智能电网电力线宽带载波通信测试系统关键技术研究-第2页-北极星输配电网

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2.4信号汇集与控制

在载波通信过程中，要实现通信链路的可控，除需要纯净的环境外，还需要物理路径控制设备——信号矩阵。通过信号矩阵 [13] 可以实现各节点的接入，同时链路上的衰减器可调，从而实现宽带载波各层级的调控。根据宽带技术规范和物理层协议，通信路径可调衰减在 110 dB 左右，各芯片厂商的性能略有差异。 3 分支功分器理论衰减损耗为 6 dB，15 层中继分支衰减完全在有效范围内，最后一级在没有调节衰减的情况下可以连接到 CCO 主节点，实现星型拓扑 [14]。各衰减器调节范围为 0~127 dB，在不考虑插入损耗的情况下，衰减器最大值可完全隔离载波通信信号。调节信号矩阵衰减值，可实现各级衰减可调，实现树型拓扑连接。根据要求，可配置 3 个独立的信号矩阵，实现真实电网三相电通信的仿真测试，可支持三相不平衡、台区档案识别、相位识别 [15] 等高级扩展功能。信号矩阵原理如图 5所示。

2.5路径损耗校正方法

由于开关矩阵中分支器和耦合采样电路的存在，不可避免地会引入中间路径损耗，导致测量结果出现偏差。分支器损耗在 2~30 MHz 范围内基本一致，耦合采样电路低频损耗小，插入损耗则随着频率的增加而增大。信号耦合电路和分支器使用无源器件，双向信号矢量衰减曲线基本一致。使用矢量网络分析仪分别测试 CCO 电力线端到 STA 端和 STA端到 CCO 端 S21 和 S12 衰减曲线，保存测试数据为 .CSV 格式，导入到上位机中，在测试收发性能时以采样曲线拟合的方式逐点补偿，实现 2~30 MHz范围内的精确补偿，误差值小于 0.2 dB。

3试验结果与分析

3.1耦合取样电路

耦合取样电路在宽带载波通信范围内的衰减小于 1 dB，衰减曲线平滑，符合测试系统的要求。测试系统中各节点的衰减值可通过矢量网络分析仪测试后导入，各频点分段校正，可实现精确测量。耦合器衰减曲线如图 6 所示。

3.2隔离屏蔽

宽带载波测试要求各屏蔽箱之间电力线隔离，避免各模拟台区节点的干扰。屏蔽箱方案设计和使用的电源滤波器隔离度在宽带载波频率范围内可达70 dB。所有箱体共用同一电源，利用宽带载波设备实测两个屏蔽箱之间电力线完全不能通信，可达到电力线完全隔离的要求。滤波后载波传导信号大幅衰减，接近底噪，滤波效果良好。电力线载波传导信号曲线如图 7 所示。

宽带载波信号由于频率为 2~12 MHz，因此空间辐射不能忽略，特别是宽带载波设备相隔太近时，在没有物理连接的情况下可以通过空间辐射相互通信，所以在测试系统中需要完全隔离不同屏蔽箱体间的空间辐射信号。本方案采用的低频屏蔽箱箱体屏蔽效能可达 70 dB，能够完全屏蔽各屏蔽箱之间的空间辐射，隔离不同载波通信单元之间的通信干扰，提供纯净的传导和辐射测试环境，可模拟完全隔离的台区和无限远的开阔场地，通过隔离和屏蔽实现通信路径的可调可控，确保测试数据精确、一致性好、可重复。电力线载波信号空间辐射信号曲线如图 9 所示。