风力发电机组对广播电视无线覆盖的影响

杨海金，呼政魁，李文所

(1.河南省安阳广播电视台，河南 安阳 455000；2.安阳工学院，河南 安阳 455000)

0 引言

我国中东部地区，地势平缓，人口密度大，也是广播电视无线覆盖效果最好的区域。近年来，随着陆上风电的大力发展，在电磁波传输路径上，插入大量高大的风力发电机组，势必对无线电波的传输造成阻挡、散射等各种影响，干扰无线广播电视正常接收，降低覆盖效果。特别是近年来中央广播电视节目数字化覆盖工程开展以来，我们在实际工作中，已经感受到风力发电机组带来的严重影响。在风电机组运行时，附近几乎整村的用户都无法正常收听收看广播电视节目。因此，就风电机组对广播电视无线覆盖的影响进行系统的测试、分析、研究，对我国中东部地区风电发展规划和广播电视无线覆盖工程的实施，具有非常重要的意义。

国外风电项目开展时间比较长，也暴露了很多问题。特别是对广播电视节目的接收造成的潜在的干扰是人们关注的重点。1996年，英国对风电场所面临的潜在问题做了调查，其中，大部分问题都与干扰有关，即对本地电台或转播电台接收的潜在干扰。调查结束后，收到投诉的风电场开发商出资对广播信号的丢失进行补偿并采取措施进行改善[1]。

风电项目在我国的实施比较晚，风电机组本身高大的建筑物对无线广播电视电磁波传输的阻挡、散射等造成的接收困难的研究还比较少，国内基本上没有这方面的资料可以参考。

1 实证测试

以河南北部安阳市周边区域风电场和中央广播电视节目数字化覆盖工程为实证研究对象，对风力发电机组所在区域以电磁干扰为切入点，利用天津德力S7000电视分析仪、900E标准测试天线和金网通国标数字电视机顶盒等测试实验设备，对可能受到电磁干扰影响的工作频率(如VHF无线电系统(30～300MHz)、UHF电视广播(300MHz～3GHz)和微波中继线路(1～30GHz)等)进行详实的测试分析，并从理论上研究，寻求解决办法和思路。实测数据如下(主要选取中央广播电视节目数字化覆盖工程所用754Mhz频率做重点分析)。

表1 距离发射塔10公里实测数据

表2 距离发射塔20公里实测数据

表3 距离发射塔30公里实测数据

风力发电机组在静止时测试的场强基本稳定在一个数值，调制误差率MER也基本上稳定在一个数值，所有测试选址点都可以用国标机顶盒完成解调收看，图像清晰稳定，声音还原正常。

风力发电机组工作后，场强开始波动(波动数值越大，对信号干扰越大)，MER频繁归零，同时机顶盒信号指示灯闪动，电视上表现为图像卡顿，严重影响收看。

由表1、表2、表3可以看出，风力发电机组对广播电视信号的影响可以从三个方面来描述。

1.1 距离发射塔远近的影响分析

在距离发射塔比较近的区域，信号电平高，风力发电机组对广播电视信号造成的干扰影响较小。反之，距离发射塔较远的区域，信号电平降低，风力发电机组对广播电视信号造成的影响显著增大。同时，调制误差率MER也随着距离的增加显著降低。

1.2 风力发电机组方位的影响分析

风力发电机组靠近发射塔的方向影响小；风力发电机组与发射塔连线的后面产生的干扰影响较两侧明显增大。

1.3 距离风力发电机组远近的影响分析

离发射塔两侧超过200米后影响明显减轻；风力发电机组与发射塔连线的后面影响距离超过1000米干扰才逐渐减轻。

2 理论分析

随着技术进步，风力发电机组的电磁辐射并不是一个公共问题。而一个暴露于电磁波传输路径上的物体，会向各个方向分散入射的能量，特别是风电叶片的旋转，扰乱电磁波的正常传输方向和路径，在一定的范围内会产生严重的影响。这种空间分布就是风力发电机组相关的一种非常重要的电磁干扰机制——散射。

同时，从发射机到接收机传播路径上，有直射波和反射波，在直射波波下面的椭圆形区称为菲涅尔区。无线电波波束的菲涅尔区是一个直接环绕在可见视线通路周围的椭球区域。简而言之，远距离传输时，一定要求收发天线之间实现“视线无阻挡”，其含义是，在收发天线之间连一条线，以这条线为轴心，以R为半径的一个类似于管道的区域内，没有障碍物的阻挡。R称为第一菲涅尔区半径，计算公式为：

菲涅尔半径随着传输距离的增加而增大。为保证系统正常通信，收发天线架设的高度要满足使它们之间的障碍物尽可能不超过其菲涅尔区的20%，否则电磁波多径传播就会产生不良影响，导致通信质量下降，甚至中断通信[2]。

例如：λ为波长，D为两天线的距离，f为频率，当D=20Km，f=2.4Ghz时，λ=0.125，R=25m；当D=20Km，f=700Mhz时，λ=0.429，R=46.3m；当D=20Km，f=500Mhz时，λ=0.6，R=54.77m。

以700Mhz数字电视发射频率举例来说，风力发电机组的高度为100米，那么天线的架设高度要大于146.3米，这样的高度对于发射天线可以满足，但接收天线很难满足。风力发电机组作为信号传输通道上的障碍物大大超过菲涅尔区的20%，必然对广播电视信号传输造成影响。

3 应对措施

针对散射的影响，在实践中进一步检验测试。一是调整接收天线方向测试。分前、后、左、右各种点位，远近不同距离测试。测试结果显示，后端无变化，其他方位略有减轻，但不太明显。二是接收天线后方增加金属屏蔽板网测试。分前、后、左、右各种点位，远近不同距离测试。测试结果显示，前端经过在天线后部增加屏蔽有明显改善，其他方位增加屏蔽变化不明显。

根据以上分析结合安阳地理位置情况采取以下的解决方案。豫北安阳地区的地形特点是地势平坦，主风向和最大风能密度的方向一致，主风向为西北风和东南风，风能最大的方向是西北和东南方向。风电机组应以西北-东南方向风场通畅为主考虑布局。机组密度横向一般为3倍～5倍风轮直径，纵向一般为5倍～9倍风轮直径，距离越远，风速恢复越好，相互之间尾流影响越小。

由前面的实证测试结果得知，以村庄为基点，面向发射塔方向为参照线，那么，在村庄的两侧及后方200米以内、村庄前1000米以内，风电机组的运行对广播电视接收影响较大。因此，上述区域应设置为风电机组的禁区。建设风电机组应尽可能规划在以上区域之外，合理布局，减少对广播电视接收的影响。达到开发风电，增加经济效益的同时，不影响广播电视无线覆盖的社会效益的目的，实现经济效益和社会效益双丰收。

4 结语

当前，广播电视公共服务还存在质量、效能、服务等多方面短板，按照习近平总书记提出的“提高公共服务的覆盖面和适用性要求”，许多区域大面积风力发电机组的建设势必会对当前已成熟发展多年的广播电视的接收端、收视效果及正在大力推进的应急广播系统的接收端产生干扰，影响广大人民群众收看收听广播电视的效果，阻碍广播电视公共服务提质增效步伐。因此，分析、研究风力发电机组对无线广播电视覆盖效果的影响具有紧迫性和必要性。文中对此做了一些初步的探索，希望能对合理妥善解决两者之间的冲突，为广大群众提供更加贴近群众需求、更加满足群众期待的广播电视公共服务有所帮助。