智能化小区用电负荷对通信干扰问题的研究

1、    智能化小区用电负荷对通信干扰问题的研究     摘要：电力线高速数据通信将成为城市智能化小区网络发展的趋势，因此，提高供电线路、供电设备的运行可靠性及故障处理的及时性非常重要。文章针对住宅小区用电负荷对通信的干扰问题进行了探讨和研究。  电力线传输数据，主要有覆盖面广、使用方便、不用布线、永久在线、施工费用少、安装周期短等优势。不需要重新建设网络，就可以实现数据、语言、视频和电力的“四网合一”。信息传输的目的和效果就是要实现所获取的信息准确、可靠、无差错、不丢失数据。智能化小区以低压电力网络作为传

2、输载体进行语言、数据、图像传输，但首要的问题是载体电力网的可靠性，也是在满足供配电设计规范、低压配电设计规范、住宅设计规范等国家规范对住宅小区供用电的基础上又增加对信道传输供电低压网质量的新要求，因此，研究信息传输质量必须先解决好用电负荷对通信的干扰问题。1智能化小区用电负荷对通信的干扰问题供配电系统的主要电能质量指标包括电压偏移、电压波动、频率波动、波形畸变(包括谐波及瞬态脉冲）、三相不平衡引起的零点漂移等。非线性用电负荷产生的高次谐波干扰，如智能化小区广泛的电子用电设备、紧凑型高效节能灯、电子镇流器、电梯、水泵、风机的变频高速电路等引起的高次谐波，通过电子线路电磁感应、静电感应、传导等方式

3、耦合到弱电系统，传输至电网，其波形受到污染，并且随着谐波电流频率的增大引起配电线路明显的集肤效应。导线电阻增大，线损也相应增加，发热加快，导致部分检测仪表电能计量及读数混乱。瞬态脉冲包括瞬变浪涌、瞬态下跌。产生这种现象的原因主要是雷电强大的瞬变电磁脉冲通过直接或间接耦合方式形成的暂态过电压窜扰电力网和智能化网络系统；其次是大功率电感性负载投切时，瞬变磁场会干扰线路系统。由于智能化小区内大多数用电设备均为单相用电电源，三相负荷很难均匀分配，容易产生中性点电压偏移，波形发生畸变，使低压网损增大等现象。通信器材其信号电压很低，大部分在10V以下，兼容能力差，易受感应脉冲的袭击。智能化小区用电负载导致

4、的电能质量指标下降，而对通信的干扰主要是电力网的电压、电流波形畸变即谐波干扰和电磁脉冲过电压等。智能化住宅小区从变电所电源到末端用电设备的多级配电回路都具有一定的回路阻抗，当谐波电流通过回路阻抗时，在其上产生电压降，使回路负载侧电压产生波形畸变，谐波电流和回路阻抗越大，回路负载侧谐波电压也越大。当过多的非线性负荷为同一配电回路供电时，众多的谐波电流汇集于同一回路内叠加，从而使谐波电流剧增。因此，过大的谐波电流和由此产生的过大谐波电压必然给通信设备及线路带来较大的危害或影响。按照CB/T454993电能质量、公用电网谐波对电压限值(见表1)，对谐波电流的允许值(见表2)，以总谐波畸变率(THD)

5、指标衡量，经查阅有关技术资料，参考对某些用电设备的谐波检测数据(见表3)。计算得知：(取13次以下谐波)（见附1）因此，电子计算机、电视机的谐波电流含量大，谐波电流总畸变率高。在负荷高峰期注入低压电网，必然会造成电网电压和电流总谐波畸变率升高。在家用电器集中的智能化小区，对低压电网质量有明显的影响，并有进一步增长的趋势，由此可见，电网谐波总畸变率的增高必然对通信造成较大的干扰，这是电力线信息传输不可忽视的主要干扰源。低压电力线信息传输与高压电力载波通信不同，高压电力网由于负荷变化率小、导线压损小、电压波动小、电能质量较好，实现载波通信的基础条件好。相比较而言，低压配电网具有更多的复杂性和时变性

6、特点，根据实验测量，在低压配电网中，不同建筑或同一建筑内的不同节点，甚至同一节点的不同时间段，信号在电网中衰减和受噪声干扰的特性都是不相同的，且都随负荷的变化呈现出较大变化。智能化小区利用电力线作通信信道，电力线的传输质量是影响通信信息可靠性的第一因素。由于每个家庭不同时期的用电习惯不同，而且，在上班时间、人们夜间休息时间是用电低峰，下班以后、晚休以前是用电高峰，低压电力网的负荷变化很大，电网电压的波动完全是动态值，通信信息的可靠性必然要受到严重的影响，这也是最难解决的问题。2 智能化小区用电设备对电力线信息传输通信的干扰和抑制 利用电力线传输信息的接口及信息处理设备均属通信器材，与其他传输方

7、式不同，干扰信号是通过电力线网络直接耦合、静电感应、传导等方式干扰的，因此对此种传输方式干扰信号的抑制就显得尤为重要和突出。抑制可以从两个方面来研究，其一是加强对电力线干扰信号的抑制；其二是选择优质的抗干扰接收信息通信设备。电力线对通信的干扰主要来源于电力线网络的谐波干扰，浪涌脉冲过电压；其次来源于周边环境旋转电机、开关设备频繁动作的噪声污染。以下讨论通信信息设备输入接口的抗干扰问题。(1)瞬态脉冲过电压的防护措施。防护的主要是感应雷击侵入，其瞬态过电压幅值很大，对通讯设备的危害较严重。常用的方式是在通信设备供电线路各级和信息输入端装设浪涌过电压保护器(SPD)，以降低和泄放雷电涌流，使瞬态过

8、电压降低到信息设备能承受的水平。过电压保护装置应按电源系统的耐压水平、伏安特性，各通信设备和网络系统的性能参数等，结合过压保护装置的残压(kV)、通流(kA)、响应时间(ns)和插入损耗(dB)等参数合理选择，对于通信设备供电电源应采用不少于三级的分流限压措施。对于小区住宅楼，可在电源进线处装设大容量SPD，分干线配电箱设置中等容量SPD，住户配电箱设置小容量SPD，通信接口设备设置信号SPD；(2)采用屏蔽措施，利用各种金属屏蔽体来阻挡和衰减加在通信设施网络系统的电磁干扰脉冲。屏蔽措施分为建筑物屏蔽、设备屏蔽和各种线缆屏蔽。建筑物屏蔽按照规范防雷等级要求利用构造钢筋、金属构架、金属门窗、接地

9、基础钢筋相互连接，形成法拉第笼。设备屏蔽按IEC标准划分的防雷区(LPZ)施行多级屏蔽。线缆屏蔽包括电源线屏蔽和信号线屏蔽两部分，电源线应采用穿钢管敷设方式，信号线应采用金属屏蔽线。敷线钢管与缆线金属外皮均应作良好接地，穿线钢管应两端接地，既起屏蔽作用，又起分流和集肤作用。当发生雷击时，部分雷电流经钢管人地，雷电流对钢管内的线路感应出与钢管上所感应的同体电压，可降低线路与钢管之间的电位差，在雷击带电体使带电体与钢管短接时，由于钢管的集肤效应和上述的感应电压使雷电流从钢管人地，管内线路无电流。此外，由于作为防雷引下线的结构混凝土柱内钢筋和笼形屏蔽网都处在建筑外墙上，雷电流在外墙处的电流密度大，周

10、界电磁场强，传输信息的电力线主干线不要靠近外墙布线，尽量靠近建筑物中部。对于外界引发的各种噪声干扰，以上屏蔽措施可起到一定的抑制作用；(3)通信设施及网络的接地系统应和建筑物电源重复接地，防雷接地等共用接地体联合接地，使它们处于同一地电位，这样不仅可消除各系统之间的电位差，同时，对通信设施也应作局部等电位联结，与总等电位联接形成整体，以利于降低和排除建筑物内各设备之间的电位差；(4)通信设备电源要有隔离式滤波、稳压、稳频及蓄电池供电措施，为此，应首选UPS电源。UPS电源具有滤波、自动稳压、稳频输出和吸收高次谐波功能，切换时间可达s级，换能效率高，反馈出可为工频正弦波，非线性失真小于5，动态特

11、性好，最大允许冲击流为总额定电流的150，是电力线信息传输系统接口的最佳抗干扰设备。3 智能化小区多用户接入的问题低压电力线网是一个典型的多用户系统，利用它实现信息接人时，信道资源将被众多用户共享。因此，选择合适的用户接人是非常必要的。另外，对于低压电力网，我们有必要区分上行连接和下行连接，其中，上行连接是从用户到基站(一般位于变电所中)，下行连接从基站到用户。现在的接入方式一般分为三类，即固定接人(如FDMA，TDMA)、随机接人(CSMACD)和按需分配。在选择多用户接人方式时，除了要考虑信道特性以外，还要考虑传输数据时对延迟时间、传递速率和占空度等方面的要求。对于下行连接，依据配电网的结

12、构，适宜采用固定接人方式。例如FDMA，对于距离比较远的用户，分配给较低的频带，而对于近处的用户，由于衰减较小，可使用较高的频带。对于上行连接，由于多个用户间不可能做到协调一致的工作，因而采用随机接人(CSMACD：带有冲突监测的载波侦听多路接人)或者按需分配比较合适。此外，在上行连接中也可以使用CDMA，但它存在远近及接入干扰等问题。4 结束语我国自1992年提高商业电网自动化后，近几年已开始了电力市场的准备工作。对中、低压电力线载波通信的研究越来越多，也取得了很多成果。当然，由于电力线路固有的缺点(如，负荷变化复杂，噪声干扰强，信号衰减大，信道容量小)，要实现高质量的电力网络通信还有相当大的困难。但是，不能否认，建立基于电力线的智能化小区通信网络服务是一项长期而有意义的任务，它将会给人们带来更为广阔的宽带网技术，有效地推动智能型住宅的发展。参考文献1刘海涛张保会，刘华玲.利用低压电网实现高速信息接入需要解决的问题，继电器，2003；42丁道齐迈入21世纪的中国电力通讯(一)、(二)，电力系统自动化，1996；10，113丁道齐把握世界通讯发展趋势，确立电力通讯发