10kV电力线载波通信结合滤波器方案重点

1、No.2 2001华北电力技术NORTHCHINAELECTRICPOWER19?供用电技术？10kV电力线载波通信结合滤波器的改进方案ImprovedschemeofCoupeFilteri n10kVPowerL in eCarrierCo mmuni cati on清华大学（北京100084）王晖 余京兆摘 要:从10kV配电网与35kV及以上电压等级输电网中通信信道的复杂程度的 不同出发,分析了 10kV配电网载波通信频带内线路的输入阻抗特点，并通过在实际 线路中的测试进行了验证。根据10kV配电网中的线路阻抗特点，分析了现有结合 滤波器工作性能变差的原因，同时提出了适应于10kV配电

2、网的结合滤波器的改进 方案,并根据线路阻抗实测值，在给定的频带内，设计出了元件参数。计算表明，改进 后的结合滤波器匹配程度显著提高。关键词:配电网;载波通信；中图分类号:TM73文献标识码:A91710220019204电力线载波通信技术出现于20世纪20年代初期，经过几十年的发展，目前已具备 相当的规模和水平。我国的电力线载波通信系统已经在35kV及以上电压等级的输电线路中得到了成功应用。随着 10kV配电网自动化建设的发展，希望有一种经 济适用的通信方案，电力线载波通信技术由于其固有的一些特性而受到青睐1。然而10kV配电网载波通信至今还没有一套成熟的系统出现，究其原因，与高电压等 级的输

3、电网相比，10kV配电网中通信信道更为复杂是其重要因素之一。为了电力用户的需要，在电力线上往往引出一些T接分支线,这就为组织载波通道 造成了复杂性。在35kV及以上电压等级的输电线路中，为组织载波通道，往往在T 接分支线两侧接入阻波器，隔离了分支线对高频信号分流的影响，如图1所示2。 然而配电自动化载波通信的理想模式是开放式的计算机网络通信，不允许在分支线 两侧接入阻波器。由于分支线不能隔离，使得线路上高频阻抗发生了很大的变化。 值得注意的是，目前市场上销售的10kV载波通信结合滤波器均沿用了高电压 图2线路示意图1）1；2 3结合滤波器；一载波机;6中间载波机等级输电线路中结合滤波器的设计方

4、案，设计时假定电力线路阻抗是一个几百欧姆 的固定值（如4008）,因此其工作性能不佳是可想而知的1111线路阻抗的理论分析在载波通信频带内（40500kHz）,线路的长度和波长可以比拟，此时考虑线路上某点的输入阻抗时要应用传输线阻抗公式3:Zi=ZCZC+jZFtg（ B式中 Zi 线路上某点的输入阻抗；ZC线路的特性阻抗；ZF负载阻抗；（1）B播常数；l 从负载至观察点的线路长度图2中,设干线线路总长L=5000m,线路特性阻抗ZC=4008,干线末端有一负载 阻抗ZF=4008。在离源端L仁4000m处有一分支线1,华北电力技术NORTHCHI20NAELECTRICPOWERNo.2 2

5、001分支线长Lb1=600m,负载阻抗ZF1=4008。在离源端L2=3300m处有一分支线2,分 支线长Lb2=350m,负载阻抗ZF2=(开路)。当不考虑两分支线时，源端输入阻抗显然为Zi=4008。当仅考虑第一条分支线Lb1时,用公式(1)计算可得源端输入阻抗Zi,如图3(a)所示。当考虑两条分支线时，源端输入阻抗Zi如图3(b)所示010020Q300400(a)仅考总分支蜂时的囚Sl*/kHzZli ne+T22率损失均小于015dB,可见当线路阻抗稳定为4008时,该型号结合设备工作性能很 好。当线路阻抗发生变化时，若仍使用图5中的结(b)所合设备，此时的功率损失将增大，由图4(

6、a(j给定10kV电力线侧阻抗Zline后,可以通过 传输矩阵计算出在通信电缆侧的输入阻抗。(6)Zicable=T21f j 10W电力线侧V 7甘。函 5b5#F 函 4()(6)HB眾a鸯-o o o o o O o o o o o O O & 6 4 21 110020000400fl*/kRz(I X点通信电憑制的输入駅执100200300400500(b)的输人Rllft抗示于图6中。图7阻抗不匹配引起的功率损失由图7可以看出,在线路阻抗匹配条件下工作性能良好的结合设备，在线路阻 抗改变时其性能将恶化，造成系统功率损失明显增大，在某些频率上，甚至高达 615dB。因此沿用这样的结合

7、滤波器势必造成在某些频率上的通信性能极度恶化，增加了整个通信系统实现的难度。因而对原有的结合滤波器必须进行改进，使其适应于10kV配电网。3结合滤波器的改进方案311改进前提改进的结合滤波器设计方案是根据以下条件确定的：(1) 线路上不同点的输入阻抗不尽相同；(2) 在整个通信频带内各点的阻抗值随频率变化剧烈；(3) 阻抗不再是一个纯阻抗，而且有时候电抗部分很大；(4) 具体到某一个通信机，其工作频带不是很宽(在扩频载波通信中，一般为几十kHz) 图6通信电缆侧的输入阻抗华北电力技术NORTHCHI22NAELECTRICPOWERNo.2 2001(5) 在几十kHz的频带内，线路阻抗的变化

8、 表1改进后阻抗失配引起的功率损失 项目50不是很剧烈。第(1)至第(3)条决定了结合滤波器必须有可调装置，以适应不同地点不同频段的不 同阻抗情况。第(4)、(5)条使得结合滤波结构不必太复杂。312改进方案综合以上考虑对结合滤波器的设计提出了如图 8所示的改进方案频率kHz600147001680118功率损失dB211从表1可以看出，改进后的结合滤波器可以显著改善工作频带内的阻抗匹配状况，减小功率损失，提高通信系统的性能0图9改进的结合滤波器电路图图8结合滤波器改进方案示意图4结论10kV,分,，证实了其功率损失的明显增大，给通信系统的实现增加了难度。为此，结 合实际提出了改进的结合滤波器

9、设计方案。通过计算表明，改进后的结合滤波器可 以明显减小功率损失，提高通信系统的性能。参考文献1 焦邵华,刘万顺.配电网载波通信的衰耗分析电力系图8中结合滤波器分为三部分，工频隔离部分、电抗抵消部分和电阻变换部 分。工频隔离部分由耦合电容CC和泄漏工频电流的排流线圈Ld构成。电抗抵消 部分由可调电容电感网络构成图8在补,，得到对工作频率的最小阻抗和最低衰 耗。而在改进设计的结合滤波器中，可调电容电感网络与耦合电容器和排流线圈一 起用来抵消线路阻抗的电抗部分，使得经过该网络变换后，变压器的接入阻抗近于 纯阻抗。313改进电路以图4(a)中线路上A点的输入阻抗为例，在5080kHz频段，由图7可见，原有的结 合滤波统自动化,2000,24(8).2 陈维千.电力线载波通道.北京:水利电力出版社，1983.3 P.格里维.黄鹤松译.高频传输线的物理基础.上海：器使得带内的阻抗失配引起的功率损失均大于6dB,在这阻抗失配最为严重的频段上,改进的结合滤波器电路图如图9所示。当取耦合电容CC=10000pF排流线圈Ld=116mH时，可以选择电抗抵消网络与 电阻变换部分电路参数为 C仁1AF,L1=1100AH,L2=710AH,n=215此时的功率损 失经计算如表1所示。上海科学技术出版社，1984.4陈惠