低压高速电力载波线通信技术发展及其应用

电力线载波通信是电力系统特有的一种通信方式,目前可用来传输电话、远动数据和远方保护等信号,是确保电网安全、优质、经济运行,实现调度自动化和管理现代化的重要通信方式之一。

一、电力载波线通信技术的方式和特点

电力载波线通信技术是指利用现有坚固可靠的电力线,通过载波方式高速传输模拟或数字信号的技术。由于使用作为载波信号的传输介质,因此具有信息传输稳定可靠、路由合理特点,是唯一不需要线路投资的有线通信方式,显示出了良好的前景和巨大的市场潜力。

电路线通信是先将数据调制成载波信号或扩频信号,然后通过耦合器耦合到220V或其他交/直流电力线甚至是没有电力的双绞线上。电力载波线通信不仅提供了实用的新兴通信手段,而且具有一些主要特点:1.可靠性;2.经济性;3.受电力线路噪声影响大;4.为防止电力线载波对其他通信设备的辐射干扰;5.输电线路向超高压、长距离方向发展。

电力线载波通信技术经历了从模拟到数字,从纯硬件技术到软硬件结合的过程;它同其他电子产品一样,经历了电子管时代、晶体管分立器件时代、中小规模集成电路时代、中大规模集成电路时代,现在进入数字时代。

二、分析电力载波线通信技术的现状

电力载波线通信技术以电力线路为传输通道,具有通道可靠性高、投资少见效快、与电网建设同步等电力部门得天独厚的优点。如何保证在电力线上长距离的可靠通信是电力线通信的关键,电力载波线通信的关键是功能强大的电力载波线专门电路,目前,采用PL2000A型电力线收发器等专用电路能提供较好的解决方案。

经过几十年的发展,目前已具相当的规模和水平。不管是从理论研究,还是运行实践,我们都取得了成效:①载波技术装备水平的提高;②电力载波线通信综合业务能力的发展;③电力载波线所具有的规模范围、装机数量、从事人员数量,都是空前的;④理论研究成果卓著。

为适应现代通信技术的发展,数字式电力载波线机的开发研制也取得了实质性的进展,电力载波线通信技术的研究不断要有新的进展。

三、低压高速电力载波线通信技术的发展

低压高速电力载波线通信是指利用专用调制解调器对信号进行调制,然后把信号加载到现有电力线中进行通信的技术。早期电力载波通信就开始应用到lOkV配电网络线路通信中,利用电力载波机和阻波器,在中高压配电网中传输语音、控制指令和系统状态等信息,并形成了相关国际和国家标准。对于低压配电网来说,许多新兴的数字技术,例如扩频通信技术、数字信号处理技术和计算机控制技术等,大大提高和改善了低压配电网电力载波通信的可用性和可靠性,使电力载波通信技术具有更加诱人的应用前景。

进入八九十年代以来,我国电力事业和电力系统以前所末有速度迅猛发展。大电站、大机组、超高压输电线路不断增加,电网规模越来越大。电网的发展必然对电网管理和技术提出更高的要求,这就要求电力系统通信更加完善和先进。

四、低压高速电力载波线通信中新技术的应用

信息时代的到来,促进了全世界范围内电信科技的全面、多维发展,各种新兴的通信技术不断出现;通信设备性能越来越先进,价格越来越低廉。于是,数字微波、卫星通信、光纤通信、移动通信、对流层散射通信、特高频通信、扩展频谱通信、数字程控交换机及以数据网等新兴通信技术在电力系统中得以逐渐的推广应用。

(一)混沌(Chaos)

目前混沌序列是保密通信中的研究热点。因为混沌系统对初始条件和混沌参数能够产生大量、非相关、类随机但为确定性和可再生的非周期性信号等特点,使其非常适合用作抗干扰和保密通信的伪随机码序列。混沌本质特征在于描述事物对“初始条件高度敏感”的高度非线性特性。混沌的长期行为还表现出明显的随机性和不可预测性,它的引入为改善跳频通信系统性能提供了一个新的途径。此外,混沌同步驱动也将大大改进通信的安全性。

(二)跳频(FH)

跳频通信在电力载波通信中应用具有很强的适用性:①适应电力线的强干扰环境。②适应低压配电网频率选择性衰减。跳频系统则可以根据预设跳频图案,自动切换载波频率,避开干扰源频点,同时也可以根据信道估计的结果,通过自适应跳频,选择适宜信道,实现可靠通信。从通信技术的实现方式来说,跳频是一种用码序列进行多频频移键控的通信方式;从时域上来看,跳频信号是一个多频率的频移键控信号;从频域上来看,跳频信号是一个在很宽频带上以不等间隔随机跳变的信号。因此,跳频通信在某一特定频点上仍为普通调制技术。跳频系统根据频率变化的快慢,通常分为快跳频和慢跳频。目前在军事领域广泛应用了快跳频通信技术。随着电子对抗的加剧,在快跳频的基础上,产生了自适应跳频,进一步提高抗截获和抗干扰目的。慢跳频则主要应用于民用领域。

跳频技术在低压配电网电力线载波通信中的应用不仅是新的技术增长点,而且在网络安全日益重要的今天,该技术将起到不可替代的作用。

(三)正交频分复用(OFDM)

正交频分复用(OFDM)采用一组相互正交的子载波构成信道来传输数据流,这些载波在频率上等间隔地分布,载波间隔一般取码元周期的倒数;并行调制技术、长码元周期、FFT/ IFFT调制与解调技术,使OFDM具有频带利用率高、易实现、抗ISI干扰能力强、抗信道衰落好、抗噪声干扰强等优点OFDM是目前电力载波宽带通信的首选技术,跳频OFDM方式在无线通信中被选作IEEE802.15.3a标准的另一个方案。

(四)网络自组与重构

自组网在无线Ad—Hoe网中,每个节点既是主机,又可以是路由器。因此,在低压高速配电网电力线载波通信中采用网络自组与重构技术,具有以下优点:①可以根据电力线信道质量变化,自动侦测可通信逻辑节点,动态调整路由配置,在网络链路层保持可靠连接。②自动探测最佳中继节点,动态配置中继信息,自动识别节点投入或切除。因此,采用这种网络自组与重构技术,可以实现低压高速配电网中点到点、点到多点的可靠通信。

五、总结

随着科学技术的不断发展和应用,随着改革的深化、管理水平和管理质量的提高,通过广大电力载波线通信人员的共同努力,低压高速电力载波线通信会继续在我国电网现代化进程中发挥重要作用,为我国电力事业的发展做出新的更大的贡献。

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