电力线载波通信的特点

电力线载波通信的特点

一、高压载波路由合理，通道建设投资相对较低

高压电力线路的路由走向沿着终端站到枢纽站，再到调度所，正是电力调度通信所要求的合理路由，并且载波通道建设只需结合加工设备的投入而无须考虑线路投资，因此当之无愧成为电力通信的基本通信方式，尤其在边远地区更是这样。电力线载波通道往往先于变电站完成建设，对于新建电站的通信开通十分有利。为此，只要妥善解决电力线载波信道的容量问题，载波通信的优势就会显现出来。在中压配电网载波和低压用户电网载波中，节省线路建设费用，无须考虑破坏家庭已装修环境，也仍然是载波通信的优势。

二、传输频带受限，传输容量相对较小

在高压电网中，一般考虑到工频谐波及无线电发射干扰电力线载波的通信频带限制于40～500kHz之内，按照单方向占用4kHz带宽计算，理想情况下一条线路可安排115条高频载波通道。但由于电力线路各相之间及变电站之间的跨越衰减有限（13～43dB），不可能理想地按照频谱紧邻的方式安排载波通道，因此，真正组成电力线载波通信网所实现的载波通道是有限的，在当今通信业务已大大开拓的情况下，载波通道的信道容量已成为其进一步应用的“瓶颈”问题。尽管我们在载波频谱的分配上研究了随机插空法、分小区法、分组分段法、频率阻塞法及地图色法和计算机频率分配软件，并且规定不同电压等级的电力线路之间不得搭建高频桥路，使载波频率尽量得以重复使用，但还是不能满足需要。近来随着光纤通信的发展和全数字电力线载波机的出现，稍微缓解了载波频谱的紧张程度。

在10kV中压配电网和低压用户配电网中，除了新上的载波信号之外，不存在其它高频信号，并且一般为多址传输，因此通道容量问题并不突出。

三、可靠性要求高

有两个原因要求电力线载波机具有较高的可靠性，一是在电力系统中传输重要调度信息的需要；另一是电压隔离的人身安全需要。为此，电力线载波机在出厂前必须进行高温老化处理，最终检验必须包含安全性检验项目。为此，国家质检总局从八十年代开始即对电力线载波机（类）产品实行了强制性生产许可证管理[4]。随着时代的进步，目前管理的范围已包括各种电压等级的载波机、继电保护收发信机、载波数据传输装置（如配网自动化和抄表系统的载波部分）和电线上网调制解调器。目前大多数高压及中压电力线载波机生产企业已按照生产许可证的要求建立了较为完善的质量体系。

四、线路噪声大

电力线路作为通信媒介带来的噪声干扰远比电信线路大得多（见图1），在高压电力线路上，游离放电电晕、绝缘子污闪放电、开关操作等产生的噪声比较大，尤其是突发噪声具有较高的电平（见图1）。根据国外资料描述，电力线的噪声特性可分为四种类型：

1、具有平滑功率谱的背景噪声，这种类型噪声的功率谱密度是频率的减函数，如电晕噪声。这种噪声特性可以用带干扰的时变线性滤波模型来描述。

2、脉冲噪声，由开关操作引起，这种噪声与电站操作活动的关系较大。

3、电网频率同步的噪声，主要由整流设备产生。

4、与电网频率无关的窄带干扰，主要由其它电力设备的电磁辐射引起。

一般电晕噪声电平大致为：220kV -25dB；110kV -35dB（带宽为5kHz），在工业区、沿海地区、高海拔地区、新线路、升压线路和绝缘设备存在微小放电的线路上噪声电平还将增

高15dB左右。因此，在这样恶劣的噪声环境下，电力线载波机一般都采用较大的输出功率电平（37～49dBm）来获得必要的信噪比。

低压电力载波通道的噪声有背景噪声、脉冲噪声、同步和非同步噪声及无线电广播的干扰等构成[6]。

五、线路阻抗变化大

高压电力线阻抗一般为300～400Ω，在线路上呈波动状态，现场实测表明，在波动幅度达到1/2左右时，对载波通道衰减将产生严重的影响[7]。在通道加工不合理、不完善、存在容性负载以及T接分支线时，会加剧载波通道的阻抗变化并甚至中断通信。低压用户配电网载波通道的阻抗变化更大（见图2），在负荷很重时，线路阻抗可能低于1Ω，这使得载波装置不能采用固定的阻抗输出。

六、线路衰减大且具有时变性

高压电力线载波通道衰减与频率的平方根成正比（见图3），且具有时变性。工频运行方式的改变、线路换位、其它载波机带外乱真发射、载波通道间的串扰、线路分支线的长短以及绝缘子污秽、刮强风、下小雨、线路冰凌及阻波器调谐线圈性能等多种因素会对载波通道的衰减产生影响。为此，电力线载波机必须设置至少大于30dB范围的自动增益调整电路。一般来说，从500kV到220V（电压等级从高到低），电压越低线路衰减越大，时变性越强，建立通道越困难。有时在中压或低压配电网载波通道的衰减大到难以实现通信的状况时，设计人员不得不采用特殊的通信方式或设计多通道电路来自动进行选择。

七、对外界的干扰

由于高压电力线载波频段限制在40～500kHz，只要控制载波机的谐波和交调乱真发射功率足够小，即可避免对外界的干扰。目前值得研究的是在220V线路上的扩频电线上网装置的干扰问题，这类装置为了实现高速数据通信，往往占用频带达30MHz甚至更多，据国外媒体报道，当电力线数据通信使用2～30MHz的频带传输数据时，将会对该频段的短波无线电广播、业余爱好者无线电台等产生影响。目前我国还没有建立这方面的标准，应当将这种干扰限制在何种程度还需要进一步研究[8]。

八、网络应用要求更高

现代通信对电力线载波的要求也更侧重于网络方面，需要将原先仅限于通道的概念扩展为网络概念。以往的电力线载波机主要靠自动盘和音转接口实现小范围的联网，而将载波机与调度机协同考虑，实现载波机协同变电站调度机的组网应用以及适当设置能够与通信网监测系统接口的数据采集变送器应当是我们近几年考虑的问题。与高压电力载波不同，电力线载波在中、低压线路上的应用在开始阶段就是建立在网络应用的基础之上的。

目前需要考虑的一些技术问题

一、高压电力线载波

信道容量长期以来一直是电力线载波通信存在关键问题，如何进一步实现更高速、多路的电力线载波通信是进一步发展的主要课题。目前我们已通过成功地采用数字复接技术扩展了频域4kHz带宽的信道容量（达到28.8kbits/s），今后还可在线路频率的回波抵消上进行一番深入研究。国内以前曾有过对模拟正交调制实现通道容量倍增的研究，随着技术的发展，高精度的DDS（直接频率合成）技术已经商业化，这一研究还可继续进行下去。同时，在