低压机电一体化配电网电力线载波通信干扰频点过滤

低压机电一体化配电网电力线载波通信

干扰频点过滤

摘要：目前,在电力行业中配电系统的自动化逐渐得到发展。同时,伴随着各

类计算机技术的成熟应用,相应配套设备的研发和优化,推动自动化技术在配电网

络领域中得到充分运用。在配电网自动化发展过程中,需要大量机电一体化产品。这一部分产品最显著的应用优势在于能够实现将保护、监控、自我判断等功能融

为一体,并在运行过程中尽可能地减少各个功能相互之间的影响和干扰。同时,这

一性能也是未来配电网自动化发展的主要方向[1]。在低压机电一体化配电网体

系中,电力线载波通信技术利用已有的低压配电网作为传输媒介,实现数据传递和

信息交换,已成为世界上所有电力部门优先采用的特有通信手段。

关键词：低压机电一体化；配电网电力线载波；通信干扰

引言

低压电力载波通信（Ｌｏｗ－ｖｏｌｔｇｅＰｏｗｅｒＬｉｎｅＣｏｍｍ

ｕｎｉ－ｃａｔｉｏｎ，ＬＰＬＣ）是一种通过电力线进行信号传递的通信方式，也是使用较早的ＰＬＣ技术，被广泛应用在楼宇自动化系统、办公系统等自动化

领域的网络中。但低压配电网中负载状况比较复杂，噪声种类多，其中脉冲噪声

强度非常大，会导致传输信号的谐振与反射现象，进而造成信号衰减。为改善通

信质量，谭周文等提出基于压缩感知与虚警概率相结合的脉冲噪声抑制方法。利

用零子载波观测脉冲噪声投影，使用追踪降噪法估计脉冲噪声，结合门限获得噪

声支撑集合，在该集合上通过最小二乘方法对信号进行重构，得到去噪后的通信

信号。申敏等提出基于迭代消除非线性失真的改进置零法来消除脉冲噪声。对接

收到的时域信号进行脉冲检测与置零处理，从频域接收信号中去除重构的非线性

失真，完成脉冲噪声抑制。

1.电力线载波通信干扰频点过滤

1.1电力线载波幅度调节

为实现对低压机电一体化配电网电力线载波通信干扰频点的过滤,首先需要

通过对电力线载波幅度进行调节,从而改变通信过程中信号的强弱,以此找全所有

通信信道中的干扰频点。在调节过程中,引入正弦波幅度调节的方式,在恒定不变

的信号通信信道中,初步完成对电力线载波干扰的过滤。然后,根据传输过程中不

同通信信号的不同载波相位的特性来调整幅度。在电力线载波幅度调节的传输过

程中,通过改变相位幅度来改变信号载波相位,优化载波通信环境。在调节过程中,还需要引入PPDA技术,该技术应用于电力线传输信号的高速传输,将传输信号中

的数据进行拆分,利用多个通信通道实现数据流的并行传输,以调节数据传输速率。在实际应用中,数据分解过程表达式为Q=1k-1m2d(1)式中:Q为完成分解后的数

据;k为电力线载波幅度分解系数;d为电力线载波数据通信传输距离;m为某一电

力线载波的幅度值。根据式(1)完成对通信数据的分解,分解后的通信数据信号被

传输到每个子信道,至此传输完成。因此,根据低压电网机电一体化的不同通信环

境继续实施相应的调整方案,实现对载波幅度的智能调节,其调节公式为H=(1-

φ)+(1-β)·d(2)式中:H为调节公式表达函数;φ为电力线载波幅度调节因

子;β为电力线载波数据信息属性特征数据。在实际应用中,为合理利用电力线资源,在采用PPDA技术调整传输频率范围时,必须确保载波的信息波形处于交叉状态,以便载波中的信号频谱完全重合,从而接收到更完整的信息,保证后续通信的

精度。

1.2现有低压载波通信时钟同步业务

现有ＨＰＬＣ技术体制的时钟同步技术已有研究机构做了全面详尽的阐述。

现有ＨＰＬＣ技术所包含的精准时钟同步业务包括周期广播对时业务、精确广播

对时业务、特定表计点抄单播校时业务以及表计时钟误差监测业务四种类型。周

期广播对时业务是由集中器ＣＣＯ对台区所有ＳＴＡ执行的。一般每天在台区内

进行一次全台区的表计时钟广播同步操作，将各个表计的时钟同步到集中器本地

时钟，通过ＨＰＬＣ广播校时命令进行全网从节点的时钟同步。精确广播对时业务，一般认为ＨＰＬＣ的广播通信时延可以忽略不计，但针对临域干扰多、本地

网络层级深、通信质量恶劣的台区，ＨＰＬＣ本地广播通信时延可能会达到数秒，

需要采用预置对时时间的方式实现高精度的广播对时。特定表计点抄单播校时业务是主站发起对某个表计的点对点对时业务。针对某些时钟超差表计，其时钟误差超过广播校时的容许范围时，无法通过广播校时进行校时时，采用实时点抄的方式由主站直接进行节点时钟的校时。表计时钟误差监测业务是通过集中器或主站采集表计时钟信息，并估算误差实现的。集中器或主站可以周期性针对台区内的所有表计进行当前时钟信息的招测，由集中器或主站进行时钟误差的分析，针对误差大的表计进行点抄单点校时；针对时钟误差问题比较大的台区，可以在载波ＳＴＡ模块中增加时钟误差监测功能，当电能表的时钟与集中器的时钟误差出现超差时，主动生成事件上报报文，集中器将该事件转发到主站，最终由主站进行超差表计时钟的处置。

2.电力线宽带载波通信扩频干扰过滤

扩频通信技术是建立在载波幅度调制，以及将宽带频谱分解成窄带频谱的基础上，利用优化干扰过滤效果的手段，实现电力线宽带载波通信的干扰过滤。扩频通信技术在干扰过滤方面有抗噪声能力强、抗微弱能力强、稳定性能好、通信质量优等优点。扩频通信的具体技术是在信号发出端口进行调制，使信号自身所占频率远大于宽带的固定范围，再次进行调制，将扩大化的频率恢复到原来的状态，使信息稳定准确地传输。扩频技术的理论基础是Dagjan定理，在信息传送通道不变的情况下，宽带与信号干扰因素可以互换，在增加信号频率的宽度后，信号可以在干扰因素较少的情况下，稳定信息传输。利用此定理即便在干扰因素完全将信息传送通道覆盖的情况下，只要合理地增加信号频率宽带，也可以较为稳定地实现信息传输，就是扩频通信技术的原理。扩频成效的定义为信号频谱扩展后的宽带与原宽带的比值，其数据的大小可以用于观测扩频前后信息传输的稳定性性能，经过对比发现扩频成效的数值越大，电力线宽带载波通信的抗干扰能力越强，由此可见，通过扩频通信技术可以增强电力线。

结束语

针对低压机电一体化配电网提出了一种全新的电力线载波通信干扰频点过滤方法,并结合实例应用证明了该方法的可行性。经验证可知,本文方法未受到通信干扰频点数量的影响,可以有效提高低压机电一体化配电网的通信质量;在不同信