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电力线载波通信的原理及特点

【摘要】:此外,耦合设备还必须防止高电压、大电流对载波通信设备的损坏,确保安全。我国统一规定电力线载波通信使用频带为40~500k Hz。由于受能使用频谱的限制、通信方向的分散以及从组网的灵活性考虑,电力线载波通信大量采用单路载波设备。

电力线载波通信在原理上和邮电明线的载波通信基本相同,但它是利用电力线路来实现话音通信的,而电力线路是为输送功率而架设的,线路上具有很高的工频交流电压和强大的工频交流电流,因此电力线载波通信必将有许多独特之处。

1.电力线载波通信的特点

(1)独特的耦合设备。电力线路上电压高、电流大,载波通信设备必须通过高效、安全的耦合设备才能与电力线路相连。这些耦合设备既要使载波信号有效传送,又要不影响工频电流的传输,还要能方便地分离载波信号与工频电流。此外,耦合设备还必须防止高电压、大电流对载波通信设备的损坏,确保安全。

(2)线路频谱安排的特殊。电力线载波通信能使用的频谱由3个因素决定:电力线路本身的高频特性、避免50 Hz工频谐波的干扰、载波信号的辐射对无线广播及无线通信的影响。

我国统一规定电力线载波通信使用频带为40~500k Hz。

(3)以单路载波为主。电力系统从调度通信的需要出发,往往要依靠发电厂、变电站母线上不同走向的电力线,开设电力线载波来组织各方向的通信。由于受能使用频谱的限制、通信方向的分散以及从组网的灵活性考虑,电力线载波通信大量采用单路载波设备。

(4)线路存在强大的电磁干扰。由于电力线路上可能存在电晕等干扰噪声,要求电力线载波设备具有较高的发信功率,以获得必需的信噪比

由于工频谐波的干扰,不可能在电力线路上直接进行音频通信,只能将信号频谱搬移到40k Hz以上,进行载波通信。

2.电力线载波通信原理

电力线载波通信的原理框图如图6-3所示。发电厂将50 Hz电能经变压器升压后,通过电力线送到变电所,再经降压后供给用户使用。

图6-3 电力线载波通信原理框图

利用电力线实现载波通信,关键的问题是如何把高频信号安全地耦合到电力线。图6-3所示最常用的接地耦合方式,由耦合电容器 (C1、C2)和结合滤波器 (F1、F2)共同完成耦合作用。电容器和结合滤波器构成了一个高通滤波器,载波通信的高频信号可以顺利通过,送到电力线路的一条相线,而对工频电流具有极大衰减,能有效地防止工频电流进入载波设备,保护载波设备和人身的安全。

阻波器(T1、T2)是一个LC并联谐振电路。其谐振频率调节在高频信号的频率附近,因此它对高频载波信号具有极大的阻抗,阻止高频信号进入发电厂或变电站的电力设备,防止输电母线、变压器等设备对高频信号的旁路作用。而谐振电路的电感线圈能通过大电流的强流线圈,由它保证工频电流的顺利输送。

图6-3中载波信号的处理、传输过程是:发电厂端的话音信号0.3~3.4k Hz经差接系统完成转换,然后用频率为f1的载频对其进行调制,并取其上边带,从而将话音频谱搬移到高频段,成为[f1+(0.3~3.4)]k Hz的高频信号。进行放大后,由方向滤波器f1输出,最后经F1、C1耦合到电力线上。由于组波器的存在,高频信号将沿电力线向变电站端传输。到达变电站端后,高频信号将被阻波器T2阻挡,经过C2,F2耦合进变电站的载波设备。因带通滤波器f2的通带频率不同,[f1+(0.3~3.4)]k Hz的高频信号只能经过滤波器f1进入下部的收信支路,放大、解调后,恢复发电厂端的话音信号,最后经差接系统传至变电站端用户。

同理,变电站端的信号传输至发电厂端时,其差别只是两个方向使用的载频不同,一端采用载频频率为f1,而另一端采用载频频率为f2。不同方向的不同载波信号在两端载波设备中是依靠f1、f2两个中心频率不同的带通滤波器予以区分,故f1、f2滤波器称为方向滤波器。