高速電力線通信電磁兼容技術標準分析論文

1、高速電力線通信電磁兼容技術標準分析論文 1 近年來，電力線通信（PowerLineCommunications，PLC）技術發(fā)展非常迅速，現(xiàn)在已經(jīng)進入初步應用階段。PLC系統(tǒng)充分利用電力系統(tǒng)的廣泛線路資源，通過OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,正交頻分復用）等技術可以在同一電力線不同帶寬的信道上傳輸數(shù)據(jù)。但是由于電網(wǎng)中傳輸?shù)氖菑婋?，而且電網(wǎng)的穩(wěn)定性比傳統(tǒng)的通信網(wǎng)差得多，使得電力線通信線路的電磁環(huán)境極為復雜。這就給電力線通信系統(tǒng)提出了更高的電磁兼容要求，電磁兼容技術也成了實現(xiàn)電力線通信所需的關鍵技術之一。 2各國際標準化組織對PLC的研究情

2、況 在世界范圍內(nèi)，IEC的CISPR/I分會以及ITUT等國際組織對PLC的電磁兼容相關標準做了大量研究并討論了相應技術要求。歐洲從2000年起開始研究PLC系統(tǒng)的技術框架和技術標準，目前已經(jīng)取得了一定的進展。主要相關的國際組織有CENELEC和ETSI，前者側重電磁兼容問題，后者側重通信技術方面的統(tǒng)一標準。 2.1IEC/CISPRI分會 PLC設備屬于信息技術設備，應符合IEC/CISPR22信息技術設備的無線電干擾限值和測量方法的要求。但是由于PLC設備特殊的工作模式，其傳導干擾無法滿足現(xiàn)行標準的要求。在2002年的IEC會議上曾有代表建議對CISPR22進行針對PLC的修改（會議文件編

3、號：CISPR/I/44/CD），增加一個專門針對PLC設備的“多用途端口”，其定義為：連接到低壓分布式網(wǎng)絡，支持數(shù)據(jù)的傳輸和通信，結合了電信端口和電源端口功能的端口。 對于PLC設備，該文件建議要求它的傳導干擾既滿足現(xiàn)有標準電源端口的限值，也滿足電信端口的限值。這樣多用途端口的干擾測試就要進行兩次： （1）作為電源端口（關閉它的通信功能），用通常的V型網(wǎng)絡（AMN）進行測試，要求滿足CISPR22中表1和表2的限值。 （2）作為電信端口，用新型的T型網(wǎng)絡進行測試，要求滿足CISPR22中表3和表4的限值。 這種測試方法基于以下原理： （1）消費類產(chǎn)品的電源是非對稱干擾源，它所產(chǎn)生的干擾用V型

4、網(wǎng)絡（AMN）來進行測試是非常合適的。 （2）與之相反，采用共模信號進行通信的電信端口，它所產(chǎn)生的干擾要比差模信號所產(chǎn)生的干擾小得多。T型網(wǎng)絡很適合用于共模干擾的測量，因為適當?shù)木W(wǎng)絡參數(shù)可以提供從差模信號到共模信號轉換所需要的縱向轉換損耗（LCL）。 針對以上的理論，該文件建議對CISPR22進行較大的修改，增加大量有關多用途端口的內(nèi)容，以及相關的測試設備要求、試驗布置要求和測試方法等。但是，這項建議沒能獲得最終的通過。參加會議的各個會員對這項建議的意見分歧很大，主要有： （1）一部分CISPR會員認為PLC的相關內(nèi)容應該轉由CISPR/A分會負責，一部分會員對此表示反對，認為PLC的研究還是

5、應該留在I分會中。 （2）有些會員對CISPR/I/44/CD提出的測試方法能否徹底避免PLC設備對其他設備造成的不良影響表示懷疑。 （3）有些會員認為這一測試方法違背了CISPR22中“被測設備應該工作在最大發(fā)射狀態(tài)下”的原則。 （4）有些會員認為世界各地的電網(wǎng)狀況不盡相同，確定一個合適的LCL值是很困難的。 隨后，在2005年的CISPR會議上，CISPR/I成立了一個特別工作組（PLTTASKFORCE）來負責PLC相關標準的研究工作。該工作組將負責繼續(xù)研究對CISPR22的相關修改，包括定義、限值、測試條件和測試方法等內(nèi)容。特別組共準備發(fā)表7份相關技術文件。 2006年3月該組織發(fā)表了

6、第一份文件，介紹安裝PLT設備的電網(wǎng)結構。主要闡述如下內(nèi)容： 1、電網(wǎng)拓撲結構，尤其是低壓電網(wǎng)拓撲結構。當PLT系統(tǒng)工作時，接入終端的傳輸信道就是低壓電力線。對于既有電力線不可能為了PLT系統(tǒng)進行大規(guī)模改造，因此必須充分了解低壓電力線拓撲結構，特別是農(nóng)村、市區(qū)，居住環(huán)境、商業(yè)環(huán)境、辦公環(huán)境的拓撲結構。才能進行PLT網(wǎng)絡規(guī)劃設計。 2、PLT接入關鍵設備EMC特性：電網(wǎng)接入設備是PLT系統(tǒng)正常運行的關鍵之一。由于傳統(tǒng)高壓、中壓、低壓電網(wǎng)都是針對工頻電力信號設計，所有設備的高頻特性研究是十分艱巨的。特別是低壓電網(wǎng)設備產(chǎn)生的各種高頻騷擾有可能直接通過電網(wǎng)與PLT通信信號相互疊加,影響PLC網(wǎng)絡運行。

7、 其他技術文件會陸續(xù)發(fā)表。 2.2ITUT 在ITU-T目前發(fā)布的EMC建議中，電力線通信網(wǎng)絡和設備應符合K.60電信網(wǎng)絡電磁干擾限值和測量方法的要求。K.60規(guī)定了從9kHz到3GHz頻段通信網(wǎng)絡的電磁輻射干擾限值，給出了9kHz到400GHz頻段的測量方法，還提供了在通信網(wǎng)絡中定位和尋找無線電干擾源的程序和一些解決干擾的措施。 目前ITU-T第五研究組正在加緊研究關于針對PLC修訂K.60的問題。歐洲EuropeanBroadcastingUnion等機構的代表遞交文稿建議加嚴K.60的限值，從而防止PLC對其他廣播和通信業(yè)務造成干擾，也有代表對此表示反對。各國代表目前正在積極地研究和搜集

8、素材，以便為合理地管制PLC的電磁干擾提供依據(jù)。 K.60并沒有規(guī)定電源端口傳導干擾方面的限值，因此對于PLC網(wǎng)絡和設備，符合K.60要求并不困難，只要在設計制造時適當采取控制電磁輻射干擾的措施即可。 2.3CENELEC CENELEC的TC205/SC205A/WG10（家用及建筑物電子系統(tǒng)技術委員會/電源信號產(chǎn)品標準分委員會/高頻發(fā)射與抗干擾工作組）和TC210/SC210A（通用EMC標準技術委員會/信息技術設備EMC標準分委員會）負責PLC電磁兼容標準研究工作。其中，SC205A研究物理和MAC層。該工作組的研究發(fā)現(xiàn)，當考慮接入網(wǎng)絡和室內(nèi)網(wǎng)絡共存的情況時，OSI的傳統(tǒng)分層結構將不能滿

9、足需求。 特別值得關注的是，CENELEC和ETSI兩個標準化組織5個專業(yè)機構聯(lián)合組成了電信網(wǎng)絡EMC標準聯(lián)合工作組（CLC/ETSIJWG）。 2.4ETSI ETSI專門成立了PLC研究工作組EPPLC，從2000年開始陸續(xù)公開了兩個PLC技術規(guī)范和9個技術報告。EPPLC主要致力于制定PLC產(chǎn)品和系統(tǒng)的技術規(guī)范，已列入ETSI工作計劃且與電磁兼容相關的共有如下幾項： TR102258（2003-09）LCL回顧與統(tǒng)計分析； TR102259（2003-09）EMI回顧與統(tǒng)計分析； TR102270（2003-12）基本低壓分布網(wǎng)絡（LVDN）測量數(shù)據(jù)； TR102324（2004-05）

10、電力線通信系統(tǒng)輻射發(fā)射特性與測量方法技術水平； TR102370（2004-11）3MHz100MHzLVDN基礎測量數(shù)據(jù)。 3各國對PLC標準的研究 目前定義了130MHz范圍內(nèi)電信網(wǎng)絡輻射干擾限值的技術標準共有4個：德國的NB30、英國的MPTl570、美國的FCCPart15以及國際電信聯(lián)盟于2003年7月推出的ITU-TK.60。其中，由各個國家制定的相關標準如下。 3.1美國FCC 高速PLC系統(tǒng)符合FCCpart15定義的載波電流系統(tǒng)。PLC系統(tǒng)通過電力線以傳導的方式傳輸信號，可認為是無意發(fā)射源，因此47CFR15.205的要求對PLC不適用。 通常來講滿足輻射限值的系統(tǒng)可以保護正

11、常工作的系統(tǒng)不受干擾。但是FCC不僅僅強調輻射限值的制定，考慮到不同的測量方法和測量過程存在測量不確定度，F(xiàn)CC認為一致性檢驗過程的制定也同樣重要。FCCpart15規(guī)定的PLC輻射限值見表1。 表1FCCpart15規(guī)定的PLC輻射限值 用途頻率(MHz)場強 (dBV/m) 測量距離 (m) 測量帶寬(kHz)檢波器 載波電流系統(tǒng)1.705-30.029.5309Quasi-peak ClassA30-8839.110120Quasi-peak ClassB30-88403120Quasi-peak 3.2德國RegTP 德國RegTP(TheRegulatingAdministratio

12、nforTelecommunicationsandPostsofGermany)于1999年1月制定了NB30標準。規(guī)定了9kHz3GHz通信系統(tǒng)輻射干擾限值，包括有線電視、xDSL、PLC等系統(tǒng)。NB30標準的輻射限值見表2。 表2德國NB30標準規(guī)定的輻射限值 頻率范圍(MHz)場強(dBV/m)測量距離()測量帶寬檢波器 130408.8*lg10f(MHz)39kHzPeak 301000273待定Peak 3.3英國 英國于2003年1月針對PLC系統(tǒng)制定了MPT1570規(guī)范，規(guī)定了9kHz1.6MHz磁場輻射限值，見表3。該標準規(guī)定使用滿足IECCISPR16-1的環(huán)天線和接收機進

13、行測量。主要目的是保護廣泛使用的廣播接收機。 表3英國MPT1570規(guī)范規(guī)定的輻射限值 頻率范圍場強(dBA/m)測量距離()測量帶寬檢波器 9150kHz49-20lgf(kHz)3200HzPeak 150kHz1.6MHz-1.5-20lgf(MHz)19kHzPeak 3.4.其他國家技術要求 部分其他國家技術要求見表4。 表4部分其他國家技術要求 澳大利亞ACA不對525kHz以上頻段進行要求 奧地利政府部門已經(jīng)停止PLC試驗計劃,結論表明PLC在230MHz時引起的干擾不能減小到可接受的程度 芬蘭FICORA年報（2001）根據(jù)測量結果，決定只有在PLC技術解決干擾和安全問題后才能商用。在歐洲標準出臺前，采用NB30限值 日本MPHPT決定不給PLC系統(tǒng)增配許可頻率。建議繼續(xù)進行研究如何減小干擾問題 由于FCC對PLC輻射限值制定較松，從而使PLC系統(tǒng)在美國得到迅速發(fā)展；歐盟一些國家持謹慎發(fā)展態(tài)度，歐洲各國正在等待歐盟標準的最終制定；BBC等傳統(tǒng)廣播通信系統(tǒng)出于自我保護的考慮，對PLC系統(tǒng)提出較苛刻的限制要求。 4結論 PLC技術的標準化工作至今仍在緩步進行，對傳導干擾進行定義及限值制定等問題至今很難達成一致認識，但是作為一種資源廣泛的通信網(wǎng)絡技術，電力線通信