我国低压电网台区阻抗特性研究

我国低压电网台区阻抗特性研究
党三磊;肖勇;刘健
【摘要】设计专用数据采集装置,在低压电网现场数据采集,计算出不同频率信号下,工频周期内的电网阻抗,并形成三维阻抗频谱图.分析得出低压台区电网的频率在100 kHz以下,400 kHz以上的阻抗较稳定,阻抗值在0.5～15 Ω之间.建议载波发送装置的输出阻抗的设计值为2～15 Ω.
【期刊名称】《华北电力技术》
【年(卷),期】2013(000)001
【总页数】4页(P27-30)
【关键词】低压电网;电网阻抗;载波
【作者】党三磊;肖勇;刘健
【作者单位】广东电网公司电力科学研究院,广东广州510080;广东电网公司电力科学研究院,广东广州510080;广东电网公司电力科学研究院,广东广州510080【正文语种】中文
【中图分类】TN915.853
0 引言
我国正在进行大规模的电能量采集系统建设，低压电力线载波抄表模式正在被广泛采用。

电网本身是均匀的导体，其阻抗是基本稳定的。

但低压电网上并联了众多的用电设备，这些设备的随机投切对电网的整体阻抗产生较大的影响，在一个工频周
期20 ms内，电网阻抗从0.5欧到几十欧的巨大变化，这种变化对载波发送设备的设计带来复杂性［1］。

阻抗变化具有很大的不可预测性，难以通过建立数学模型加以描述［2－3］。

通过大量的现场阻抗数据采集发现，我国低压电网阻抗在一个工频周波的微分时段内，具有周期性变化规律。

因此，深入研究低压电网阻抗变化规律，设计科学合理的载波发送接收设备，对我国电能量采集系统的建设具有重要的现实意义。

1 台区载波信号分析
在台区A点，以5 kHz为宽度，发送频率为100～500 kHz的、同等幅值的正弦信号，在台区B点进行接收，会发现不同频率信号在接收端所呈现的幅值不同，且具有一定的变化规律，如图1所示。

可以看出，在10～500 kHz区间，在一个工频周期时间内，不同频率的信号，接收端信号幅值变化不同。

从电网输入阻抗的角度看，不同频率的信号，电网的输入阻抗不同。

图1 不同频率信号在接收端的幅值变化图
我国电网载波通信规定，低压电网载波通信的载波频率范围为3～500 kHz，即只有该频段内的阻抗才会对载波通信产生影响。

因此，需要详细研究3～500 kHz范围内电网阻抗的变化规律，从而为有效设计载波发送设备提供科学的设计依据。

2 阻抗数据采集原理和计算方法
设计阻抗数据采集设备如图2、图3所示，由信号源分别发送3～500 kHz的正弦信号。

该信号耦合到电网上，由高速数据采集设备进行采集。

通过计算高通滤波器上的电压V2和标准电阻上的电压V1的比值，可以得到电网在某个频率下的阻抗值。

连续采集并计算一段时间内(如一个工频周期20 ms)的各个频率的阻抗值，可以得
到一个连续时段内不同频率的阻抗，并形成一个三维阻抗图，有利于阻抗分析。

根据基尔霍夫定律，低压电力线阻抗的模
在一个工频周期内，分别计算不同频率下的阻抗值，可以得到阻抗频谱，从而可以深入分析电网阻抗在时间和频率上的特性，总结出低压电网阻抗变化规律。

3 三维阻抗频谱图绘制
根据电网阻抗的计算原理，在国内城区、城乡结合部、农村中，进行台区的选择，采集台区阻抗数据。

以三维阻抗频谱的方式进行展示和分析，直观地得出阻抗特性结论。

3.1 某台区集中器端和表端阻抗
在台区现场，在3～500 kHz范围内，以5 kHz为分辨率，在一个工频周期内，
即20 ms内，分别在集中器端和电表端进行数据采集。

得出如图4所示三维阻抗图。

图4中，X轴为0～20 ms时间轴，Y轴为3～500 kHz频率范围，Z轴为阻抗值。

对该图4分别在X的电压峰值和0值做切片，得到如图5所示图。

从图5可以看出，在不同频率下的阻抗从0.5～15 Ω变化。

频率小于100 kHz，
电压峰值和0值的阻抗趋于一致，较稳定。

频率超过400 kHz，电压峰值和0值
的阻抗趋于一致，较稳定。

频率在100 kHz至400 kHz之间，电压峰值和0值的阻抗差别较大。

对该图4分别在不同的频率对Y做切片，得到图6。

从图6可以看出，在不同频率下，0～20 ms内，阻抗的变化剧烈程度不同。

其中，80 kHz和420 kHz信号的阻抗变化较平稳。

而且，低于80 kHz，高于420 kHz 信号的阻抗变化较平稳。

图8中，X轴0～20 ms时间轴，Y轴为3～500 kHz频率范围，Z轴为阻抗值。

对该图7分别在X的电压峰值和0值做切片，得到图8。

从图8可以看出，在不同频率下的阻抗从1～15 Ω变化。

频率小于100 kHz，电压峰值和0值的阻抗趋于一致，较稳定。

频率超过400 kHz，电压峰值和0值的阻抗趋于一致，较稳定。

频率在100～400 kHz之间，电压峰值和0值的阻抗差别较大。

对该图7分别在不同的频率对Y做切片，得到图9。

从图9可以看出，在不同频率下，0～20 ms内，表端阻抗的变化剧烈程度不同。

其中，80 kHz和420 kHz信号的阻抗变化较平稳。

而且，低于80 kHz，高于420 kHz信号的阻抗变化较平稳，频率在80 kHz和420 kHz之间信号的阻抗变化较剧烈。

图9 20 ms内不同频率的阻抗图
3.2 例外台区的集中器端和表端阻抗
在现场采集阻抗数据发现，并不是所有的台区都符合上述变化规律，也有一些台区的阻抗变化不规律。

其变化模式如图10、11所示。

图11 现场表端阻抗变化
从统计数据看，现场不符合420 kHz阻抗高且平稳的台区约占测试台区的10%左右。

4 分析结论
在数十个不同的台区现场采集阻抗数据，绘制三维阻抗图，分析得出如下结论: 阻抗幅值，变化范围大，最小时为0.5 Ω，最大达到15 Ω。

时域趋势，随时间变化呈现100/50 Hz周期性变化趋势;过零点时刻与非过零点时
刻存在差异;在一段时间内，阻抗变化较恒定。

频域趋势，随频率增加阻抗值有增大也有减小，因地而异，但整体趋势有明显峰与谷;在相同地点，各频点变化趋势较恒定。

频率在超过400 kHz后，阻抗趋于稳定。

也有不符合该规律的台区，约占测试台
区的10%左右。

鉴于此，设计载波发送机时，在3～500 kHz频率范围内，宜采用较高频载波频率，2～15 Ω的范围内设计输出阻抗。

参考文献
【相关文献】
［1］邱玉春，徐平平.低压电力线载波信道特性分析［J］.电力系统通信，1999(6).
［2］刘海涛，张保会，谭伦农.低压电网通信信道的理论分析［J］.西安交通大学学报，2003，
37(10):1048 －1051.
［3］赵宇明，王赞基，郭静.配电网电力线高频阻抗特性分析［J］.清华大学学报(自然科学版)，2004，44(7).
［4］董恩钊，王志刚，孙辛茹.农村10 kV配电线路高频信道特性测试及分析［J］.电力系统通信，2007(1).。