王德志

【摘 要】本文分析了低壓電網(wǎng)噪音污染和諧波干擾的原因，并提出了一些應(yīng)對(duì)措施來(lái)改善這些問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】低壓電網(wǎng)噪音污染；諧波干擾

一、低壓電網(wǎng)噪音污染和諧波干擾

低壓電網(wǎng)諧波干擾源主要有：變頻電器、節(jié)能燈、大功率電機(jī)（電梯、水泵等）。例如我們測(cè)到的四管日光燈最大干擾可以達(dá)到120dbμv，干擾頻率在90kHz左右游動(dòng)。其他如節(jié)能燈、變頻空調(diào)、劣質(zhì)手機(jī)充電器……等，干擾發(fā)射也十分嚴(yán)重！而且是全頻段干擾！它們將降低接收信噪比，導(dǎo)致通信失敗。

低壓電網(wǎng)的通信環(huán)境比較惡劣，而且波動(dòng)范圍很大，一般的加大發(fā)射信號(hào)幅度、提高接收靈敏度、改變調(diào)制方式、自動(dòng)增益控制、多載波發(fā)射、跳頻通信技術(shù)、分組傳送……等技術(shù)措施，對(duì)于信道的劇烈波動(dòng)的高衰減與廣譜強(qiáng)干擾較難發(fā)揮作用。

二、信道衰減

對(duì)低壓電網(wǎng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，低壓電網(wǎng)載波信道在500KHZ以下頻段最大衰減可達(dá)120～130db（120db等于100萬(wàn)倍衰減）。假如單純依靠物理層通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，載波通信芯片或模塊的物理層通信能力至少要超過(guò)130db。

現(xiàn)在城市電網(wǎng)配電變壓器出口大多采用低壓電纜，而這條電纜上的衰減，往往就可以達(dá)到60db以上。加上低壓電網(wǎng)的功率因數(shù)補(bǔ)償電容的影響，在低壓電網(wǎng)不采取任何一次回路隔離阻波技術(shù)措施條件下，這對(duì)載波通信芯片或模塊的物理層通信能力，就是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。而通過(guò)改善電網(wǎng)功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，是當(dāng)前的一大趨勢(shì)。

造成衰減的原因包括：

1.線路衰減：其中包括電纜的分布電容造成的相間衰減、對(duì)地衰減，還有高頻趨膚效應(yīng)造成的線路阻抗衰減。

2.負(fù)載引起的線路衰減劇烈變化。

3.功放阻抗失配造成的衰減。

4.線路節(jié)點(diǎn)引起的高頻信號(hào)反射，特別是線路類別變化的節(jié)點(diǎn)，反射更加嚴(yán)重，架空線與電纜接頭可能造成80%信號(hào)功率反射（約7db衰減）。

5.多徑衰落引起的高頻信號(hào)衰減；

三、載波通信當(dāng)中的阻抗匹配問(wèn)題

中低壓電網(wǎng)是最終用戶電網(wǎng)，網(wǎng)上用戶眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、負(fù)荷性質(zhì)各異、隨機(jī)性很強(qiáng)，對(duì)電力線載波來(lái)說(shuō)是一個(gè)極不穩(wěn)定的系統(tǒng)，造成這一狀態(tài)的主要原因之一是載波阻抗匹配問(wèn)題。欲想使載波穩(wěn)定、可靠傳輸必需保障系統(tǒng)的穩(wěn)定和阻抗的匹配。對(duì)高頻載波而言低壓電網(wǎng)上經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)低阻抗點(diǎn)，例如：在低壓電網(wǎng)上掛有大量的像彩電、計(jì)算機(jī)等用開(kāi)關(guān)式直流穩(wěn)壓電源的用電器，它們對(duì)高頻載波呈現(xiàn)幾歐至幾十歐的阻抗，同樣因阻抗失配而導(dǎo)致載波傳輸大幅衰落，特別是遇到微機(jī)室、網(wǎng)吧等這類用電器相對(duì)集中的場(chǎng)所它們近似接到一個(gè)節(jié)點(diǎn)上，其載波阻抗呈并連狀態(tài)，可能低到近似短路。擴(kuò)頻較難解決阻抗匹配問(wèn)題。

對(duì)高頻載波而言，電網(wǎng)上存在許多低阻抗點(diǎn)，有的低到近似短路，每個(gè)低阻抗點(diǎn)是一個(gè)載波陷阱，它們嚴(yán)重的破壞了載波的正常傳輸，特別是遇到近似短路的低阻抗點(diǎn)時(shí)載波信號(hào)會(huì)被完全陷掉，形成一個(gè)載波“黑洞”。這些載波陷阱出現(xiàn)的時(shí)間、地點(diǎn)、分布狀況完全是隨機(jī)的無(wú)任何規(guī)律可循，所以利用擴(kuò)頻加中繼轉(zhuǎn)發(fā)的方法也較難實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定、可靠的通信。總之，對(duì)載波來(lái)說(shuō)，低壓電網(wǎng)是一個(gè)隨機(jī)性很強(qiáng)的較不穩(wěn)定系統(tǒng)。

四、利用載波擴(kuò)頻技術(shù)存在的局限性

電力線載波的頻段為40kHz～500kHz，遠(yuǎn)程監(jiān)控要求的數(shù)據(jù)傳送速率一般不低于600波特，因此，擴(kuò)頻倍數(shù)受到一定的限制。

電力線上存在很強(qiáng)的高斯噪聲，像大功率的變頻電機(jī)產(chǎn)生的高頻諧峰――峰值可達(dá)100～200伏，在這樣強(qiáng)的高斯噪聲環(huán)境下系統(tǒng)接收的噪聲強(qiáng)度與接收帶寬成正比。顯然在電力線載波上擴(kuò)頻的同時(shí)噪聲電平也同比增長(zhǎng)即信噪比也同比降低，因此電力線載波實(shí)行擴(kuò)頻傳輸與窄帶電力線載波相比效果改善不明顯。

五、采用降低載波頻率的措施存在的局限性

將載波頻率降到音頻波段則載波波長(zhǎng)大大超過(guò)線路的長(zhǎng)度，線路失去了長(zhǎng)線特性，線路結(jié)構(gòu)的影響也就很微弱了，同時(shí)頻率降低ω值小電容的阻抗大了，載波陷阱了，影響也就小了。但是，降低頻率帶來(lái)以下問(wèn)題：

信號(hào)耦合困難，信號(hào)耦合是電力線載波關(guān)鍵之一，它要求既要把信號(hào)的功率全部送到電力線上又要保證50Hz電力波竄不到載波設(shè)備里來(lái)。音頻頻段同50Hz隔離比較難，所以電力線載波頻段一般定在40kHz以上。

沒(méi)有完全消除低阻抗點(diǎn)，10KV線路上經(jīng)常掛有分散補(bǔ)償電容，它們的值一般都在幾千至十幾千乏；另如網(wǎng)吧一類計(jì)算機(jī)大量集中的地方線間電容可達(dá)幾微法，這么大的電容對(duì)音頻段的阻抗也是很小的，同樣形成載波陷阱。

六、利用阻波法存在的局限性

電力線載波最常用、最有效的方法是阻波法，即在低阻抗點(diǎn)與線路間加裝阻波器，利用阻波器的固有阻抗消除低阻抗點(diǎn)。但是在低壓電網(wǎng)上用電設(shè)備數(shù)量龐大，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，加裝阻波器是很困難的，成本高。

七、采用中繼轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)存在的局限性

在通信過(guò)程中由于阻抗失配和線路損耗使信號(hào)衰減，當(dāng)信號(hào)小到影響正常傳遞時(shí)，利用轉(zhuǎn)發(fā)法進(jìn)行接力中繼傳送也是常用的有效方法，但它必須建立在穩(wěn)定系統(tǒng)上。中低壓電網(wǎng)對(duì)電力線載波來(lái)說(shuō)是一個(gè)隨機(jī)不穩(wěn)定系統(tǒng)，因此，單靠中繼措施較難達(dá)到目的。

八、載波信號(hào)隨機(jī)的不可控的跨過(guò)變壓器

理論上，載波信號(hào)是很難跨過(guò)變壓器傳輸?shù)模趯?shí)際過(guò)程中，載波信號(hào)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)隨機(jī)的不可控的跨臺(tái)區(qū)泄漏的現(xiàn)象。載波設(shè)備在各臺(tái)區(qū)間同時(shí)工作時(shí)，有時(shí)存在相互串?dāng)_，大大降低了載波通信的成功率。

根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)，載波系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試工程量較大，往往需要大量的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置工作。同時(shí)，一些載波系統(tǒng)存在路由級(jí)數(shù)的限制，導(dǎo)致系統(tǒng)規(guī)模有限。

綜上所述，我們可以從以上幾個(gè)方面來(lái)實(shí)現(xiàn)控制低壓電網(wǎng)噪音污染和諧波干擾。

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