高压输电线路电力通信系统的抗干扰技术研究

2024-05-17李培龙邢焕智

通信电源技术 2024年6期

冯敬，李培龙，邢焕智

（聊城华昌实业有限责任公司，山东聊城 252000）

0 引言

随着电力通信技术的不断发展和应用，高压输电线路电力通信系统在能源领域的地位日益重要。然而，由于高压输电线路所处环境复杂，且存在电磁干扰，严重影响着输电线路的稳定运行。因此，文章主要研究高压输电线路电力通信系统的抗干扰技术，以提高电力系统运行的稳定性和可靠性。

1 高压输电线路电力通信系统概述

1.1 高压输电线路电力通信系统的基本结构和工作原理

高压输电线路电力通信系统由前端采集装置、通信网络和后台主站3部分组成，具体结构如图1所示。前端采集装置负责在高压输电线路上采集数据，并将其转换为数字信号；通信网络则承担着数据传输的任务，即将采集的数据传输至后台主站；后台主站作为系统的核心控制中心，接收并处理从前端采集装置传输过来的数据，如数据解码和解密等，并根据预设的算法进行数据分析和处理，从而实现对电力系统的监测、诊断和控制[1]。

图1 高压输电线路电力通信系统结构

1.2 抗干扰技术在电力通信系统中的重要性和应用价值

由于高压输电线路所处环境复杂，易受各种干扰源的影响，如雷电、电磁干扰和电压突变等，这些干扰会对电力通信系统的稳定性和可靠性造成影响。因此，采用有效的抗干扰技术对电力通信系统进行保护和优化具有重要意义。抗干扰技术通过抑制外界干扰信号的干扰效应，减少通信信号的失真和丢失，从而确保数据的准确传输和系统的稳定运行。此外，采用有效的抗干扰技术，可以有效降低外部干扰对系统的影响，提高系统的抗干扰能力，确保系统能够在复杂的工作环境下正常运行。例如，采用抗干扰技术可以有效防范并应对外部恶意攻击和网络安全威胁，保障系统运行的安全性和稳定性。

2 干扰源与干扰机理分析

2.1 高压输电线路的干扰源及其特点分析

在高压输电线路周围存在多种干扰源，这些干扰源的特点各不相同，但都会对电力通信系统产生不同程度的影响，具体如图2 所示。大气电场是常见的干扰源之一，具有较高的频率和信号强度，且受天气条件和地理环境的影响较大。在雷雨天气或雷暴季节，由于雷电活动频繁，会产生大气电场，从而对电力通信系统产生干扰。雷电是高压输电线路中另一个重要的干扰源，具有极高的电压和电流，瞬时放电产生的电磁波干扰会辐射到周围空间，对通信设备产生较强的电磁干扰，导致通信信号失真或中断。此外，高压输电线路本身的电磁辐射也是常见的一种干扰源，主要特点为频率较高、信号强度较大，且容易受到输电线路结构和工作状态的影响[2]。当高压输电线路跨越或临近通信设备时，电磁辐射会对通信系统产生干扰，进而影响通信信号的传输和接收效果。

图2 常见的高压输电线路干扰源及其特点

2.2 干扰机理与影响因素分析

在高压输电线路电力通信系统中，干扰机理主要涉及电磁感应和传导2 个方面。电磁感应是当高压输电线路中有电流通过时，会产生一个电磁场，该磁场会作用于周围的导体（包括电力通信系统中的导线和各种设备），进而在这些导体中产生感应电流和干扰信号。传导指高压输电线路通过电流传导的方式直接向周围的导体传播电磁波，导致通信设备中的线路、电路板等受到干扰，从而产生故障或误动作。

影响高压输电线路电力通信系统的因素主要包括输电线路的电流和频率、线路的载流子密度以及线路的电压和电流波形等。其中，电流大小和频率决定着磁场的强度和频谱分布，会影响感应电流的大小和频率，进而影响干扰信号的特性；线路的载流子密度和电压电流波形则影响着电磁波在传导过程中的传播特性，会直接影响干扰信号的强度和传播范围。

3 抗干扰技术研究与应用

3.1 信号调制与解调技术在抗干扰中的应用

在高压输电线路电力通信系统中，合适的信号调制方案可以有效提高信号的抗干扰能力，确保通信系统运行的稳定性和可靠性。常用的调制技术包括频率调制（Frequency Modulation，FM）、幅度调制（Amplitude Modulation，AM）和相位调制（Phase Modulation，PM）等。在信号调制过程中，采用适当的调制参数可以增加信号的带宽和频率偏移，使信号在传输过程中更加稳定，避免受到外界干扰的影响。对于频率调制技术而言，调制指数的选择对信号的抗干扰性能具有重要影响。调制指数越大，信号的频率偏移越大，信号更容易被区分和识别，能够提高信号的抗干扰能力[3]。调制后的信号可以表示为

式中：y(t)表示调制后的信号；A表示信号幅度；fc表示载波频率；φ表示相位偏移。

在信号解调过程中，采用适当的解调算法可以有效抑制干扰信号，并提取出有效的信息。常见的解调算法有锁相环（Phase Locked Loop，PLL）解调、数字滤波解调等。例如，锁相环解调器可以实现对信号的自动跟踪和锁定，从而提高信号的稳定性和抗干扰能力；数字滤波解调技术可以对信号进行滤波处理，抑制干扰成分，提高信号的清晰度和准确性。

3.2 前端滤波与信号增强技术研究

在高压输电线路电力通信系统中，前端滤波技术通过选择合适的滤波器，对输入信号进行滤波处理，以去除频谱中的干扰成分，使系统接收的信号更加干净、清晰。信号增强技术则是在信号处理的过程中采用一系列信号处理算法，对信号进行增强处理，以提高信号的强度、清晰度和可辨识性。

在前端滤波方面，常用的滤波器包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。这些滤波器可以根据输入信号的频谱特性进行选择，去除不需要的频率成分，并保留有效信号，从而有效抑制干扰信号对系统的影响。该过程用公式表示为

式中：Y(f) 表示经过滤波后的信号频谱；X(f) 表示原始信号频谱；H(f) 表示滤波器的频率响应函数。

在信号增强方面，常用的方法包括数字滤波、信号放大、信号重构等。数字滤波技术可以对信号进行数字化处理，如采用数字滤波器对信号进行滤波处理，以增强信号的强度和清晰度。信号放大技术则通过放大器对信号进行放大处理，提高信号的幅度，从而提升信号的辨识度。信号重构技术则是通过重建信号的波形，补偿信号中的损失，使信号更加完整、准确。

3.3 码型设计与纠错编码技术探索

码型设计是在通信系统中选择合适的码型，以增强信号在传输过程中的抗干扰能力。常见的码型设计包括差分编码、曼彻斯特编码、迪布斯编码等。在码型设计过程中，要综合考虑通信环境的特点，如高压输电线路存在的频率干扰、脉冲干扰等。合理的码型设计可以减小干扰对数据传输的影响，提高通信系统的抗干扰性。

纠错编码技术是通过在通信系统中添加冗余信息，使接收端可以在检测到部分错误的情况下进行自动纠正[4]。常见的纠错编码技术包括海明码、卷积码、低密度奇偶校验码等。这些编码技术在数据传输过程中可以通过检测和纠正错误位来提高通信的可靠性，从而增强系统的抗干扰能力。

在实际应用中，码型设计与纠错编码技术通常结合使用。通过合理选择码型设计，并结合纠错编码技术，可以实现对干扰信号的识别和修复。例如，在高压输电线路电力通信系统中，可以采用迪布斯编码和海明码，以提高通信系统的抗干扰能力和数据传输的可靠性。在发送端，利用迪布斯编码对原始数据进行编码；在接收端，利用海明码对接收的数据进行解码和纠错，以实现数据传输过程中的抗干扰和纠错功能。

3.4 智能算法在抗干扰中的应用研究

在高压输电线路电力通信系统中，智能算法可以分析和处理大量的实时数据，实现对干扰信号的实时监测，应用流程如图3 所示。例如，利用机器学习算法和深度学习技术，可以对高压输电线路上的电压、电流等信号进行实时监测和分析，以快速识别异常信号和干扰源。智能算法通过对干扰信号进行特征提取和模式识别，能够准确识别干扰信号，并对其分类。例如，采用支持向量机（Support Vector Machine，SVM）等分类算法，可以有效区分干扰信号与正常信号，从而准确识别出干扰源的类型和位置[5]。通过对信号特征进行动态调整和优化，智能算法可以实时调整通信系统的参数和工作模式，以最大限度地降低干扰信号的影响，保障通信系统的正常运行。