RTU和上级调度中心通信功能包括传送遥测、遥信和接收控调命令。对于电压无功控制，本系统只向变电站/上级调度中心传送电压运行值，不在本系统中进行调压操作，但提供接入用户侧调压装置的接口，也可传达并执行上级配电中心的调压指令，并保留功能上的扩充余地。�2 对原配电网改造的主要内容�2．1 变电站综合自动化改造� 由于该110�kV变电站原有保护远动均采用常规装置，不具备联网、与用户变电室通信等功能，故首先对变电站进行改造，全部采用微机型的远动和保护系统。改造后的系统具备完善的“四遥”功能和微机保护功能，并能与调度中心、上级配调中心、本级配调中心、客户端RTU/FTU等进行通信。�2．2 部分用户变电室改造� 由于该开发区配网自动化规划设计采用电缆环网方式，所涉及的用户变电室在改造后均以2回电缆出线，与上下家企业连成环网，出线均安装可以遥控的开关。� 在每个企业的降压变加装DEP-900型FTU，并以光纤为信道连成环。区内整个配电网采用手拉手环网方案，可以在线路故障时就近的断路器自动跳闸，动作时间短，不依赖主站，对系统无冲击，避免了开环系统需开关多次跳合判断故障而带来的弊端。�2．3 接地方式的改变及接地电阻值的选择� 改造后全部改为电缆出线，电容电流要比架空线路高得多，需将原小电流接地方式改为经小电阻接地的大电流接地方式。从单相接地故障的情况入手，尝试了多个中性点接地电阻值，对系统的稳态和瞬时二方面进行计算，并比较随之改变的单相接地故障电流值、单相接地故障健全相电压值及弧光接地过电压值、铁磁谐振过电压值等，然后按照运行规程和继电保护等约束条件进行比较分析，综合计算考虑系统总电容电流、单相接地故障时的故障电流、工频过电压、继电保护配合及通信干扰限制等，将接地电阻阻值确定为5Ω[2]。�2．4 保护定值的调整� 系统接地方式改变及加装具备故障状态纵差保护功能的FTU后，对原110�kV变电站内的馈线、母线、主变压器、备自投各类保护定值均根据新的系统结构和运行方式进行了调整，上级500�kV变电站相应出线的保护定值也作了微调。�2．5 其他� 少数企业原采用架空线路，这次统一改为排管电缆。此外，在小区内敷设了多模光纤的环网信道，既为配网自动化提供高速可靠的数字信道，又为抄表、MIS系统联网、多媒体数据传输等预留了通信手段。� 由于FTU及开关操作都必须有可靠的不间断电源，以保证在配电网出现线路故障，导致保护动作、出线开关跳闸、故障电路全部停电或进行设备检修时，仍能提供FTU工作电源、通信电源和开关操作电源，故在各用户变配置了专用的小型220VDC高频开关式直流操作电源。�对闭环运行方式配电自动化系统的探讨【关键词】自动化系统【摘要】对闭环运行方式配电自动化系统的探讨0概述�配电作为电能发变送配中的最后一个环节，在电力生产中具有非常重要的作用。由于历史原因，过去未得到足够的重视。随着经济的发展和生活水平的提高，对供电质量和可靠性提出了更高的要求。大规模的两网改造结束后
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