低压电力线接入阻抗及其测试.pdf

第 5 0卷总第 5 7 4期 2 0 1 3年第 1 O期 电测与仪表 El e c t r i c a l M e a s ur e m e n t& I ns t r u m e nt a t i o n V0 1 5 O N0 5 7 4 0c t 2 01 3 低压 电力线接入阻抗及其测试术 李建岐 ， 孙晓达 ， 周洋 ( 1 中国电力科 学研 究院， 北京1 0 0 1 9 2 ； 2 华北电力大学 电气与电子工程 学院 北京1 0 2 2 0 6 ) 摘要 ： 在研究阻抗定义的基础上 ， 提出低压电力线接入阻抗的概念 ； 针对现有阻抗测试方法 的不足 ， 提出了一种 基于计算机软件实现的接入阻抗矢量伏安测试方法，并采用该方法对典型的办公大楼和实验室内低压电力线 阻抗进行了测量。对测试结果进行了分析， 发现接入阻抗整体趋势随频率的增大而增大， 在部分频段阻抗模值 会 出现突变， 相位会出现归零现象 。分析结果为电力线载波信道阻抗特性 的研究提供参考。 关键词 ： 低压电力线 ； 窄带载波信道； 接入阻抗 ； 阻抗测量 中图分类号 ： T M7 3 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 1 1 3 9 0 ( 2 0 1 3 ) 1 0 0 0 3 3 0 7 Ac c e s s I m pe da nc e a n d M e a s ur e m e n t o f Lo w- Vo l t a g e Po we r Li ne L I J i a n - q i ， S UN Xi a o - d a ， Z HOU Ya n g 2 ( 1 C h i n a E l e c t r i c P o w e r R e s e a r c h I n s t i t u t e ， B e i j i n g 1 0 0 1 9 2 ， C h i n a 2 N o r t h C h i n a E l e c t r i c P o w e r U n i v e r s i t y ， S c h o o l o f E l e c t r i c a l a n d E l e c t r o n i c E n g i n e e r i n g ， B e i j i n g 1 0 2 2 0 6 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Th i s p a p e r p r e s e n t s a c o n c e pt o f l o w v o l t a g e p o we r l i n e a c c e s s i mp e d a n c e b a s e d o n t h e r e s e a r c h t o t h e d e fi n i t i o n o f t h e i mp e d a n c e F o r t h e d e f i c i e n c i e s o f t h e e x i s t i n g i mp e d a n c e t e s t i n g me t h o d s ， i t p r e s e n t s a n a c c e s s i mp e d a n c e t e s t me t h o d o n t h e l o w v o l t a g e p o w e r l i n e s b a s e d o n c o mp u t e r s o ft w a r e ， a n d t h i s me t h o d h a s b e e n u s e d t o c o n d u c t a me a s u r e me n t t o t h e t y p i c a l o f fi c e b u i l d i n g a n d l a b o r a t o r y i mp e d a n c e I n t h i s p a p e r ， t h e t e s t r e s u l t s w e r e a na l y z e d I t i s f o un d t h a t t h e o v e r a l l t r e n d o f t h e a c c e s s i mpe da n c e i n c r e a s e s wi t h t he f r e q u e n c y ；i n s o me p a r t o f t h e e q u e n c y b a n d ， t h e mo d u l u s v a l u e s o f t h e a c c e s s i mp e d a n c e a p p e a r mu t a t i o n s a n d t h e p h a s e b e c o me s z e r o ， wh i c h p r o v i d e s a r e f e r e n c e f o r t h e s t u d y o f t h e i mp e d a n c e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e p o w e r l i n e c a r r i e r c h a n n e 1 Ke y wo r ds ： L o w v o l t a g e p o we r l i n e ，n a rro w c a rri e r b a nd c h a n n e l ，a c c e s s i mp e d a n c e ，i mp e d a n c e me a s u r e me n t 0引 言 低压电力线载波通信具有很高的经济性、 便捷性 和实用性 。 但是 电力线路设计是为了完成电能配送而 非数据的传输， 因而对于高频载波信号而言， 其信道 特性非常不理想 一 。影响电力线载波可靠通信的一 个主要因素就是电力线的接人阻抗特性。 电力线载波 信道的接人阻抗是 指在高频载波信号发送装置和信 号接收装置驱动点处低压电力线的等效阻抗。 低压配 电网是一个开放式网络 ， 电力线载波信道的阻抗特性 随着时间、频率和信号的接人位置的变化而变化， 尤 其是3 0 5 0 0 k H z 窄带载波频段 ， 阻抗低 、 变化波动大， 受电网结构 、 线路 、 用户 电器等影响 明显 ， 是一个非稳 定性参数。 而电力线载波通信收发模块的输出阻抗和 电力线接人阻抗 的匹配程度直接影响了高频载波信 基金项目： 国家电网公司“ 千人计划” 专项资助项 目 号耦合的效率， 接人阻抗是电力线载波通信信道的一 个重要参数。 电力线阻抗特性的研究和测试不仅能够 为载波通信电路 的设计提供参考 ， 并且为载波通信系 统实现提供参考， 对实现电力线载波可靠通信具有重 要意义 。 国外对电力线阻抗特性研究相对较多 ， 主要通过 典型环境下电力线阻抗的测量 ， 对测量结果分析得出 阻抗特性 。但 由于 国内外 电力线网络的差异 ， 国外的 研究成果和阻抗测试方法不完全适用于我国电网， 只 能为我们 的研究提供一些参考 。 目前 国内对于电力线 阻抗特性 的研究还 比较少 ，主要是跟踪国外 的研究 ， 缺少阻抗测量方法的研究和专用测试技术及其设备 。 国内在阻抗特性的测量方面存在一定的局限性， 一般 只对某个 电力线环境下的阻抗进行测量 ， 由于测试设 备的限制， 测试的频点范围小、 测试结果精度低， 导致 一 33 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 0卷总第 5 7 4期 2 0 1 3年第 l 0期 电测与仪表 El e c t r i c a l M e a s u r e m e n t& I n s t r u m e nt a t i o n V0 1 5 O No 5 7 4 0c t 2 0 1 3 最终的结论不能代表整个 电力网络的阻抗特性 ， 不具 备普遍性 。国外这方面的研究较多 ， 但由于国内外电 力线网络的差异 ， 国外的研究成果和阻抗测试方法不 完全适用于我国电网， 针对此 问题 ， 本文在研究阻抗 定义的基础上 ， 提出低压电力线接入阻抗的概念。研 究 电力线网络接入阻抗及其测试技术 ， 开展对我国各 种 电力线 网络的阻抗测量 ， 获取我国准确的、 接近实 际、 具有普遍性的电力线阻抗特性 ， 建立不 同环境下 电力线阻抗特性的时间、 频率等模型， 对于电力线通 信理论研究和指导实际应用是非常有意义的。 1 低压配电网及其接入 阻抗 1 1 低 压配 电 网 低压配电网是指由低压配 电线路及其附属 电气 设备组成的向用户提供电能的配电网。 低压配电网的 功能是 以中压配电变压器为电源 ， 将 电能通过低压配 电线路直接配送给用户 。 我国大部分低压配 电网线路 连接方式为放射式树型结构 ( 见图1 ) ， 这种连接方式 中， 只有一个配电变压器为电网供电 ， 用户负载处于 配电网线路的末端。 图1 放射 式低 压 配 网结构 F i g 1 Ra di a l l o w-p o we r d i s t r i b u t i o n n e t wo r k 低压配电网包括配电变压器低压套管引出线 、 低 压配电装置( 包括配电屏 、 配 电箱 、 开关设备 、 熔断器 等 、 低压表计 ) 低压干线、 低压分支线和接户线等。变 压器供电半径城市中心区一般小于1 5 0 m。郊区、 城镇 一 般小于4 0 0 m， 农村一般小于5 0 0 m。 图2 是我国的三种典型的低压配电网的结构 ， 包 括城市 、 农村 、 城乡结合部 。他们各有 自己的特点 ， 城 镇 的电网结构一般 比较对称 ，而农村就相对比较分 散 ， 城乡结合部的结构及 比较复杂。 1 2 低压 电力线的接 入 阻抗 1 2 1 输入阻抗 在一个含线性电阻 、 电感 、 电容等元件 ， 但不含独 ( a ) 城市商层建筑 ( b ) 农村 ( c ) 城乡结合部 图2 我 国的三种典型的低压配电网的结构 F i g 2 S t a t e t r a n s i t i o n g r a p h o f e l e c t r o n i c i de n t i f i c a t i o n 3 4 立源 的一端 口网络 ( 图3 ) ， 当它在角频率为 的正弦 电压激励下处于稳定状态时 ，端 口的电流将是正弦 量。应用向量法 ， 端 口的电压向量和电流 向量之比定 义为该一端 口的输入阻抗 ： z _ ： R+ j X No 图3一端 口网络 Fi g 3 Si n g l e - po r t n e t wo r k 1 2 2 传输线 的特征阻抗和低压电力线的接入阻抗 依据传输线理论 ， 特征阻抗 的定义为人射波 ( 或 反射波) 电压、 电流向量的比值 ， 计算公式为： 磊 ( 2 ) 式中尺 。 是两根导线每单位长度具有的电阻 ； 。 是两根 导线每单位长度具有的电感 ； C o 是每单位长度导线之 间具有的电容 ； G 。 每单位长度导线之间的电导。 接人阻抗和特征阻抗不只是定义不 同， 也是两个 完全不同的概念。特征阻抗是指入射波电压与电流的 比值， 它的定义对象是单纯的传输线， 就像普通电路里 的电阻一样 ， 加上一个 电压 ， 就得到一个电流。电阻反 映的是电压与电流的内在关系，虽然定义为电压与电 流的比值， 但它只决定于 自身的屙 生， 特征阻抗跟这个 概念是完全类似的。接人阻抗可以理解为一个等效的 阻抗 ， 它的定义对象是传输网络， 包括网络上的负载及 其他接入网络 ， 是某一点处全部电压与电流的比值 ， 也 就是说将这个点一边的电路换成这个接入阻抗 ，是完 全等效的， 不会影响到该点另一边的电路 ， 接入阻抗跟 入射反射波都有关系 ，反射波决定于特性阻抗与负载 的匹配， 那么接入阻抗跟这些参数都是相关的。 低压电力线的接入阻抗并非是简单的线路特征 阻抗或者线路特性阻抗和负载的并联 ， 由于一般网络 结构复杂 ， 不能简单等效为线路的特性阻抗和负载并 联后的总阻抗 。 2 接入阻抗特性分析 电力线上 的接入阻抗与传输信号 的频率密切相 关。 由于电力线上负载的数量、 类型不同， 不同频率的 阻抗变化也不尽相 同， 实际情况是非常复杂的， 接入 阻抗的变化往往不可预测。 阻抗 的变化主要来 自配电 变压器上的阻抗 、 传输线上的特性阻抗和连接在电网 上的用电器 的阻抗。电力线网络可看成 由许多电阻 、 甲 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 0卷总第 5 7 4期 2 0 1 3年第 1 0期 电测与仪表 El e c t r i c a l M e a s ur e m e n t& I n s t r u m e nt a t i o n VO 1 5 0 No 5 7 4 oc t 2 01 3 电容和电感 串并联组成 ， 信道 的电参数随时问 、 地点 变化 ， 相应地 ， 接入阻抗也往往发生急剧变化。 由于低 压电力线接入阻抗的变化， 发送设备的输出阻抗和接 收设备的接入阻抗难 以与之保持匹配 ， 这给 电路设计 带来 了很大的困难。 可以将电力线看成是一根传输线， 上面连接有各 种复杂的负载， 这些负载及电力线本身组合成许多谐 振 回路 ，在谐振频率及其附近频点上形成低阻抗区 ， 从而造成了在局部频率段 内阻抗 随着频率增加而减 小的现象。同时， 由于负载在电力线上随机地连接或 断开 ， 所 以在不同时间， 电力线 的接人阻抗会发生较 大幅度 的改变 ， 其结果是在同一频率下测量 的阻抗有 很大波动。 出于同种原 因， 加之在许多电阻、 电容和电 感组成 的网络中 ， 从不同的点看进去 ， 阻抗不同 ， 因此 电力线上不 同位置的接入阻抗也会不同。 低压电力线 接人阻抗的等效模型如图4 所示 。 C 0 _-_-_-_ _-_ 图4 低压 电力线接入阻抗的等效模型 Fi g 4 I n p ut i mpe d a nc e o f t he e q u i v a l e n t mo d e l o n t he l o w-v o l t a g e e l e c t r i c p o we r l i n e 当一个实际电路 的外形尺寸和波长相 比 “ 很小” ( 小于1 4 的波长) ， 可以忽略不计时， 电磁波沿电路传 播 的时间几乎为零。在这种情况下 ， 实际电路就可以 等效为集总参数电路来计算 ，在低频段 ( 3 0 5 0 0 k H z ) ， 波长A6 0 0 m， 实 际测量典型台区 ， 变压器到配 电柜和表箱的线长一般在1 5 0 米以下 ，所 以我们可以 把这段电力线路等效为集总参数电路，图5 为单位长 度 电力线构成空载和有载时等效电路模型。 对于图5 ( a ) 中的空载电路 ， 接人阻抗可表示为 ： 1 1 z _ 尺 o + j w L + = R 0 + j ( c o l 一 ) ( 3 ) J 乙 乙 当接入负载后( 见图5 ( b ) ) ， 因为负载的阻抗会随 着频率的变化剧烈变化 ， 所 以电路的接入阻抗 曲线 会随着频率发生波动。 ( a ) 空载电路 ( b ) 接人负载后电路 图5 每单位长度传输线等效模型 Fi g 5 Eq u i v a l e n t mo d e l o f t h e t r a n s mi s s i o n l i ne pe r un i t l e n g t h 上面是对单位长度的导线进行 的分析 ， 对于复杂 的电力线 网络 ， 会有很多负载接入电路 ， 当电路 中的 容性负载和感性负载部分 的阻抗相 同的时候 ， 电路的 接人阻抗的虚部会成为零 ， 即阻抗的相位为零 ， 电路 发生谐振 ， 出现 串联谐振时阻抗会达到最小值 ， 而出 现并联谐振时接入阻抗会 出现极大值但不是最大值。 在载波高频段( 5 0 0 k H z ) ， 实际电路的尺寸就 会接近发射 电磁波的波长 ， 这时不能把 电路简单的等 效为集总参数电路 ， 必须用 图6 所示 的分布式等效法。 图6 P L C 接 入 网等效 电路 F i g 6 Eq u i v a l e n t c i r c u i t o f t h e P L C a c c e s s n e t wo r k 由传输线理论可知， 长度为z ， 终端负载为z 的传 输线 ， 信号注入端的接入阻抗为 ： 7一 1 7 Z + t a n h ( f ) r 、 厶 一 了 一 厶 j 丽 叶 式 中 为电力线的特征阻抗 ； 是传播常数。 电力线信道接入阻抗的变化强度依赖于信号频 率和所处位置，接入阻抗 主要由电力线特征阻抗 、 所 研究网络部分 的拓扑结构和所连接 的电气负载决定 。 总体来说，低压电力线网络的接入阻抗与频率、 信号输入地点( 即信号输入相对于网络的位置) 、 信号 输入的时刻都有很大关系 ，造成这些现象的原 因有 ： ( 1 ) 电力线在高频信号传输时分布电感 、 分布电容产 生的影响 ； ( 2 ) 负载的阻抗 随频率的变化而产生变化 ； ( 3 ) 负载本身及负载与电力线间在一定频率范围会出 现谐振现象； ( 4 ) 信号输入点不同， 改变了相对于输入 点的网络结构 ， 引起等效阻抗变化 ； ( 5 ) 负载在电力线 上的随机通断造成随时间不 同，阻抗亦发生变化 ， 即 电力线本身参数 、 负载参数 、 电网络结构 、 负载随机通 断是接人阻抗大幅波动的主要原因。 3 接入 阻抗的测量 3 1 电力线 阻抗 测量技 术 相对于弱电通信线缆， 电力线路属于非对称线路 和高压强电网络 ， 实际测试电力线路阻抗有一定的难 度 ，国内外现有的接人阻抗 的测试方法主要有 比值 法 、 谐振法 、 双 电流探头法、 伏安法几种。比值法优点 在于对于测量数据进行简单 的计算处理就可以得到 阻抗值 ， 运算量少 ， 但是只能测出阻抗的模值 ， 不能得 到阻抗的相位信息， 而且所测窄带频谱范围为1 0 0 一 35 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 0卷总第 5 7 4期 2 0 1 3年第 1 0期 电测与仪表 El e c t r i c a l M e a s u r e me n t& I ns t r u m e n t a t i o n V0 1 5 0 No 5 7 4 0c t 2 0 1 3 5 0 0 k H z， 对于小于 1 0 0 k H z的低频段无法测量 。 谐振法需要先测耦合电路的谐振频率，仪器复 杂， 对于不同的电网络需要更换耦合电路中的电感和 电容 ， 只能测 出注入信号在耦合电路谐振频率附近的 电力线的阻抗值 。无法测量接人阻抗的相位 ， 只能测 量阻抗的绝对值 。只能测出单个频点的阻抗的值 ， 不 能得到连续频谱 的阻抗特性 。 双电流探头法两种模型， 测量仪器少 ， 电路简单 ， 测量频谱范围广。 参考文献 7 8 分别提出了两种采用 双流探头法测量电力线阻抗的模型。模型一在频率范 围1 0 0 MHz 以下时，测量误差大概在5 ，频率范围在 1 0 0 5 0 0 MHz 时 ，测量误差大概在2 0 ，模型一测到 3 0 MH z 的时候 ， 电路 中的电流不再均匀 ， 需改变公式 。 模型二 ， 在达到5 0 0 MHz 的时候 ， 误差降低1 0 。采用双 电流探头法 ，只有当网络分析仪的输 出电平远大于噪 声电平时， 噪声源对接入阻抗的影响才可以忽略， 否则 所测结果不准确 ，虽然能测出低压电力线阻抗的模值 和相位信息 ， 但由于所用网络分析仪的频率分辨率低 ， 所测得的结果准确性不高， 所以也不适合现场测试。 3 2 矢量伏 安 法的测 量原理 若 已知流经被测阻抗的电流向量 ， 并测得被测阻 抗两端的电压向量，则通过比率便可得到被测阻抗， 这就是矢量伏安法。如图7 所示 ， 将一个标准阻抗 与 被测阻抗五串联 ， 分别测 出 和 ， 便可通过计算得到 被测阻抗 。 r L J 磊 、 己 r 1 L 磊 l i ( ， x I 1 r 图7 伏 安 法测试原 理 图 Fi g 7 U I t e s t s c h e ma t i c = =五 ( 5 ) 显然要实现这种方法 ，必须进行 向量的除法运 算 ， 通常实现这种方法有 固定轴法和 自由轴法。 自由 轴法如图8 所示。 基于数字鉴相 的 自由轴法R L C J J 量系统构成如 图9 所示， 主要由正弦信号源、 前端测量电路、 相敏检 波器 、 A D 转换器 、 微处理器 、 基准相位发生器以及键 盘 、 显示电路等组成 1 。 由图8 可以得到： = 1 + j U 2 = e Nl + j e 2 ( 6 ) 一 3 6一 A 图8 自由轴 法 F i g 8 Fr e e a x i s me t h o d 图9 基于数字鉴相的 自由轴法R L C ,4 量 系统 Fi g 9 F r e e a x i s me t h o d RL C me a s ur e me n t s y s t e m ba s e d o n d i g i t a l p ha s e U s = U U = e N 3 + j e N 4 7 ) 式 中 为 对 应的数字量 ； e 为A D转换器 的刻度 系 数 ， 即每个数字所代表的电压值。 根据式( 6 ) ( 7 ) 得到： ：一NI + j N z f Y s N 3 + j N 4 =一N N 一 3 + N 一 2N 4 + j N a ， N 一 3 - N ， 一 IN4 ( 8 ) 一 i 十i 一 i f十l 一 4 这样直接通过式( 8 ) 就可以完成矢量除法运算 。 伏安法虽然能测出阻抗的矢量值 ， 但其电路结构 复杂 ， 所需仪器较多， 实际现场测量难度大 ， 并且测试 仪器昂贵 ， 仅适于实验室内测量 o l 。 4 基于软件实现的接入阻抗测试方法 针对3 2 节矢量伏安法计算的复杂性 ，本文提出 采用高速数字采集结合计算机软件算法实现的接入 阻抗测试方法 ， 见图1 O ， 测试原理如下 ： = - j 60 ) L UB = 一 R z - ，= _ R I + j l l 把， - 一 u B n 代人式( 1 1 ) 得到 ： z - 州 ( 9) ( 1 0) ( 1 1 ) ； i 0一 一 _ ，r 一 一， ， 小 o 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 O卷总第 5 7 4期 2 0 1 3年第 1 O期 电测与仪表 El e c t r i c a l M e a s u r e m e nt& I ns t r u m e nt a t j O i l V0 L 5 0 NO 5 7 4 Oc t 2 0 1 3 U A R 1 C U L N 厂一 一 乙 l ， B R 咽 线 ，N为零线 ，己 为A点对N的电 l 点对N的电压 ， 为L 对N的电压 图l 0 接 入 阻抗 测试 原理 图 Fi g 1 0 I np u t i mp e d a n c e t e s t s c he ma t i c l l 1 一 l I R c o s ( _ U A ， ) ) + j s i n ( _ U A ， ) ) j 一 尺 + j l B l 乙 1 l I 1 一 f l 。 R c o s ( _f V A ， ) + j ( 一 I f ) l B I I B l 1 尺 s i n ( ， ) + ) ( 1 2 ) ( 乙 由于交流 电压表和交流 电流表 的测试数据为有 效值 ， 而非实际量， 因此在对电力线上的接人阻抗进 行测量时， 不能将交流 电压表和交流电流表作为测试 仪器。为此 ， 本文接入阻抗使用计算机控制高速信号 采集卡，对电力线中的载波模拟信号进行数字化采 集 ， 然后通过计算机算法对采集到的数据进行矢量处 理 ， 得 出测量点窄带载波 阻抗 的模值 、 实部 和虚部信 息( 阻抗的虚部可以表示频段 内电力线接人阻抗容性 和感性的变化) ，最后把测量点的阻抗数据拟合成频 率一 接入阻抗 曲线。 一 般在对接人阻抗进行测量时 ， 会选取大量的研 究节点 ， 选用伏安法进行阻抗研究 ， 会 产生大量的计 算。本文采用高速采集卡对A、 B 两点的电压信号进行 采集 ，将模拟电压信号经过模数转换变为数字信号 ， 通过计算机对信号进行处理， 这种方法可以有效降低 工作量。 该方法提高了测试仪器的频率分辨率和测试 数据的准确性 ， 同时还使测量装置简便 ， 适 于进行现 场测试 。 5 测试系统 图1 l 为接入阻抗测试接线图 ， 信号发送装置产生 的信号经放大器处理后，通过耦合器耦合到电力线 上 ， 信号 由发送端经电力线传输至接收端 ， 接收端信 号采集装置可从电力线上采集电压信号， 并将其发送 给P C 机( 即上述的信号处理装置 ) 。P C 机通过 自身的 软件算法来得到低压电力线的接入阻抗 ， 并将所得的 数据拟合成曲线。 高速采集卡能解决由频率分辨率低而导致的测 试 结 果 不 准 确 的 问 题 ，分 辨 率 带 宽 ( R e s o l u t i o n B a n d w i d t h R B W)的大小决定着两个相邻的信号是 图1 1 接入 阻抗测试接 线图 Fi g 1 1 W i r i n g d i a g r a m o f t h e i np u t i mp e d a n c e t e s t 否可以分开， 采集卡的分辨率带宽越低， 它的频率分 辨率就越高， 但是频率分辨率太高又会导致数据采集 和计算时间的增长 ，所 以选择拥有合适R B W的采集 卡既能保证采集到信号的准确性 ， 又能保证采集信号 和计算的速度。 此方法与上述矢量伏安法都是基于伏安法的物 理原理 ， 两种方法的区别有两个 ： 一方面如图7 和图l 0 所示 ， 参考 电阻的不 同， 矢量伏安法只是提供一个定 值电阻 ， 这种方法在原理上可以实现测试低压电力线 的接人阻抗 ， 但是没有考虑实际的测试环境 ， 对于电 力线 的接入阻抗来说 ，因为测试端所接入 的是3 8 0 2 2 0 V的强 电，必须加以隔离才能保证测试设备不被 损坏 ， 所以这种方法对于测试低压电力线接人阻抗是 不可行 的， 而图l 0 中在对接人阻抗进行测试 时， 我们 在测试接线端加入了一个定值高压电容来隔离强电， 这样就不会对测试仪器造成损坏 ， 对于外场测试来说 也是比较安全的； 另一方面是矢量电压信号的采集和 处理问题 ， 矢量伏安发利用硬件( 基准相位发生器 ， 相 敏检波仪)来来处理矢量电压信号并计算出阻抗的 值， 而图1 1 的测试系统是采用高速采集卡直接把采集 所得电压信号经过数模转换变成数字信号输入到P c 机中， 运用计算机软件计算接人阻抗 ， 并将所得数据 通过软件绘 出阻抗一 频率 的曲线图，这样省去了一部 分硬件装置 ， 使得测试装置更加简便 ， 易于进行外场 测试 。 6实际测试 下面介绍两个不同地点的测量结果 ： ( 1 ) 某配 电室变压器侧的测试结果 ( 接人配电室 的相线与零线进行测量 ) 。 图l 2 为某配电室变压器侧的测试结果 ， 由图可以 看出 ， 在3 0 5 0 0 k H z 频率范围内 ， 配电室变压器侧 电 力线的输入阻抗有以下特点 ： 在变压器侧电力线接入 阻抗随频率的增加呈上升趋势；阻抗的大小在几Q到 几十Q 之间； 频率一 阻抗模值曲线没有出现明显的尖 峰。 因为变压器侧没有负载 ， 不会形成谐振 电路 ， 所以 图中不会有谐振点。 ( 2 ) 某研究所主楼实验室测试结果 一 3 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 0卷总第 5 7 4期 2 0 1 3年第 1 O期 电测与仪表 El e c t r i c a l M e a s u r e me n t& I n s t r u m e n t a t i o n Vo 1 5 O N0 5 7 4 0c t 2 01 3 0 5 0 l O 0 l 5 O 2 o0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 f k H z ( a ) 接入阻抗 的实部 、 虚部及模值 ( b ) 接人阻抗 的相角 图 1 2 变压 器侧接入 阻抗 测试 结果 F i g 1 2 I n p u t i mp e d a n c e t e s t r e s u l t o n t h e t r a n s f o r me r s i d e 图1 3 为实验室的测试结果 ，从图中可以看 出， 阻 抗曲线的整体变化的趋势是上升的， 但是在5 0 k H z 0 1 0 0 k H z 之间有一个明显的尖峰 ，并且在这个频段 ， 阻 抗虚部为零， 表明在这个频率点产生了谐振。此频点 不适宜信号传输。阻抗虚部的变化是电抗的变化， 从 实验室的测试结果可以看 出， 阻抗的虚部与阻抗的模 值变化基本趋势相 同， 谐振点 以后 ， 阻抗 的实部变化 很小 ， 模值的增量基本等于虚部增量 ， 这表明随着频 率的变化 ， 电力线的感抗随频率变化较大， 电力线接 人阻抗呈感性 。 通过对 比图1 2 和图l 3 ， 我们发现变压器侧和实验 室内测得的阻抗具有明显差异， 实验室接入阻抗模值 突变比较明显， 相位会在5 0 1 0 0 k H z 出现零点， 模值 出现最大值 ， 而变压器侧的接入阻抗模值变化相对平 缓 ， 原因在于变压器侧不存在负载 ， 而实验室 内存在 许多接入负载 ， 会与电网形成谐振电路 ， 从而引起 阻 抗模值 的突变和相位的归零。 7结束语 低压配电网接入阻抗的测试对研究 电力线信道 衰减 、 建立电力线信道模型起到重要作用。本文提出 了一种新的电力线阻抗特性测试方法 ， 分别对两个地 点的电力线接入阻抗进行 了测试 ， 结果显示 ， 阻抗整 一 3 8一 0 5 O l 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 T k Hz 0 5 0 l 0 0 l 5 O 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 0 5 0 1 0 0 l 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 35 0 4 0 0 45 0 5 0 0 f k Hz ( a ) 接入阻抗的实部 、 虚部及模值 ( b ) 接入阻抗 的相角 图1 3 实验 室接 入 阻抗 测试 结果 F i g 1 3 I n pu t i mp e da n c e t e s t r e s u l t i n t h e l a b o r a t o r y 体特性随频率的增大而增大， 在部分频段会出现阻抗 的突变 ， 相位会 出现归零现象 ， 这完全符合等效模型 所做的理论分析 ， 充分说明伏安法所测得 的低压电力 线接人阻抗结果相对合理 ， 而且便于现场测试 。 接人阻抗对研究我国低压配电网载波阻抗特性 、 分析高频基础数据。 同时对载波产品的设计和现场工 程应用有指定意义。 参 考 文 献 1 Ra d fo r d D S p r e a d - s p e c t r u m d a t a l e a p t h r o u g h A C p o w e r w i r i n g l J I I E E E S p e c t r u m ， 1 9 9 6 ， 3 3 ( 1 1 ) ： 4 8 5 3 2 F a b i o G i a n a r o l i ， A l e s s a n d r o B a r b i e r i ， F a b r i z i o P a n c a l d i ， A n d r e Ma z z a n t i a n d Gi o r g i o Ma t t e o Vi t e t t a A No v e l Ap p r o a c h t o P o we r L i n e Ch a n n e l Mo d e l i n g J l_I E E E T r a n s a c t i o n s i n P o w e r D e l i v e r y ，2 0 1 0 ，2 5( 1 ) ： 1 3 2 1 4 0 3 D e s p i n a A n a s t a s i a d o u a n d T h e o d o r e A n t o n a k o p 【 11 】 l 0 s M e a s u r e me n t s b a s e d Me t h o d f o r h n p e da n c e Ch a r a c t e r i z a t i o n o f Re s i d e n t i a l L o a d s 1 I n s t r u me n t a t i o n a n d Me a s u r e me n t T e c h n o l o g y C o n f e r e n c e 2 0 0 4 ，( 1 ) ： 6 6 9 6 7 4 1 4 l 邱关源 电路 M 第4 版 ， 北京： 高等教育 出版社， 1 9 9 9 5 张有兵， 程时杰 ， 何海波， 等 低压 电力线高频载波通信信道的建模 研究叫 电力系统 自动化， 2 0 0 2 ， 2 6 ( 2 3 ) ： 6 2 6 6 Z HA NG Y o u - b i