配電網高速載波通信及其耦合技術的研究

常飛 楊亮

[摘? ? 要]在配電網中，載波信號在實際傳輸的過程中，起到至關重要的一項技術就是耦合技術，其不但具備高效性，還具備經濟性，應該對其進行全面的推廣和應用?；诖?，本篇文章主要對配電網高速載波通信及其耦合技術進行深入的研究和探討。

[關鍵詞]配電網;高速載波通信;耦合技術

[中圖分類號]TN913.6 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）12–00–03

[Abstract]In the distribution network， the carrier signal in the actual transmission process， plays a crucial technology is the coupling technology， which not only has high efficiency， but also has economy， it should be carried out a comprehensive promotion and application. Based on this， this paper mainly studies and discusses the high-speed carrier communication and its coupling technology in distribution network.

[Keywords]distribution network; high speed carrier communication; coupling technology

1 配電網結構及其信道特性

1.1 配電網結構及分級

對于配單網而言，其主要分為兩種類型，一種，就是中壓配電網，另一種，就是低壓配電網。其中對于中壓配電網而言，其實際指的電網等級就是6～35 kV;對于低壓配電網而言，其實際指的電網等級就是220/380 V。

所謂中壓電網，主要就是將高壓或者是中壓變電站的變壓器應用進來，通過相應的受電，與此同時，不論是高壓，還是中壓的變壓器，其實際的中壓線圈的中性點位置，可以不進行接地處理，又或者是將相應的阻抗應用進來，進行接地。不論是任何一臺變壓器，都會供電一段母線，而且基于斷路器的作用，則每一段母線都會為中壓饋線供電。對于中壓饋線而言，其就是一個集合體，由若干饋線組成，與此同時，整體的擴展形態為輻射狀，在供電的過程中，則呈樹形結構。對于中壓電網而言，其本身結構就具備變化性和動態性的特點。以實際的電網自動化要求以及數據傳輸要求為實際的依據，中壓電網在實際運行的過程中，可以分為兩種方式，一種為輻射，一種為互聯。

對于低壓配電網而言，其主要就是以中壓配電變壓器或者是低壓配電變壓為實際的依據，進而進行受電，正常情況下，線路的長度必須要小于500m。線路從最初的配電間，進入到配電箱之中，實際的網絡拓撲呈現的則為輻射狀的樹形復合結構。對于低壓電力網而言，其組成的部分不但有開關裝置，還有地埋絕緣電纜，不僅如此，還有架空絕緣電纜，在實際運行的過程總，可以將狐貍窩囊法師應用進來，但是由于一些具體的原因，相應的線路開關會開展動作，所以對于低壓網而言，其本身具備變化性和動態性的特點。

1.2 信道特性

對于配電網而言，其實際的電力線的信道特性具備極為惡劣的特點，對于配電網電力線而言，其主要的作用，就是對高壓工頻電流進行傳輸，將配電線利用進來，對數據通道進行建立，在整體過程中，會遇到很多的問題，舉例來講，實際的干擾種類非常多、噪聲電平非常高、線路在盡心實際的耦合阻抗的過程中，會發生各種各樣的變化，而且不可預測。對于相應的耦合裝置而言，可以對一定的阻抗波動進行適應，對電力線路上的諧波以及工頻噪聲進行抑制。

1.3 信號耦合的技術要求

以電力線路為實際的依據，對高頻載波信號進行傳輸，必須要將耦合裝置安裝進來，其根本性的作用，就是可以在配電線路中將高頻載波信號注入進來，又或者是將高頻載波信號從實際的配電線路中提取出來。除此以外，對于相應的耦合裝置而言，還要起到重要的隔離作用，也就是將相應的高壓和過電壓與實際的信號注入設備全面隔離開來。

對于配電網載波通信而言，其具體將何種耦合裝置和注入當時選取進來，則最為首要的要求，就是要對當前階段現有的所有配電網結構和實際的運行費按時進行適應，使電網安全穩定運行的基本要求得以滿足，使正常的電網保護避免受到影響，此外，還要確保自動裝置運行的流暢性。其次，就是在對耦合方式進行選擇的過程中，應該奧正高頻載波信號的傳輸需求得到最大化的滿足，此外，還要將相應的阻抗特性包含進來，將傳輸頻帶包含進來。最后，就是在進行選擇的過程中，還要對經濟實用的原則進行重視。由于配電網載波通信本身具備信號節點相對較多的問題，則實際的耦合方式不同，則實際的造價差別也非常大，所以，將使用和簡單的耦合方式選取進來，則最佳。

1.4 電容耦合方式

在電容耦合中，最為常用的有單相-地耦合、三相-地耦合、相-相耦合三種方式。具體如圖1所示。

1.5 單相-地耦合方式

根據圖1（a）可以發現，對于此種方式而言，其主要就是將三相配電線中的一相或者兩相線路選取進來，進而在運輸高頻載波信號的過程中，將其作為通道，一般情況下，都會將此種范式選取進來。對于該類信號耦合當時而言，其具備以下特點，對于信號源而言其主要就是將并聯的方式選取進來，進而在耦合相線和地線之間進行連接，而且還會將共模的方式實施進來，進而傳輸高頻載波信號。對于共模式電容偶爾而言，其主要有兩大特點，首先第一點，在實際信號傳輸的過程中，實際的效率非常高;其次第二點，具備簡單性的特點，可以降低造價，使維護和安裝的工作量得以降低。因此經常會將該種耦合方式選取并應用進來。

1.6 三相-地耦合注入方式

根據圖1（b）可以發現其主要就是在三相電力線路上將高頻再破信號同時耦合進來。在實際接入信號的過程中，也是將并聯的方式選取進來。對于此中方式而言，對于電網的級別有一定的約束，只能在本級電網中，對信號進行創術，而且不論是處于任何位置，都可以將人工的方式采取進來，進而注入或者是接收中性點，但是對于其中的補償電容器而言，并不對信號的功率進行吸收，因此，實際的發送功率具備非常小的特點。在中壓變電站中，非常適合應用此種方式，但是要對成本以及安裝量進行考慮，在實際的線路節點位置，還要將單相-地耦合的方式應用進來，更加合適。對于單相配電線路而言，其本身存在不平衡的問題，而如果在配電變壓器的一側到達了相應的信號時，則不可能保證所有電壓的向同性，因此實際信號接收的強度也有很大的不同，此外，如果處于高頻信號狀態，相應的相位特性和信號延遲還會存在一定的差異性，進而影響實際的接收性能。

1.7 相-相耦合注入方式

根據圖1（c）可以發現，其主要就是將兩相之間將載波信號注入和接收的方式采取了進來。接入的方式采取并聯方式，而且在傳輸載波信號的過程中，則是通過差模的方式，進而以配電線路為依據，進行相應的傳輸。但是對于信號能量人眼，其主要就是將相間波模2分量的方式選取進行進行相應的傳播，因此，會降低信號的衰耗，加大傳輸距離。如果在中壓網中，將其應用進來，此種方式會隔離相線和地，因此，相應的不平衡零序電流的產生不會發生;如果實際的餓單向接地發生故障時，則相應的相-相耦合可以進一步退化，并且退化成為相-地耦合方式，進而保證工作的不間斷性。此種方式具備一定的經濟性，因此，在實際應用的過程中，還是具備一定的經濟性的。但是在實際的配電線載波耦合的過程中，正常情況下，還是要將相-地耦合方式選取進來，進行全面的監測，而將相-相耦合方式選取進來，進而全面的控制。

2 電感耦合方式

所謂電感耦合，其還有一個名稱，即感性耦合，主要就是以電磁感原理為實際的基礎。圖2為其等效原理。

對于電感耦合這一技術而言，其本身具備間接性的特點，也就是說，相應的耦合裝置并不會與電力線直接相連，可以將相-地、相-相等方式耦合，也可以將地埋絕緣電纜的方式應用進來，進而達到耦合的目的。以信號注入方式的角度進行分析，一般情況下，會將串聯耦合方式選取進來。以實際的安裝方法的角度來分析，則可以分為兩種方式，一種就是串入式耦合，另一種則為套入式耦合。

2.1 串入式耦合

所謂串入式耦合，其主要就是在配電線相線或者是電纜屏蔽層的接地線中將耦合變壓器初級串接進來，在接入的過程中，要對電纜屏蔽層或者相線進行斷開處理?；诖?，對于實際已經串接而成的電纜屏蔽層導圖或者是相線，進而作為實際的二次線圈，與此同時，一次線圈則為高頻載波信號，此外，還要將一個高導磁率的磁芯應用進來，使一個信號傳輸變壓器得以構成。但是對于此類耦合方式而言，其適用的方向具備局限性，也就是說，只能對大功率或者是低頻率的情況進行應用。

2.2 套入式耦合

所謂套入式耦合，主要就是在電纜或者相線上將電感耦合器套應用進來。對于該類耦合方式而言，其也具備一定的應用局限性，主要對中高頻率的載波信號的傳輸非常適用。在當前階段，廣泛應用于配電網電力線高速通信中。

對于電感耦合而言，其實際的應用方向非常多。將電纜屏蔽層應用進來，并且將其作為實際的耦合導體，舉例來講，對于西門子DCS3000型號的配電網載波通信系統而言，可以在地埋絕緣電纜上將磁環套應用進來，通過對相應的信號回路進行應用，對載波信號進行傳輸等。

2.3 耦合技術的比較

對于電容耦合而言，其本身就屬于直接耦合，不但具備信號傳輸效率高的忒單，實際的工作衰減也相對較小，不僅如此，實際的傳輸特性也可以達到一種理想的狀態。此外，在相應的耦合電容器中，工頻電流通入其中，則相應的電壓會降下來很多，所以，將濾波裝置結合進來，可以使電路的設計和實現更加方便。對于耦合電容和相應的濾波器而言，其具備經濟性的特點，只需要幾百元，因此，實際的耦合電路創建，具備成本更低和更加簡易的特點。

對于電感耦合而言，其本身屬于間接耦合，在連接高壓電力線和耦合裝置的過程中，則不需要對其進行直接的連接。相應的耦合裝置，不但具備可靠性高和安全性強的特點，還具備體積小的特點，在安裝的過程中，還可以不斷電。一般情況下，在地埋絕緣電纜線路中，會將電感耦合技術應用進來。但是在應用電感耦合方式的過程中，其實際的傳輸效率，會極大程度的受到相應的電磁特性影響，也正是因為如此，才會降低高頻載波信號的傳輸效率。但是它與電力線并不是直接連接的，因此，有利于信號的注入。此外，對于電感耦合裝置而言，其實際的價格非常低，整體具備經濟性的特點。

在實際選擇的過程中，要對各種各樣的因素進行考慮，大多數情況下，為了使信號的注入和接收效果得到最大化的提升，會將多種信號耦合方式全面采取并應用進來，進而達到最佳的效果。

3 結語

總而言之，文章主要對配電網高速載波通信及其耦合技術進行了深入的研究和探討。以配電網為依據，在對高速載波信號進行傳輸的過程中，要對各種各樣的因素進行充分的考慮，進而將適當的耦合技術選取進來。為了使高傳輸效率全面實現，一般情況下，即便是同處于一個系統之中，也要以不同的情況為依據，將幾種不同的信號耦合方式選取進來，進而使配電網高速載波通信的速率和質量得到全面的保證。在未來階段，隨著社會經濟的不斷發展，科技的不斷進入，相應的技術人員會對耦合技術進行全面深入的研究和探索，與此同時，耦合技術則會得到進一步的創新和發展，基于此種發展態勢，對于配電網高速載波通信而言，不論是其實際的運輸安全性、可靠性，還是整體的運輸質量和效果，均會得到全面的提升。

參考文獻

[1] 李忠，汪燕，鄧磊.寬帶載波通信在中壓配電網的應用[J].企業技術開發，2014，33（29）：49-50，56.

[2] 舒輝.低壓電力線載波通信技術的應用和發展狀況[J].安徽電氣工程職業技術學院學報，2008（3）：37-40.

[3] 劉華玲，張保會，劉海濤.配電網高速載波通信耦合技術[J].西安交通大學學報，2003（2）：123-126.

[4] 李祥珍.電力線高速數據通信技術的發展及未來[J].電力系統通信，2006（4）：1.

[5] 李根旺，趙富海.信號在電力線上傳輸應用中特性的研究[J].現代電子技術，2005（9）：15.