配电网高速载波通信及其耦合技术的研究

常飞 杨亮

[摘    要]在配电网中，载波信号在实际传输的过程中，起到至关重要的一项技术就是耦合技术，其不但具备高效性，还具备经济性，应该对其进行全面的推广和应用。基于此，本篇文章主要对配电网高速载波通信及其耦合技术进行深入的研究和探讨。

[关键词]配电网;高速载波通信;耦合技术

[中图分类号]TN913.6 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）12–00–03

[Abstract]In the distribution network， the carrier signal in the actual transmission process， plays a crucial technology is the coupling technology， which not only has high efficiency， but also has economy， it should be carried out a comprehensive promotion and application. Based on this， this paper mainly studies and discusses the high-speed carrier communication and its coupling technology in distribution network.

[Keywords]distribution network; high speed carrier communication; coupling technology

1 配电网结构及其信道特性

1.1 配电网结构及分级

对于配单网而言，其主要分为两种类型，一种，就是中压配电网，另一种，就是低压配电网。其中对于中压配电网而言，其实际指的电网等级就是6～35 kV;对于低压配电网而言，其实际指的电网等级就是220/380 V。

所谓中压电网，主要就是将高压或者是中压变电站的变压器应用进来，通过相应的受电，与此同时，不论是高压，还是中压的变压器，其实际的中压线圈的中性点位置，可以不进行接地处理，又或者是将相应的阻抗应用进来，进行接地。不论是任何一台变压器，都会供电一段母线，而且基于断路器的作用，则每一段母线都会为中压馈线供电。对于中压馈线而言，其就是一个集合体，由若干馈线组成，与此同时，整体的扩展形态为辐射状，在供电的过程中，则呈树形结构。对于中压电网而言，其本身结构就具备变化性和动态性的特点。以实际的电网自动化要求以及数据传输要求为实际的依据，中压电网在实际运行的过程中，可以分为两种方式，一种为辐射，一种为互联。

对于低压配电网而言，其主要就是以中压配电变压器或者是低压配电变压为实际的依据，进而进行受电，正常情况下，线路的长度必须要小于500m。线路从最初的配电间，进入到配电箱之中，实际的网络拓扑呈现的则为辐射状的树形复合结构。对于低压电力网而言，其组成的部分不但有开关装置，还有地埋绝缘电缆，不仅如此，还有架空绝缘电缆，在实际运行的过程总，可以将狐狸窝囊法师应用进来，但是由于一些具体的原因，相应的线路开关会开展动作，所以对于低压网而言，其本身具备变化性和动态性的特点。

1.2 信道特性

对于配电网而言，其实际的电力线的信道特性具备极为恶劣的特点，对于配电网电力线而言，其主要的作用，就是对高压工频电流进行传输，将配电线利用进来，对数据通道进行建立，在整体过程中，会遇到很多的问题，举例来讲，实际的干扰种类非常多、噪声电平非常高、线路在尽心实际的耦合阻抗的过程中，会发生各种各样的变化，而且不可预测。对于相应的耦合装置而言，可以对一定的阻抗波动进行适应，对电力线路上的谐波以及工频噪声进行抑制。

1.3 信号耦合的技术要求

以电力线路为实际的依据，对高频载波信号进行传输，必须要将耦合装置安装进来，其根本性的作用，就是可以在配电线路中将高频载波信号注入进来，又或者是将高频载波信号从实际的配电线路中提取出来。除此以外，对于相应的耦合装置而言，还要起到重要的隔离作用，也就是将相应的高压和过电压与实际的信号注入设备全面隔离开来。

对于配电网载波通信而言，其具体将何种耦合装置和注入当时选取进来，则最为首要的要求，就是要对当前阶段现有的所有配电网结构和实际的运行费按时进行适应，使电网安全稳定运行的基本要求得以满足，使正常的电网保护避免受到影响，此外，还要确保自动装置运行的流畅性。其次，就是在对耦合方式进行选择的过程中，应该奥正高频载波信号的传输需求得到最大化的满足，此外，还要将相应的阻抗特性包含进来，将传输频带包含进来。最后，就是在进行选择的过程中，还要对经济实用的原则进行重视。由于配电网载波通信本身具备信号节点相对较多的问题，则实际的耦合方式不同，则实际的造价差别也非常大，所以，将使用和简单的耦合方式选取进来，则最佳。

1.4 电容耦合方式

在电容耦合中，最为常用的有单相-地耦合、三相-地耦合、相-相耦合三种方式。具体如图1所示。

1.5 单相-地耦合方式

根据图1（a）可以發现，对于此种方式而言，其主要就是将三相配电线中的一相或者两相线路选取进来，进而在运输高频载波信号的过程中，将其作为通道，一般情况下，都会将此种范式选取进来。对于该类信号耦合当时而言，其具备以下特点，对于信号源而言其主要就是将并联的方式选取进来，进而在耦合相线和地线之间进行连接，而且还会将共模的方式实施进来，进而传输高频载波信号。对于共模式电容偶尔而言，其主要有两大特点，首先第一点，在实际信号传输的过程中，实际的效率非常高;其次第二点，具备简单性的特点，可以降低造价，使维护和安装的工作量得以降低。因此经常会将该种耦合方式选取并应用进来。

1.6 三相-地耦合注入方式

根据图1（b）可以发现其主要就是在三相电力线路上将高频再破信号同时耦合进来。在实际接入信号的过程中，也是将并联的方式选取进来。对于此中方式而言，对于电网的级别有一定的约束，只能在本级电网中，对信号进行创术，而且不论是处于任何位置，都可以将人工的方式采取进来，进而注入或者是接收中性点，但是对于其中的补偿电容器而言，并不对信号的功率进行吸收，因此，实际的发送功率具备非常小的特点。在中压变电站中，非常适合应用此种方式，但是要对成本以及安装量进行考虑，在实际的线路节点位置，还要将单相-地耦合的方式应用进来，更加合适。对于单相配电线路而言，其本身存在不平衡的问题，而如果在配电变压器的一侧到达了相应的信号时，则不可能保证所有电压的向同性，因此实际信号接收的强度也有很大的不同，此外，如果处于高频信号状态，相应的相位特性和信号延迟还会存在一定的差异性，进而影响实际的接收性能。

1.7 相-相耦合注入方式

根据图1（c）可以发现，其主要就是将两相之间将载波信号注入和接收的方式采取了进来。接入的方式采取并联方式，而且在传输载波信号的过程中，则是通过差模的方式，进而以配电线路为依据，进行相应的传输。但是对于信号能量人眼，其主要就是将相间波模2分量的方式选取进行进行相应的传播，因此，会降低信号的衰耗，加大传输距离。如果在中压网中，将其应用进来，此种方式会隔离相线和地，因此，相应的不平衡零序电流的产生不会发生;如果实际的饿单向接地发生故障时，则相应的相-相耦合可以进一步退化，并且退化成为相-地耦合方式，进而保证工作的不间断性。此种方式具备一定的经济性，因此，在实际应用的过程中，还是具备一定的经济性的。但是在实际的配电线载波耦合的过程中，正常情况下，还是要将相-地耦合方式选取进来，进行全面的监测，而将相-相耦合方式选取进来，进而全面的控制。

2 电感耦合方式

所谓电感耦合，其还有一个名称，即感性耦合，主要就是以电磁感原理为实际的基础。图2为其等效原理。

对于电感耦合这一技术而言，其本身具备间接性的特点，也就是说，相应的耦合装置并不会与电力线直接相连，可以将相-地、相-相等方式耦合，也可以将地埋绝缘电缆的方式应用进来，进而达到耦合的目的。以信号注入方式的角度进行分析，一般情况下，会将串联耦合方式选取进来。以实际的安装方法的角度来分析，则可以分为两种方式，一种就是串入式耦合，另一种则为套入式耦合。

2.1 串入式耦合

所谓串入式耦合，其主要就是在配电线相线或者是电缆屏蔽层的接地线中将耦合变压器初级串接进来，在接入的过程中，要对电缆屏蔽层或者相线进行断开处理。基于此，对于实际已经串接而成的电缆屏蔽层导图或者是相线，进而作为实际的二次线圈，与此同时，一次线圈则为高频载波信号，此外，还要将一个高导磁率的磁芯应用进来，使一个信号传输变压器得以构成。但是对于此类耦合方式而言，其适用的方向具备局限性，也就是说，只能对大功率或者是低频率的情况进行应用。

2.2 套入式耦合

所谓套入式耦合，主要就是在电缆或者相线上将电感耦合器套应用进来。对于该类耦合方式而言，其也具备一定的应用局限性，主要对中高频率的载波信号的传输非常适用。在当前阶段，广泛应用于配电网电力线高速通信中。

对于电感耦合而言，其实际的应用方向非常多。将电缆屏蔽层应用进来，并且将其作为实际的耦合导体，举例来讲，对于西门子DCS3000型号的配电网载波通信系统而言，可以在地埋绝缘电缆上将磁环套应用进来，通过对相应的信号回路进行应用，对载波信号进行传输等。

2.3 耦合技术的比较

对于电容耦合而言，其本身就属于直接耦合，不但具备信号传输效率高的忒单，实际的工作衰减也相对较小，不仅如此，实际的传输特性也可以达到一种理想的状态。此外，在相应的耦合电容器中，工频电流通入其中，则相应的电压会降下来很多，所以，将滤波装置结合进来，可以使电路的设计和实现更加方便。对于耦合电容和相应的滤波器而言，其具备经济性的特点，只需要几百元，因此，实际的耦合电路创建，具备成本更低和更加简易的特点。

对于电感耦合而言，其本身属于间接耦合，在连接高压电力线和耦合装置的过程中，则不需要对其进行直接的连接。相应的耦合装置，不但具备可靠性高和安全性强的特点，还具备体积小的特点，在安装的过程中，还可以不断电。一般情况下，在地埋绝缘电缆线路中，会将电感耦合技术应用进来。但是在应用电感耦合方式的过程中，其实际的传输效率，会极大程度的受到相应的电磁特性影响，也正是因为如此，才会降低高频载波信号的传输效率。但是它与电力线并不是直接连接的，因此，有利于信号的注入。此外，对于电感耦合装置而言，其实际的价格非常低，整体具备经济性的特点。

在实际选择的过程中，要对各种各样的因素进行考虑，大多数情况下，为了使信号的注入和接收效果得到最大化的提升，会将多种信号耦合方式全面采取并应用进来，进而达到最佳的效果。

3 结语

总而言之，文章主要对配电网高速载波通信及其耦合技术进行了深入的研究和探讨。以配电网为依据，在对高速载波信号进行传输的过程中，要对各种各样的因素进行充分的考虑，进而将适当的耦合技术选取进来。为了使高传输效率全面实现，一般情况下，即便是同处于一个系统之中，也要以不同的情况为依据，将几种不同的信号耦合方式选取进来，进而使配电网高速载波通信的速率和质量得到全面的保证。在未来阶段，随着社会经济的不断发展，科技的不断进入，相应的技术人员会对耦合技术进行全面深入的研究和探索，与此同时，耦合技术则会得到进一步的创新和发展，基于此种发展态势，对于配电网高速载波通信而言，不论是其实际的运输安全性、可靠性，还是整体的运输质量和效果，均会得到全面的提升。

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