中压配网拓扑结构及阻抗匹配对电力线载波信号传输影响分析

胡 平，朱俊栋，李 勇，徐松晓

(1.国网河北省电力公司，石家庄 050021；2.国网河北省电力公司保定供电分公司，河北 保定 071051)



中压配网拓扑结构及阻抗匹配对电力线载波信号传输影响分析

胡 平1，朱俊栋1，李 勇2，徐松晓2

(1.国网河北省电力公司，石家庄 050021；2.国网河北省电力公司保定供电分公司，河北 保定 071051)

结合载波通信技术在10 kV配电线路上的现场通信测试情况，分析了变电站网络拓扑结构及阻抗匹配对中压配电网载波信号的影响，为智能配电网中压电力线载波通信技术实用化提供参考。

电力线载波通信；配电网；网络拓扑结构；阻抗匹配

目前，我国的配电通信网规划确定了配网通信系统综合采用光纤、载波、无线多种方式的技术路线，但在实际建设中光纤通信存在光缆敷设费用昂贵、维护工作量大、无线通信存在通信可靠性较差等问题。而电力载波通信PLC(Power line Communication)技术是电力系统特有的通信方式，利用现有的配电网络作为信道，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。随着新的正交频分复用(OFDM)调制技术的快速发展，基于多载波调制方法的电力线载波通信已成为当前智能配电网通信技术的研究热点，与配电网中其他通信方式相比，存在广泛性、经济性、实时性及互动性等自身独特优势，成为智能配电通信网的首选方式之一[1]。但城市中压配电网的网络拓扑结构比输电网复杂很多，主干线路上挂接很多分支线路，电缆和架空线路串并皆存在，且在沿线跨接很多配电变压器以及无功补偿装置、中压开闭所等电气设备，使得载波信号的通信信道复杂多变，难以预估[2-3]。

1 载波通信测试站点接线情况

本次载波通信测试站点选择保定市大阳110 kV变电站。该变电站110 kV侧采用内桥接线方式，10 kV侧采用单母线分段接线方式，每段10 kV母线上都接有十几条配电出线。在大阳站555号10 kV配电线路上进行配电线路载波直接通信测试，见图1。

图1 大阳站555号10 kV配电线路网络拓扑示意

由于大阳站555号10 kV配电出线为电缆线路，故采用卡式电感耦合器将载波机发出的载波信号耦合到电缆线路上，简单安全，无需停电。其测试简图如图2所示。在大阳站站内555号10 kV配电出线处和环网柜HK-06处分别经电感耦合器安装PLC通信装置，测试2点之间直接通信时电力线载波通信情况。2点之间测试距离为3.32 km。通信测试过程中，所用载波机采用的是正交频分复用技术，通信频带范围为3～500 kHz，每间隔约5 kHz为一个通信频点，共108个可选通信频点，允许选择18个子载波信道。设定初始通信频点为在3～500 kHz频带范围内均匀选取的18个频点。

图2 电缆线路载波通信测试简图

2 网络拓扑结构对载波信道的影响

大阳变电站10 kV侧配电出线多达二十几条，由于配电网拓扑结构复杂，且配电线路上不允许装设高频阻波器，所以载波信号在大阳站内存在分流现象。通信测试过程中，载波发信机通过电感耦合器将信号耦合到大阳站555号10 kV配电出线上，载波接收机在距发送装置20 m左右处，经电感耦合器分别耦合到大阳站554号和555号2条不同的10 kV配电线路上。

测试数据显示，大阳站555号10 kV配电线路上的载波发信机发出的信号，在站内554号和555号10 kV配电线路上均能够收到，且2条线路上载波接收机的18个子载波信道收包率均较高，通信速率能够达到70 Kb/s。

实际测试结果表明，大阳555号10 kV配电线路上的载波机发送的信号，在站内其他10 kV配电出线上亦能感应到，即大阳555号10 kV配电线路上的载波机发出的功率部分从站内母排流失，使得555号出线到HK-06开关柜的载波功率减少。故变电站网络拓扑结构对中压配电网载波信号的传输有一定影响，若载波发信机装在站内，则10 kV侧母线上所接出线越多，载波信号能量的流失越严重，对配电线路上载波信号的传输越不利。

3 阻抗匹配对载波信道的影响

在大阳站内555号10 kV配电出线的始端和环网柜HK-06处分别安装了PLC通信装置，2点之间距离为3.32 km，进行两点之间的直接通信测试，测试结果见表1和表2。

表1 频率及匹配电阻调整前的测试数据

信道收包率信道噪声信道收包率信道噪声通道1(102.5kHz)85.106%56通道10(278.3kHz)0%71通道2(122.1kHz)0%120通道11(297.9kHz)0%0通道3(141.6kHz)0%55通道12(317.4kHz)0%56通道4(161.1kHz)0%46通道13(336.9kHz)0%115通道5(180.7kHz)0%183通道14(356.4kHz)0%53通道6(200.2kHz)0%50通道15(376.0kHz)0%0通道7(219.7kHz)0%59通道16(395.5kHz)0%43通道8(239.3kHz)0%94通道17(415.0kHz)0%66通道9(258.8kHz)0%169通道18(434.6kHz)0%38

表2 频率及匹配电阻调整后的测试数据

信道收包率信道噪声信道收包率信道噪声通道1(29.3kHz)51.724%255通道10(161.1kHz)0%54通道2(43.9kHz)100.00%255通道11(175.8kHz)0%114通道3(58.6kHz)100.00%48通道12(190.4kHz)0%255通道4(73.2kHz)100.00%80通道13(205.1kHz)0%16通道5(87.9kHz)98.276%81通道14(219.7kHz)0%156通道6(102.5kHz)60.345%88通道15(234.4kHz)0%238通道7(117.2kHz)15.234%193通道16(249.0kHz)0%88通道8(131.8kHz)5.172%91通道17(263.7kHz)0%112通道9(146.5kHz)0.0%139通道18(278.3kHz)0%72

首次通信测试时，将载波收发装置与电感耦合器间的匹配电阻设为0 Ω，频点设置如表1所示。表1的测试结果显示，载波机的18个子通道中仅有通道1一个通道能够收发数据，通道1的频点为102.5 kHz，收包率为85.106%，通信速率小于4 Kb/s。可见，对于较长的电缆线路而言，低频段载波信号传输距离较远。之后的通信测试过程中，将载波通信频点范围设置在29～280 kHz，且逐步调整载波发送装置与电感耦合器间匹配电阻，得到的实际测试数据如表2所示。通过对载波发送装置与电感耦合器间匹配电阻的逐步调整，通道2、通道3和通道4的收包率逐步提升，最后收包率可达到100%。除了这3个子通道外，通道1、通道5、通道6、通道7和通道8在匹配阻抗的调整过程中，也能够实现数据的收发，且通道5的收包率也非常高。可见调整匹配电阻后的信道的通信质量有了质的提高，其通信速率能够达到30 Kb/s左右。故通过对耦合设备的自适应阻抗匹配的设计，可以完成距离达3.5 km左右的两点间的直接通信。城市10 kV中压配电网台区半径通常为5 km左右，故要实现城市10 kV中压配电线路的载波通信，需根据配网结构及通信距离适当的设置中继节点。

4 结论

电力线载波通信利用现成的配电网络作为通信信道，大大节省了建设信道的投资，成为中压配电通信网的重要选择之一。该文结合载波通信技术在10 kV配电线路上的现场通信测试情况，明确指出了中压配电网载波通信技术实用化过程中所涉及的两点关键技术。

a. 变电站网络拓扑结构对中压配电网载波信号传输的影响，若载波发信机装在站内，则10 kV侧母线上所接出线越多，载波信号能量的流失越严重，对配电线路上载波信号的传输越不利。故在进行载波通信组网时，需要考虑主、子站点的设置。

b. 阻抗匹配对中压配电网载波信号的传输至关重要，需要研究设计能够实现自适应阻抗匹配的智能耦合设备，以满足载波通信技术的通信质量。对于城市10 kV电缆线路，主要采用YJV22型线路，其耦合设备自适应阻抗匹配范围建议取20～40 Ω；对于城市10 kV架空绝缘线路，主要采用JKLYJ型线路，其耦合设备自适应阻抗匹配范围建议取250～300 Ω。

[1] 李建岐，陆 阳，高鸿坚. 基于信道认知在线可定义的电力线载波通信方法[J]. 中国电机工程学报, 2015, 35(20): 5235-5243.

[2] 焦邵华,刘万顺,郑卫文,等.配电网载波通信的衰耗分析[J].电力系统自动化, 2000, 24(8):37-40.

[3] 杨晓宪,郑 涛,张保会,等.10 kV 中压电力线信道传输特性测量与研究(二):信道传输路径损失[J].电力自动化设备, 2006, 26(12):6-12.

本文责任编辑：罗晓晓

Analysis of the Influence of Topology and Impedance Matching on Power Line Carrier Signal Transmission in Medium Voltage Distribution Networks

Hu Ping1，Zhu Jundong1，Li Yong2，Xu Songxiao2

(1.State Grid Hebei Electric Power Company,Shijiazhuang 050021,China;2.State Grid Hebei Electric Power Company Baoding Power Supply Branch, Baoding 071051,China)

Combined with the field communication test of carrier communication technology on 10kV distribution line, the influence of substation network topology and impedance matching on the carrier signal of medium voltage distribution networks is analyzed, it provides reference for practical application of medium voltage power line carrier communication technology in intelligent distribution networks.

power line carrier communication technology;distribution networks;network topology;impedance matching

2017-01-09

胡 平(1968-),男,高级工程师,主要从事电力系统自动化、信息化相关工作。

TM73

B

1001-9898(2017)03-0001-02