低压电力线载波通信传输线参数测试与分析
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居民电力线低压载分析的论文居民电力线低压载分析的论文摘要:本文通过介绍一种新型的居民低压远方载波抄表的收费方式在昌平回龙观一个居民小区的实际安排和运行调试的过程,总结了现行的几种抄表和收费方式的不同之处和优缺点,并做了前景展望。
关键词:低压载波抄表1前言北京昌平供电局在改造回龙观龙华园居民小区的过程中,因为是旧楼,表箱不能满足卡式表的安装尺寸。
经过考察和技术论证,采用了一种用长寿命机械表加远方载波抄表的技术方案,较好的解决了改造难题,收到了良好的效果。
为了更好地为广大居民客户服务,降低电费支出,昌平供电局决定对此小区进行"一户一表"改造,由供电局提供合格的表计到各个居民客户,并结算抄表到户。
经过一系列的调研和分析,北京某公司的远方载波抄表系统,并于2002年1月份开始现场安装和调试,至今达到了预期目的,收到了良好的效果。
2低压配电线路载波抄表系统介绍2.1系统简介该载波抄表系统是采用窄带扩频技术,较好的解决了数据复杂的低压线路上的传输难题,有较高的抗干扰性和系统可靠性。
扩频通信是指用来传输信息的信号带宽远远大于信息本身带宽的一种通信方式。
其解调过程是由接收信号和一个发端扩频码同步的信号进行相关处理来完成的。
根据信息论(香农公式),扩频通信的好处在于:可用较大的带宽换取较小的信噪比,即较小的信号功率。
这时,系统表现出较好的抗干扰性,从而使强噪声环境下的通信质量得以改善。
这种"用带宽换功率"的措施特别适合电力线载波通信。
扩频系统还具有抗衰减能力强的特点,由于信号频带很宽,当由于某种原因引起衰减时,只会使一小部分频谱衰减,而不会使整个信号产生严重畸变。
其核心器件载波(扩频)调制/解调芯片-PL2000解决了在强衰减、高背景噪声、负荷特性连续变化的恶劣条件下,电表数据的准确采集和即时传输问题,是专门为适应我国民用低压配电网载波抄表而设计的,适合机械/电子全系列电表。
低压电力线载波通信原理及应用分析摘要:低压电力线载波通信主要是通过使用低压配电线作为通信的媒介来实现通信的一种通信方式。
低压电力线网络是现今覆盖范围最广的网络,相较于采用专用通信线路来实现的通信,使用低压电力线来作为载波通信的网络具有取材方便,建造成本较低的特点,具有十分高的开发潜力。
关键词:低压电力线载波通信;噪声;抗干扰1 低压电力线载波通信的发展历程使用低压电力线来构建载波通信网络这一构想已经发展多年了。
国外在多年以前已经开展了相关的研究。
经过多年的研究与发展,在使用低压电力线进行载波通信的研究上国外研究结构已将低压电力线载波通信的原理和低压电力线载波通信信道特性分析和建模、电力载波调制技术以及相关通信芯片的研制等完成了初步探索和完善,并就低压电力线载波通信的相关标准及商业化的运用进行了构建。
相较于国外对于低压电力线载波通信相关技术所投入的时间和资金,我国在低压电力线载波通信的相关研究起步较晚,但是研究发展速度极为迅速并取得了一定的成果。
在对低压电力线载波通信的前期的研究中主要集中在利用国外已有的固化的低压电力线载波通信调制技术和芯片进行相关的扩展开发,近些年来对于低压电力线载波通信的研究则集中于对国内配电网的信道特性进行调制技术的研究和低压电力线载波通信载波芯片的研制。
但是目前国内在低压电力线载波通信应用中的相关法律法规政策的制定还不完善,需要制定完善。
2 低压电力线载波通信系统的信道特性在低压电力线载波通信的信道、阻抗、信号衰减和干扰是决定其通信性能的基本参数。
当使用低压电力线来作为载波通信的载体时,其会受到低压电力线中阻抗较小、工作环境复杂以及通信信号的衰减等一系列问题,从而会对低压电力线载波通信的通信质量造成严重的影响。
2.1 低压电力线载波通信线路中的噪声根据低压电力线载波通信中的噪声来源及特性可以将其分为人为和非人为噪声。
低压电力线载波通信线路中的非人为噪声主要来自于自然界的影响。
低压电力线载波通信原理及应用分析作者:王津来源:《科技创新与应用》2016年第32期摘要:电力线载波通信主要是通过使用配电电力线路作为通信的载体来进行通信,电力线载波通信这一通信方式在电力系统中应用较多。
相较于传统的通信方式,电力线载波通信所使用的通信线路可以直接使用现成的电力线路,而无需额外的进行线路的架设。
只要有电力线路的地方就兴建主通信线。
此外,由于电力线路的接口较为简单、标准因此电力线载波通信的接入较为简单只需要插入电源插头即可。
但是在电力线载波通信的应用中其会受到电力线路中的杂波的干扰从而影响电力线载波通信的通信质量。
电力线载波通信的通信质量与电力线路中的一次电网有着密切的联系,在电力线载波通信建设中可以与一次电网同步施工,建设速度快、投入较低。
文章将在分析低压电力线载波通信发展历程的基础上对低压电力线载波通信上的信号衰减和干扰特性进行分析阐述。
关键词:低压电力线载波通信;噪声;抗干扰前言低压电力线载波通信主要是通过使用低压配电线作为通信的媒介来实现通信的一种通信方式。
低压电力线网络是现今覆盖范围最广的网络,相较于采用专用通信线路来实现的通信,使用低压电力线来作为载波通信的网络具有取材方便,建造成本较低的特点,具有十分高的开发潜力。
1 低压电力线载波通信的发展历程使用低压电力线来构建载波通信网络这一构想已经发展多年了。
国外在多年以前已经开展了相关的研究。
经过多年的研究与发展,在使用低压电力线进行载波通信的研究上国外研究结构已将低压电力线载波通信的原理和低压电力线载波通信信道特性分析和建模、电力载波调制技术以及相关通信芯片的研制等完成了初步探索和完善,并就低压电力线载波通信的相关标准及商业化的运用进行了构建。
相较于国外对于低压电力线载波通信相关技术所投入的时间和资金,我国在低压电力线载波通信的相关研究起步较晚,但是研究发展速度极为迅速并取得了一定的成果。
在对低压电力线载波通信的前期的研究中主要集中在利用国外已有的固化的低压电力线载波通信调制技术和芯片进行相关的扩展开发,近些年来对于低压电力线载波通信的研究则集中于对国内配电网的信道特性进行调制技术的研究和低压电力线载波通信载波芯片的研制。
低压电力矿用电缆线载波通信信道传输特性分析1低压电力矿用电缆线载波通信信道传输特性分析对于所有的通信信道,阻抗、信号衰减和干扰是决定其性能的基本参数。
下面就针对这素对220V/380V低压电力线进行研究和分析,以得出低压电力线的载波通信信道特性,并应的结论。
1.1低压电力线上输入阻抗的研究输入阻抗是表征低压电力线传输特牲的重要参数,低压电力线上的输入阻抗与所传输的信号频率密切相关。
理论上,在没有负载的理想情况下,电力线是一条阻抗均匀分布的传验线,在分布电感和分布电容的影响下,输入阻抗应该随着频率的增大而减小;而当电力线上有负载时,所有频率的输入阻抗都会减小。
但是,由于负载类型的不同,使不同频率91阻抗变化也不同,所以实际情况非常复杂,甚至不可预测。
因为电网上负载随机的接入、切出,电动机的停运、启动,家用电器的开、关,功率因数补偿电容的接入、撤除等原因,导致电力线上的输入阻抗随着频率的变化而剧烈变化,变化范围超过了1000倍,而且输入阻抗随频率的变化并不符合一般想象下的随频率的增大而减小的变化规律,甚至与之相反。
由于这些负载会在电力线上随机地连上或断开,所以输入阻抗还是时间的函数,在不同时间,电力线的输入阻抗会发生较大幅度的改变。
因此,由于低压电力线输入阻抗随着地点、时间、载波频率而剧烈随机变化,在设计载波发送机时,无法保证功率放大器的输出阻抗和接收机的输入阻抗相匹配,给电路设计带来很大的困难。
1.2低压电力线信道高频信号衰减特性的研究高频信号的衰减,首并和线路的等效输入阻抗有关。
基于前面分析的结果,高频信号在低压电力线上传输的衰减,必然与通信距离、信号频率、传输时刻等因素有密切的关系。
1.2.1信号衰减和通信距离的关系从理论上说,信号传输的距离越远,信号衰减就越厉害。
但是,由于电力线是非均匀不平衡的传输线,接在上面的负载的阻抗也不匹配,所以信号会遇到反射、驻波等复杂现象。
这些复杂现象的组合,使信号的衰减随距离的变化关系变得非常复杂,甚至会出现近距离点的衰减比远距离点还大的现象。
低压配电网电力线载波通信与新技术低压配电网是一个用户多、分布广、用户必不可少的动力能源传输网络,同时也是一个日益被看好的、将来可以随时使用的高速数字通信网络。
低压配电网被认为是不久的将来“最后一公里”互联网接人的理想解决方案。
文章详细阐述了低压配电网作勾数据网所固有的特点、技术分类与概况、实际应用与开发现状,同时探讨了低压配电网电力线载波通信的专展。
引言近年来,电力线载波通信(Power Line Communication,PLC)技术已经成为通信系统中新的研究热点,它被看成一种未来重要的现场设备总线通信技术。
然而,作为一种具有光明前景的通信方式,电力载波通信由于具有时变性、频率选择性等固有特点,使其在具体应用中还存在很多问题等待解决。
电力载波通信特点1 电力线载波通信技术概况电力线载波通信(PLC)是指利用专用调制解调器对信号进行调制,然后把信号加载到现有电力线中进行通信的技术。
早在20世纪20年代电力载波通信就开始应用到l0kV配电网络线路通信中,利用电力载波机和阻波器,在中高压配电网中传输语音、控制指令和系统状态等信息,并形成了相关国际和国家标准。
对于低压配电网来说,许多新兴的数字技术,例如扩频通信技术、数字信号处理技术和计算机控制技术等,大大提高和改善了低压配电网电力载波通信的可用性和可靠性,使电力载波通信技术具有更加诱人的应用前景。
为此,美国联邦通信委员会FCC规定了电力线频带宽度为100~450kHz;欧洲电气标准委员会(CENELEC)的EN50065—1规定电力载波频带为3~148.5kHz。
这些标准的建立为电力载波技术的发展做出了显著贡献。
尽管如此,低压配电网电力线载波通信中的很多问题仍没有得到很好解决。
同时,随着电力载波应用领域的推广和扩大,低压配电网电力载波通信成本问题、协议(标准)问题、安全问题等一系列问题也开始浮出水面。
低压配电网电力线载波通信的实用化还面临着许多考验。
低压电力线载波通信1.引言:电力线载波通信(PLC)是电力系统特有的、基本的通信方式。
早在20世纪20年代,电力载波通信就开始应用到10 kV配电网络线路通信中,并形成了相关的国际标准和国家标准。
对于低压配电网来说,利用电力线来传输用户用电数据,实现及时有效收集和统计,是国内外公认的最佳方案。
但在早期的实际应用中,由于我国电网环境恶劣,电力线信道高衰减、强干扰和波动范围大等特点,导致数据采集的成功率和实时性不能完全满足实际通信的需求。
近年来,随着许多新兴的数字技术,例如扩频通信、数字信号处理和网络中继拓扑等技术的大力发展,提高和改善低压配电网电力载波通信的可用性和可靠性成为可能,电力载波通信技术的应用前景变得更为广阔。
2.国内外现状:2.1国外现状:国外低压电力线载波通信开展较早,美国联邦通信委员会FCC规定了电力线频带宽度为100~450 kHz;欧洲电气标准委员会的EN 50065-1规定电力载波频带为3.0~148.5 kHz。
这些标准的建立为电力载波技术的发展做出了显著的贡献。
20世纪90年代,一些欧洲公司进行涉及电力线数据传输的试验,实验结果好坏参半,但随着通信技术的不断进步与互联网业务的蓬勃发展,电力线载波通信技术也得到了显著增长。
在美国,弗吉尼亚州马纳萨斯市首次开始大范围部署PLC的服务,提供抄表、上网等业务,速率达到了10Mbit/s。
国外利用电力线传输信号已经有一百多年的历史。
如早在1838年,埃德华戴维就提出了用遥控电表来监测伦敦利物浦无人地点的电压等级。
直到20世纪20年代,国外一些著名的公司和研究机构才开始对低压电力载波通信技术进行研究。
1930年西门子公司在德国波茨坦建立了用于低压配电网络和传输媒介的波纹载波系统(RCS系统)。
该系统能够以最小的损耗通过低压配电网实现对终端设备的管理。
1958至1959年间,美国德克萨斯元件公司的Jack Kilby和Fairchild半导体公司的Robert Noyce最早发明了电力线载波通信集成电路。
低压电力线高速载波通信单元自动化检测系统技术规范Technical specification for low voltage high speed power line carrier communication unit automatic detection systems目次前言 (III)1 范围 (4)2 规范性引用文件 (4)3 术语和定义 (4)4 技术要求 (3)4.1工作条件 (3)4.2 通用要求 (3)4.3 机械要求 (4)4.4 电气要求 (4)4.5 功能要求 (5)4.6 节拍 (7)4.7 误检率 (7)4.8 错检率 (7)4.9 噪声 (8)4.10 安全防护 (8)5 验收 (8)5.1 概述 (8)5.2 外观 (8)5.3 功能单元测试 (8)5.4 误检率试验 (9)5.5 错检率试验 (9)5.6 噪声测量 (9)5.7 系统效率试验 (9)5.8 安全防护检查 (10)6低压电力线高速载波通信单元自动化检测系统技术规范1 范围本文件规定了低压电力线高速载波通信单元自动化检测系统及相关术语和定义、通用要求、功能单元要求及检测方法。
本文件适用于新制造的HPLC通信单元自动化检测系统的设计、制造及验收。
2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GBZ/T 189.8-2007 工作场所物理因素测量第8部分:噪声GB 5226.1-2019 机械电气安全机械电气设备第1部分:通用技术条件GB 11291.2 -2013 机器人与机器人装备工业机器人的安全要求第2部分:机器人系统与集成GB/T 12192-2017 移动通信调频发射机测量方法DL/T 645-2007 多功能电能表通信协议3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。
SPWMcontrolbasedoncompensationfunctionformatrixconverterWANGRutian,WANGJianze,JIYanchao,ZENGFanpeng(SchoolofElectricalEngineeringandAutomation,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China)Abstract:Non-controlledrectificationandSPWM(SinePulseWidthModulation)areappliedtothevirtualrectifierandvirtualinverterofmatrixconverterequivalentAC/DC/ACmodelrespectively.VirtualrectifiergeneratesfluctuantDCvoltagewhensymmetricorunsymmetricthree-phasevoltagesaresupplied.InordertoeliminatetheeffectofthefluctuantDCvoltageontheSPWMoutputvoltageandcurrentofvirtualinverter,thecompensationfunctionisdeducedformodulationwavebasedontheconceptofswitchingfunction.Theprincipleisthat,asinewave,whichfollowsthefluctuantDCvoltagewithreversedpolarity,isinjectedtothemodulationwavetoeliminatethelowharmonicsofoutputvoltage.Thismethodisalsoapplicabletounsymmetricinputvoltageconditionanditsrealizationisverysimple.SimulationswithMatlab/Simulinkshowthat,highqualityoutputvoltagesareobtainedunderbothsymmetricandunsymmetricthree-phaseinputvoltageconditions,whichverifiesthevalidityandeffectivenessoftheproposedcontrolmethod.Keywords:matrixconverter;indirectconversion;switchingfunction;compensationfunction0引言低压配电网电力线通信是一个日益看好的数字通信网络,逐步在工业和民用系统中得到应用。
但是,低压配电网电力线通信稳定性有待于进一步提高。
电力线信道特性的分析是当前电力线载波通信研究的一个重要内容,也是作为提高稳定性研究的非常重要的组成部分。
国内外一些专家学者在信道估计与选择、信道编码、滤波设计、功率分配等方面作了较为深入的研究[1-12]。
在进行信道估算时的一个主要问题在于低压配电网负载复杂,存在输入阻抗不匹配问题,信号衰减严重。
所以,有必要对电力线通信传输线的阻抗特性参数进行理论分析、总结和实际测试。
在文献[2]中对在40kHz ̄1.5MHz频率范围内的10kV中压电力线信道传输特性进行了测试,并根据测量结果,结合传输线的基本模型,对信道的传输特性作了深入分析。
该文对于中压电力线通信的传输特性研究具有研究方法上的指导意义,同样,对于研究低压电力线的传输特性也有参考意义。
现从传输线阻抗特性出发,分别对基于理想均匀传输线理论、集肤效应传输线理论条件下的电力线传输特低压电力线载波通信传输线参数测试与分析黄文焕1,戚佳金2,黄南天3,李琰2(1.吉林化工学院化工与材料工程学院,吉林吉林132022;2.哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院,黑龙江哈尔滨150001;3.吉林化工学院信息与控制工程学院,吉林吉林132022)摘要:为给低压配电网电力线载波通信信道估算提供参考依据,有必要对电力线通信传输线的阻抗特性参数进行理论分析和实际测试研究。
在简述配电网电力线载波通信传输线理论和传输线方程的基础上,总结了理想均匀传输线理论下和考虑集肤效应的电力线参数模型。
使用HP4194阻抗相位增益分析仪对3+1芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套钢带铠装电力电缆线进行实际测试,并根据测试结果使用Matlab计算出单位长度导线的电阻、电感以及两导线间的电容和电导,验证了电力线物理参数模型公式的准确性和其实际可使用性。
同时,这些实测参数也为电力线通信信道特性分析和估算提供了一定的参考依据。
关键词:电力线通信;传输线方程;阻抗特性中图分类号:TN913.6;TM934文献标识码:A文章编号:1006-6047(2008)04-0041-04收稿日期:2007-07-16;修回日期:2007-09-13基金项目:黑龙江省自然科学基金资助(F200508)电力自动化设备ElectricPowerAutomationEquipmentVol.28No.4Apr.2008第28卷第4期2008年4月!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!41性进行理论分析,并对3+1芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套钢带铠装电力电缆线进行实际参数测试,得到一组测量数据,并根据测试结果计算出单位长度两导线的电阻、电感以及两导线间的电容和电导。
验证了电力线物理参数模型计算公式的准确性和与实际测试的吻合程度,同时,也为低压电力线通信信道特性分析和测试提供参考依据。
1配电网传输线1.1传输线理论[13-14]均匀传输线是一种分布参数电路,最典型的传输线是由在均匀媒质中放置的2根平行直导体构成,在传输线中,电流在导线的电阻中引起了沿线的电压降,同时又在导线周围产生了变动的磁场,这个变动的磁场沿着全线产生感应电压。
所以,导线间的电压是沿线连续改变的。
另一方面,由于导线间构成了电容,两线间就存在位移电流(特别是频率较高时更不能忽视);如果两线间的电压又较高,则漏电流也不容忽视。
在沿线不同的地方,导线中的电流就将不同。
总之,为了计及沿线电流和电压的变化,必须认为导线的每一长度都具有电阻和电感,而导线间则具有电容和电导。
这种长度元可以认为是无穷小的,即把传输线看作是由一系列集总元件所构成的一种极限,就是分布电路模型。
如果传输线的电阻、电感、电导和电容是沿线均匀分布的,这种传输线称为均匀传输线模型。
一般,低压配电网络用到的三相低压电力电缆是多导体传输线。
确定单位长度电缆线参数要用分析计算的方法。
1.2传输线方程传输线模型描述的是传输线中电磁波的传播,模型假设信号通过传输线以横向电磁波(TEM)的形式进行传输,当电缆线的长度比电磁波的波长短,作为传输线分析是没有必要的。
传输线的电路模型如图1所示。
2根导线作为均匀传输线首先需要确定传输线单位长度来回两导线电阻R0、电感L0及两导线间的电导G0和电容C04个基本参数,传输线方程为-!u/!x=R0i+L0(!i/!t)(1)-!i/!x=G0u+C0(!u/!t)(2)2电力线通信传输线参数模型2.1理想均匀传输线的电力线参数模型[15-17]R0、L0、G0和C04个参数可以用式(3) ̄(6)确定:R=(1/πa)πfμc/σc!(Ω/m)(3)L=(μ/π)arcosh(D/2a)(H/m)(4)G=πσ/arcosh(D/2a)(S/m)(5)C=(πε)/arcosh(D/2a)(F/m)(6)式中a为导线的半径;ε为两导线之间的介电常数;μc为导体的磁导率;σc为导体的电导率;μ为两导线之间的磁导率;σ为两导线之间的电导率;f为频率;D为两导线间的距离(导线横截面中点之间的距离)。
在理想模型下,对于单位长度的电力电缆线在频率范围为10kHz ̄15MHz下的电阻值是随着频率的增加而加大的,电感值、电容值和电导值与频率无关,在频率变化范围内不变,单位长度电缆线参数值较小。
电感的数量级达到10-7,电容值达到10-10,电导值达到10-15。
具体数据如图2所示。
2.2考虑集肤效应的电力线参数模型电力电缆线作为信号线,高频信号与高频电磁波的现象相似,信号仅集中在导体表面很薄的一层内,可以根据式(7) ̄(11)计算参数:R=1/(πaδσc)(7)L=(μ/b)[2/(σcδbω)]=(μ/b)(d+δ)(8)G=(σb)/d(9)C=(εb)/d(10)δ=2/(ωμcσc)!(11)式中,a、μc、D、f、σc、μ、σ、ε的含义同式(3)~(6)。
考虑到集肤效应状态的单位长度电阻值变化细微,电感值随着频率的增高有下降的趋势,电容和电导值与理想状态的参数值相比变大。
具体计算数据如图3所示。
第28卷电力自动化设备42以上为电力线通信传输线的理论模型,而实际常用的3+1芯交联电力电缆线参数和特性是否符合理论模型,需要进行测试,经过数据分析和拟合后才能下结论。
3电力线通信传输线参数测试3.1参数测试方法传输线参数的测试方法,实际上是对二端口网络参数的试验测定。
先实验测得电力电缆线终端开路和终端短路情况下的阻抗参数Zoc和Zsc,然后根据式(14)求得R0、L0、G0和C0;当线路终端短路时,电压为零;终端开路时,电流为零。
线路终端开路时的输入阻抗:Zoc=Zcarctan(γl)(12)线路终端短路时的输入阻抗:Zsc=Zctanh(γl)(13)由式(12)和(13)可以推算出特性阻抗和传输常数;分布电阻、电感、电容和电导可以通过特性阻抗和传播常数通过式(14)计算求得:Zc=(R0+jωL0)/(G0+jωC0)!=ZocZsc!γ=(R0+jωL0)・(G0+jωC0)!=Zsc/Zoc!"R0=Re(Zcγ)L0=Im(Zcγ)/ωG0=Re(γ/Zc)C0=Im(γ/Zc)/#%%%%%$%%%%%&ω(14)3.2参数测试数据与分析在对50m3+1芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套钢带铠装电力电缆线实验中,利用HP4194阻抗相位增益分析仪,得到一组输入阻抗的测量数据(频率范围是10kHz ̄15MHz)。
测试中可见有阻抗不匹配的现象,阻抗曲线的峰值和幅值反复出现。
如果考虑成无损耗的线路,电缆线处于并联谐振时,输入阻抗应该为无穷大,串联谐振时线路的输入阻抗为零。
在谐振频率点,电力线的输入阻抗相位移为零。