中压配电网中电气设备对 PLC信道传输特性的影响

中压配电网中电气设备对 PLC信道传输特性的影响

沈军

浙江振心智能配用电服务有限公司 314300

摘要：电力线载波通信简称PLC，是一种利用现成的配电网络的信道，PLC信道大大的节约了建设信道的资金和资源，而以中压配网电力线载波通信的信道建模与信道特性分析为基础将可以有效地解决是PLC阻抗匹配、调制解调算法、组网等问题，对中压配电网中电气设备进行分析，探究其对PLC信道传输特性的影响规律将具有重要意义。

关键字：信道模型；窄带电力线载波系统；中压配电网；传输衰耗

前言

随着新的正交频分复用（OFDM）调制技术的快速发展，目前PLC已经有了较大发展，实现了基于多载波调制方法的高速率窄带电力线载波通信（NB-PLC）技术，并以其高抗干扰能力、强适应能力和组网灵活性等特点被广泛关注，对该技术的研究已经成为全世界通信技术领域的研究热点，对其实用化研究将具有重要意义。而城市配电网的结构较为复杂，存在有许多配电结构交错的情况，各种电器设备形成的载波通道也较为复杂，所以载波信号常常会被影响。

影响载波信号的因素

2.1阻抗匹配

中压配电网中存在有许多部件之间混联的情况，大多都是架空和电缆的混联线路，而因为架空线路和电缆线路的特性阻抗不同，其典型值也各有不同，架空线路的典型值在200-400Ω之间，而电缆线路的典型值在20-40Ω之间，这就导致了在不同的线路混联过程中，特性阻抗无法匹配，对载波造成了较严重的折射损耗。

2.2跨接配电变压器

城市电网一般都是中压配电网，其配电变压器在10KV左右，而针对于10KV配电变压器来说，10KV侧每相对地载波阻抗表现为容性，当其频率增高和容量增加的时候，其阻抗值不断降低，呈负相关。

2.3分支线路和补偿电容器组

分支线路对于配电网的主线路来说，更像是一个可以变化的阻抗，而分支线路的存在将会对配电网线路的载波信号造成衰减，加大衰减的幅度。补偿电容器组并不会因为高频信号的出现而增加阻抗值，所以在高频信号发生时，经过电容器可能会产生较严重的衰减，所以电容器组也有可能对PLC的传输特性造成较大的影响^[1]。

2.410KV开闭所

10KV开闭所是中压配电网输送以及分配电能的重要设备，而配电网接线方式下的拓扑结构、配置方式等因素可能对载波通信有较大的的影响。

中压配电网载波信道数学模型

3.1传输线模型

在实际情况中由于电网线路中存在有电阻、电感、线间电容电导，且随着位置的变化其实际电流电压值也会有变化，所以要对其进行函数描述，将线路首端和尾端的电压与电流关系采用均匀传输线方程来加以描述，将线长、单位长度的电容、电阻、电感、电导分别用x、C、R、L、G来表示，将x处的电流与电压用U_x和I_x来表示，末端的电流电压值则用U₂和I₂来表示，可以得到以下方程：

U_x=U₂·cosh（y·x）+ZI₂·sinh（y·x）；

I_x=I₂·cosh（y·x）+U₃/Z·sinh（y·x）。

其中，y为线路的传输常数，Z为线路的特性阻抗。而现实情况中的线路考虑到往往是架空线路和电缆相互组合的形式，而两者的相关参数并不相同，其信号传输特性也不相同。查阅资料可得，结合中压配电网中不同截流面积的架空绝缘导线和电缆的传输特性，以相关公式来计算两者的单位长度上的各项参数即可求解出两者的传输常数和特性阻抗^[2]。

3.2变压器PLC等效模型

由于在中压配电网线路的载波通信中配电变压器可以视为从高压侧看进去的输入阻抗，查阅相关文献可以得出将配电器低压侧断开或者短接，那么所测两到的高压侧阻抗变化不明显，所以在建立模型时可以利用等效配便器高频模型来代替其高压侧，当载波通信的频率升高，就会导致分布电容和铁芯产生较为明显的饱和效应，所以低频T型等值电路也无法在高频中采用，那么建立一个可以将变压器分布电容和铁心饱和特性的高频模型就很有必要，根据文献显示有一种变压器三电容等效高频模型较为适用。

3.3验证模型

验证模型是为了验证上述的变压器三电容等效高频模型的正确性而建立的，利用100-1000kHz频率段的载波通信实际测量中压配电变压器高压侧离散频点的阻抗曲线来进行对比，将上述模型所得到的虚拟阻抗曲线与实际情况中所测量到的实际阻抗曲线来进行对比，可以得到相应的变化趋势，发现两者在趋势上基本一致，也就是说变压器三电容等效高频模型的仿真性良好，可以较好的展现出实际情况的阻抗特性。

中压配电网各电气设备对载波信道传输特性的影响

4.1主干线的影响

在主干线路的长度方面，根据相关实验可以得到增加主干线路的长度其信号衰减峰谷值都没有明显的变化，但是数量却有明显的增多，所以主干线的长度并不能对载波信号的衰落有较大的作用。在主干线不同类型中，载波信号在架空线路和电缆电路中的传输衰减特性并没有很明显的差距，并且当线路的阻抗相匹配的时候，其电压的衰减特性曲线较为平滑，有助于传输载波信号

^[3]。

4.2混联线路的影响

在混联线路中，混联的情况较为复杂，而由上述架空线路与电缆线路的参数对比也可以得到其阻抗特性与载流面积并没有太大的关系，架空线路基本在250-300Ω而电缆线路在20-40Ω.由于两种线路串联时，两者的阻抗并没有太大差距，连接的地方的反射系数也不大，所以其引起的折射衰减不强，所以两段型号相同但是载流面积不同的线路以及型号相同载流面积相同的线路串联就可以得到相似的电压特性，而混联时则会导致信号的大幅度衰减。

4.3分支线路长度和数目变化

在分支线路上其长度和数目变化导致的载波信号传输变化可以由两分支配电拓扑增设两条线路来进行求解，将其不同距离下的幅频特性曲线绘制出来并进行对比，由实验可以得知其曲线基本保持不变，所以分支线路跨接对衰减特性的影响并不大，而增加长度会导致其衰减峰谷数目增加，且衰减幅度略有增加。但是在分支数目增加的情况下，其电压衰减幅度也会随着明显增大，长度和数目同时增加的话将会引起更加明显的电压衰减。另外在实验过程中，当分支线路连接在不同的节点时，其产生的电压衰减幅度将远远大于连接在一个节点的情况，但是中压配电网为了降低集中负载，往往就采用多节点跨接，这将会对载波信号产生非常严重的影响。

4.4负荷配电变压器的影响

根据实验可得当配电变压器的数目增多，PLC信道传输特性将出现选择性的衰落，且其幅度也较大，但是其衰减谷的数目却有明显的的减少，随之变化的时其衰减的频率范围增大，这一点与分支线路的情况相似，但是配电变压器的频段衰减基本都在-20dB以上，是可以促进信号传输的。

4.5补偿电容组的影响

当城市电网线路中的负荷逐渐增多，会导致其消耗过多的无功功率，那么也就会造成电压的差异和线路的较多损耗，而配电线路就需要以相应的装置和措施来将系统的无功电源进行合理的分配，将无功负荷采取补偿的方式来保持其电压水平，提高系统的稳定。无功补偿装置的投入将会对载波信号产生较大的影响，通过实验表明，无功补偿装置的位置和容量的增加都将会引起大幅度的电压衰弱。在实际情况中，可以通过增大无功补偿接入点的电缆长度来促进载波信号的传输^[4]。

结束语

本文通过对PLC 以及传输线的数学函数模型建立，以及多方实验的验证来说明主干线路、混联线路、分支线路、负荷配电变压器、补偿电容组的变化对载波信号的变化，探究了中压配电网中电气设备对PLC信道传输特性的影响，以供参考。

参考文献

[1]王艳,王东,焦彦军,赵洪山.中压配电网中电气设备对PLC信道传输特性的影响[J].电力电容器与无功补偿,2017,38(03):127-133.

[2]王艳,王东,焦彦军,赵洪山.中压配电网无功补偿装置对PLC信道特性的影响分析[J].电力系统保护与控制,2017,45(10):62-68.

[3]薛晨,焦彦军.中压配网PLC负载阻抗对功率传输特性的影响[J].机电信息,2017(09):16-17.

[4]王东. 城市配电网配电线路PLC信道建模研究[D].华北电力大学,2017.