10kV電力線載波通信結(jié)合濾波器方案重點

1、No.2 2001華北電力技術(shù)NORTHCHINAELECTRICPOWER19?供用電技術(shù)？10kV電力線載波通信結(jié)合濾波器的改進方案ImprovedschemeofCoupeFilteri n10kVPowerL in eCarrierCo mmuni cati on清華大學(xué)（北京100084）王暉 余京兆摘 要:從10kV配電網(wǎng)與35kV及以上電壓等級輸電網(wǎng)中通信信道的復(fù)雜程度的 不同出發(fā),分析了 10kV配電網(wǎng)載波通信頻帶內(nèi)線路的輸入阻抗特點，并通過在實際 線路中的測試進行了驗證。根據(jù)10kV配電網(wǎng)中的線路阻抗特點，分析了現(xiàn)有結(jié)合 濾波器工作性能變差的原因，同時提出了適應(yīng)于10kV配電

2、網(wǎng)的結(jié)合濾波器的改進 方案,并根據(jù)線路阻抗實測值，在給定的頻帶內(nèi)，設(shè)計出了元件參數(shù)。計算表明，改進 后的結(jié)合濾波器匹配程度顯著提高。關(guān)鍵詞:配電網(wǎng);載波通信；中圖分類號:TM73文獻標識碼:A91710220019204電力線載波通信技術(shù)出現(xiàn)于20世紀20年代初期，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前已具備 相當(dāng)?shù)囊?guī)模和水平。我國的電力線載波通信系統(tǒng)已經(jīng)在35kV及以上電壓等級的輸電線路中得到了成功應(yīng)用。隨著 10kV配電網(wǎng)自動化建設(shè)的發(fā)展，希望有一種經(jīng) 濟適用的通信方案，電力線載波通信技術(shù)由于其固有的一些特性而受到青睞1。然而10kV配電網(wǎng)載波通信至今還沒有一套成熟的系統(tǒng)出現(xiàn)，究其原因，與高電壓等 級的輸

3、電網(wǎng)相比，10kV配電網(wǎng)中通信信道更為復(fù)雜是其重要因素之一。為了電力用戶的需要，在電力線上往往引出一些T接分支線,這就為組織載波通道 造成了復(fù)雜性。在35kV及以上電壓等級的輸電線路中，為組織載波通道，往往在T 接分支線兩側(cè)接入阻波器，隔離了分支線對高頻信號分流的影響，如圖1所示2。 然而配電自動化載波通信的理想模式是開放式的計算機網(wǎng)絡(luò)通信，不允許在分支線 兩側(cè)接入阻波器。由于分支線不能隔離，使得線路上高頻阻抗發(fā)生了很大的變化。 值得注意的是，目前市場上銷售的10kV載波通信結(jié)合濾波器均沿用了高電壓 圖2線路示意圖1）1；2 3結(jié)合濾波器；一載波機;6中間載波機等級輸電線路中結(jié)合濾波器的設(shè)計方

4、案，設(shè)計時假定電力線路阻抗是一個幾百歐姆 的固定值（如4008）,因此其工作性能不佳是可想而知的1111線路阻抗的理論分析在載波通信頻帶內(nèi)（40500kHz）,線路的長度和波長可以比擬，此時考慮線路上某點的輸入阻抗時要應(yīng)用傳輸線阻抗公式3:Zi=ZCZC+jZFtg（ B式中 Zi 線路上某點的輸入阻抗；ZC線路的特性阻抗；ZF負載阻抗；（1）B播常數(shù)；l 從負載至觀察點的線路長度圖2中,設(shè)干線線路總長L=5000m,線路特性阻抗ZC=4008,干線末端有一負載 阻抗ZF=4008。在離源端L仁4000m處有一分支線1,華北電力技術(shù)NORTHCHI20NAELECTRICPOWERNo.2 2

5、001分支線長Lb1=600m,負載阻抗ZF1=4008。在離源端L2=3300m處有一分支線2,分 支線長Lb2=350m,負載阻抗ZF2=(開路)。當(dāng)不考慮兩分支線時，源端輸入阻抗顯然為Zi=4008。當(dāng)僅考慮第一條分支線Lb1時,用公式(1)計算可得源端輸入阻抗Zi,如圖3(a)所示。當(dāng)考慮兩條分支線時，源端輸入阻抗Zi如圖3(b)所示010020Q300400(a)僅考總分支蜂時的囚Sl*/kHzZli ne+T22率損失均小于015dB,可見當(dāng)線路阻抗穩(wěn)定為4008時,該型號結(jié)合設(shè)備工作性能很 好。當(dāng)線路阻抗發(fā)生變化時，若仍使用圖5中的結(jié)(b)所合設(shè)備，此時的功率損失將增大，由圖4(

6、a(j給定10kV電力線側(cè)阻抗Zline后,可以通過 傳輸矩陣計算出在通信電纜側(cè)的輸入阻抗。(6)Zicable=T21f j 10W電力線側(cè)V 7甘。函 5b5#F 函 4()(6)HB眾a鴦-o o o o o O o o o o o O O & 6 4 21 110020000400fl*/kRz(I X點通信電憑制的輸入駅執(zhí)100200300400500(b)的輸人Rllft抗示于圖6中。圖7阻抗不匹配引起的功率損失由圖7可以看出,在線路阻抗匹配條件下工作性能良好的結(jié)合設(shè)備，在線路阻 抗改變時其性能將惡化，造成系統(tǒng)功率損失明顯增大，在某些頻率上，甚至高達 615dB。因此沿用這樣的結(jié)合

7、濾波器勢必造成在某些頻率上的通信性能極度惡化，增加了整個通信系統(tǒng)實現(xiàn)的難度。因而對原有的結(jié)合濾波器必須進行改進，使其適應(yīng)于10kV配電網(wǎng)。3結(jié)合濾波器的改進方案311改進前提改進的結(jié)合濾波器設(shè)計方案是根據(jù)以下條件確定的：(1) 線路上不同點的輸入阻抗不盡相同；(2) 在整個通信頻帶內(nèi)各點的阻抗值隨頻率變化劇烈；(3) 阻抗不再是一個純阻抗，而且有時候電抗部分很大；(4) 具體到某一個通信機，其工作頻帶不是很寬(在擴頻載波通信中，一般為幾十kHz) 圖6通信電纜側(cè)的輸入阻抗華北電力技術(shù)NORTHCHI22NAELECTRICPOWERNo.2 2001(5) 在幾十kHz的頻帶內(nèi)，線路阻抗的變化

8、 表1改進后阻抗失配引起的功率損失 項目50不是很劇烈。第(1)至第(3)條決定了結(jié)合濾波器必須有可調(diào)裝置，以適應(yīng)不同地點不同頻段的不 同阻抗情況。第(4)、(5)條使得結(jié)合濾波結(jié)構(gòu)不必太復(fù)雜。312改進方案綜合以上考慮對結(jié)合濾波器的設(shè)計提出了如圖 8所示的改進方案頻率kHz600147001680118功率損失dB211從表1可以看出，改進后的結(jié)合濾波器可以顯著改善工作頻帶內(nèi)的阻抗匹配狀況，減小功率損失，提高通信系統(tǒng)的性能0圖9改進的結(jié)合濾波器電路圖圖8結(jié)合濾波器改進方案示意圖4結(jié)論10kV,分,，證實了其功率損失的明顯增大，給通信系統(tǒng)的實現(xiàn)增加了難度。為此，結(jié) 合實際提出了改進的結(jié)合濾波器

9、設(shè)計方案。通過計算表明，改進后的結(jié)合濾波器可 以明顯減小功率損失，提高通信系統(tǒng)的性能。參考文獻1 焦邵華,劉萬順.配電網(wǎng)載波通信的衰耗分析電力系圖8中結(jié)合濾波器分為三部分，工頻隔離部分、電抗抵消部分和電阻變換部 分。工頻隔離部分由耦合電容CC和泄漏工頻電流的排流線圈Ld構(gòu)成。電抗抵消 部分由可調(diào)電容電感網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成圖8在補,，得到對工作頻率的最小阻抗和最低衰 耗。而在改進設(shè)計的結(jié)合濾波器中，可調(diào)電容電感網(wǎng)絡(luò)與耦合電容器和排流線圈一 起用來抵消線路阻抗的電抗部分，使得經(jīng)過該網(wǎng)絡(luò)變換后，變壓器的接入阻抗近于 純阻抗。313改進電路以圖4(a)中線路上A點的輸入阻抗為例，在5080kHz頻段，由圖7可見，原有的結(jié) 合濾波統(tǒng)自動化,2000,24(8).2 陳維千.電力線載波通道.北京:水利電力出版社，1983.3 P.格里維.黃鶴松譯.高頻傳輸線的物理基礎(chǔ).上海：器使得帶內(nèi)的阻抗失配引起的功率損失均大于6dB,在這阻抗失配最為嚴重的頻段上,改進的結(jié)合濾波器電路圖如圖9所示。當(dāng)取耦合電容CC=10000pF排流線圈Ld=116mH時，可以選擇電抗抵消網(wǎng)絡(luò)與 電阻變換部分電路參數(shù)為 C仁1AF,L1=1100AH,L2=710AH,n=215此時的功率損 失經(jīng)計算如表1所示。上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1984.4陳惠