電力線載波通信電磁兼容技術問題分析VIP

1、電力線載波通信電磁兼容技術問題分析電力線通信技術目前發(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)。但是由于電力線傳輸?shù)臒o屏蔽性，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。本文在深入分析了電力線通信系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾的 主要原因的基礎上，對emi濾波電路進行了設計研究，并 通過實驗驗證了該濾波網(wǎng)絡對于抑制電力線載波通信emi 的可行性。1電力線載波通信電磁兼容問題

2、分析1 . 1電磁兼容分析模型一個電子系統(tǒng)如果能與其他電子系統(tǒng)相兼容的工作， 也就是不產(chǎn)生干擾又能忍受外界的干擾則稱為該電子系統(tǒng) 與區(qū)環(huán)境電磁兼容。對于一般的電磁兼容問題的基本分析 模型如圖1所示。對于plc系統(tǒng)來說，干擾源要整體考慮。不僅包括pl c設備，而且要考慮當信號加到電力線上時，由于電力線是 一種非屏蔽的線路，有可能作為發(fā)射天線對無線通信和廣 播產(chǎn)生不利影響。此外還要考慮多種plc設備間的相互影 響。p lc的耦合途徑是非常復雜的，是不同的途徑相互作 用的結果?？傮w上分為兩種，一種是空間的輻射，對應的 被干擾設備是無線通信和廣播信號；另一種是沿電力線的 傳導騷擾，主要造成對電能質量的

3、影響。因此plc系統(tǒng)的 電磁兼容問題涉及多個p lc系統(tǒng)的共存，以及與無線網(wǎng)絡 的共存等。1. 2plc系統(tǒng)電磁干擾產(chǎn)生機理由于電力線的特性和結構是按照輸送電能的損失最小 并保證安全可靠地傳輸?shù)皖l(50hz)電流來設計的，不具備 電信網(wǎng)的對稱性、均勻性，因而基本上不具備通信網(wǎng)所必 須具備的通信線路電氣特性。而pl c系統(tǒng)所產(chǎn)生的電磁干 擾問題正是由于電力線的這種對地不對稱性產(chǎn)生的。電力線產(chǎn)生干擾的機理有兩種(如圖2), 種是電力線 中的信號電流id(差模電流)回路產(chǎn)生的差模干擾，另一種 是電力線上的共模電流ic產(chǎn)生的共模干擾。差模電流大小 相等方向相反，因此一般近似認為由其產(chǎn)生的電磁場相互 抵

4、消。而共模電流的方向是一致的，其產(chǎn)生的電磁場相互 疊加，所以電力線的干擾主要來自共模干擾。1. 3改善plc系統(tǒng)電磁兼容性的主要措施(1)充分利用或改善plc系統(tǒng)電力線的對稱性p lc系統(tǒng)的輻射強度取決于plc網(wǎng)絡或其電纜的對稱 性。高度對稱線路的特征是異模電流與共模電流的比值很 大，故輻射非常小。可以選擇對稱性好的導線，例如4芯 電纜，但此法不適用于室內(nèi)網(wǎng)絡，而且成本較高。(2 )減小plc系統(tǒng)中高頻信號的功率譜密度減小plc信號的功率譜密度(psd)能降低輻射電平，但 不影響總的發(fā)送功率。因此，plc系統(tǒng)適宜采用寬帶調(diào)制技 術，但其擴頻效率受電力線低通特性的限制。(3) 合理選擇調(diào)制技術o

5、f dm是一種高效的調(diào)制技術，其基本原理是將發(fā)送的 數(shù)據(jù)流分散到許多個子載波上，使各子載波的信號速率大 為降低，從而提高抗多徑和抗衰落能力。(4) 合理設計emi濾波網(wǎng)絡將濾波器安裝在緊鄰變壓器和緊鄰家庭用戶的連接點 上，或者直接在電力線調(diào)制解調(diào)器內(nèi)部引入濾波器。這樣 既可以保持plc信號的異模傳播，又可以阻止plc信號進 入輻射效率高的導線或其他附接設備。本文將主要對emi濾 波網(wǎng)絡進行研究設計。2濾波電路設計基于以上對于電力線通信電磁兼容性的分析，可以在 電力線通信系統(tǒng)的收端接一個e mi濾波器，用以抑制系統(tǒng) 所產(chǎn)生的共模干擾。由于兩根電力線不可能完全重合，也 就是說差模電流所產(chǎn)生的電磁場

6、不能完全抵消，所以在設 計濾波電路時，也應考慮到差模干擾的抑制。emi濾波電路基本網(wǎng)絡結構如圖3所示。圖3中，差模抑制電容為c1和c2,共模抑制電容為c3和c4,共模電感為l,并將共模電感纏繞在鐵氧體磁芯 圓環(huán)上，構成共模扼流圈。共模扼流圈對于共模信號呈現(xiàn) 出大電感具有抑制作用，而對于差模信號呈現(xiàn)出很小的漏 電感幾乎不起作用。由于干擾信號有差模和共模兩種，因 此濾波器要對這兩種干擾都具有衰減作用。其基本原理為:(1) 利用電容通高頻隔低頻的特性，將電源正極，電源 負極高頻干擾電流導入地線(共模)，或將電源正極高頻干 擾電流導入電源負極(差模)。(2) 利用電感線圈的阻抗特性，將高頻干擾電流反射

7、回 干擾源。3實驗結果在圖3濾波電路中取差模電容cl, c2為7 ooopf,共 模電容c3, c4為0. 01 511 f,共模扼流圈磁芯采用鐳一鋅 鐵氧體，每路繞30匝，電感量為3. 7mho3. 1emi濾波網(wǎng)絡濾波性能仿真圖4為干擾噪聲隨頻率關系的模擬仿真，由此可見干 擾信號的頻率越高，則干擾信號通過該濾波網(wǎng)絡后衰減越 大。共模干擾的頻率一般在2mhz以上，所以說該濾波電路 能對共模干擾起到良好的抑制作用。3. 2emi濾波網(wǎng)絡輸出結果分析當采用輸入為24v,輸出為12v ,功率為25w的開關電 源模擬輸入信號時，用帶寬為20mhz的示波器測得濾波前 后信號紋波分別為50mv和5mv0由此可見該濾波網(wǎng)絡對干 擾信號衰減了 20db,良好地抑制了電路中所產(chǎn)生的干擾噪 聲。4結語電力線通信技術作為一種強有力的手段，有著雄厚的 發(fā)展基礎和廣闊的市場，應有其使用和生存的發(fā)展環(huán)境和 空間。但是，低壓電力線并不是專門用來傳輸通信數(shù)據(jù)的, 它的拓撲結構和物理特性都與傳統(tǒng)的通信傳輸介質（如雙絞 線、同軸電纜、光纖等）不同。它在傳輸通信信號時信道特 性相當復雜，負載多、噪聲干擾強、信道衰減大，通信環(huán) 境相當惡劣。目前還有很多亟待解決的問題，例如