限制低压电力载波通信的因素及解决方法

2020-03-26李森吕剑

探索科学(学术版) 2020年1期

李森吕剑

西安特锐德智能充电科技有限公司陕西西安 710003

近些年，我国科研人员在对载波芯片的研制以及调制技术等方面的研究较为快速，对我国低压电力载波通信技术的发展和提高有重要的实践意义。本文通过分析低压电力载波通信的限制因素，针对其提出一些解决方法，为提高低压电力载波通信的速率和抗干扰能力提供自己的一些建议和想法。

一、低压电力载波通信的限制因素

从低压电力载波通信的原理来看，其是利用电力线来实现数据和信息的传递，但电力线本身是用来实现电能输送的功能，并不具有通信功能，所以其诸多方面难以满足载波通信的要求。现将限制因素总结如下：

(一)配电变压器的阻隔作用。低压电力线的功能是给用电设备进行50 HZ的电能传送，而配电变压器的主要功能是实现电能的转换，并对高频的电力载波信号产生一定的阻隔作用，但这种信号只能在配电变压器的区域范围内进行传送，不能跨区域进行传输，所以会对数据传输产生一定的影响。

(二)三相电力线间存在较大的信号损失。有研究表明，三相电力线间存在较大的信号损失，这种信号损失可达10d B-30d B。因此，在近距离的通信过程中，会出现收到不同信号的现象。为了确保信号的正确有效的传输和交换，避免出现收到不同信号的现象，电力载波信号只能在单相上进行传输，对数据的传输速率等就会产生一定的影响。

(三)信号耦合方式不同的限制。通常情况下，为了确保信号传输的有效性和可靠性，会采用不同的信号耦合方式。其中，信号的耦合方式主要由两种，即线地耦合、线中线耦合。这两种信号耦合方式后均产生一定的信号损失，但损失大小却有所不同，且适用范围也有所限制。线地信号耦合方式所产生的信号损失要比线中线耦合方式的小，但就适用范围来说，线中线耦合方式的适用范围更为广阔一些。

(四)低压电力线特性的限制。低压电力线所具有的特点对其通信也会产生一定的限制作用。其中，因电力线本身会存在一定的脉冲干扰，在每个交流周期中会出现两次峰值，峰值所带来的脉冲干扰时间约为10 ms，在这段时间内，信号的传送以及数据信息的传递均会受到一定的干扰和影响。其次，低压电力线所存在的噪声干扰，也是影响数据传输和信号传送的重要因素之一。其所存在的噪声干扰不仅包括上述所阐述的电力线脉冲干扰所带来的周期性噪声，还有分布在整个通信频带的背景噪声，以及因用电设备的突然断开或者随机接入而产生的突发性噪声，都会对数据和传输和信号的传送产生较大的影响。

二、解决低压电力载波通信的主要策略

(一)抗干扰策略。上文中对低压电力线所存在的干扰因素进行了简要的阐述，因其存在的干扰具有周期性、随机性等特点，再加上我国电网区域之间存在一定的差异，要想实现完全的清除是不切实际的。因此，可以采用反向对称调制法降低干扰所带来的影响。反向对称调制法是在发送端将两路互为反向的信号进行同时的发送和传输，并利用频率接近的载波进行调制，利用干扰的自身相减来降低或消除干扰所带来的影响和限制，从而提高数据和信号传输的质量和效率。其中，在反向对称调制中，减法器是一个较为重要的设备。其原理是，互为反向的信号实现同时传送后，接收端对其进行解调后利用减法器进行相减，因信号互为反向，减法器的输出幅度有所增大，若互为反向的信号在传送过程中所遇到的干扰相同，减法器就能够对这一干扰进行消除，从而实现信号和数据的高效传递。反向对称调制法如图1所示。

图1 反对称调制法

(二)抗噪声策略。上文中提到，低压电力线存在的噪声干扰是影响数据传输和信号传送的重要因素之一。为了提高数据传输和信号传送的质量和效率，可以采用扩频调制法解决这一问题。当前，扩频通信技术的运用对于解决配电网电力线通信具有重要的作用和意义。当干扰在信号频率范围内时，利用窄带信号的传输方式使接收端采用滤波方式进行解调，无法有效的将其所存在的干扰清除。但使用扩频方式对信号进行传输时，因干扰和信号并不相关，干扰在扩频作用下无法进入信号频率范围内，因此，对信号传输和数据传递的影响就会相应减小。采用扩频调制法就能够有效的解决电力线存在的噪声干扰问题。

(三)抗衰减策略。低压电力线是一种非均匀不平衡的传输线，当信号传输和数据传递的距离逐渐增加时，信号的衰减程度也会相应增加，有数据显示，电力线路所造成的衰减可高达60d B以上。因此，面对这种情况，载波接收机需要具备足够的动态范围来进行处理和解决。可将设备前端的可调范围放大，在放大百倍时，保持20d B的动态范围，这种配置能够抵抗较大幅度的信号衰减。同时，电力线对信号的衰减作用不仅具有不固定的特点，还具有时变性的特点，为了避免时变所带来的影响，可以通过监测电网噪声强度来判断电源开关的动作时间，从而避开动作时间，达到抗时变效果。