高壓輸電線路電力通信系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)研究

馮 敬，李培龍，邢煥智

（聊城華昌實業(yè)有限責任公司，山東 聊城 252000）

0 引 言

隨著電力通信技術(shù)的不斷發(fā)展和應用，高壓輸電線路電力通信系統(tǒng)在能源領(lǐng)域的地位日益重要。然而，由于高壓輸電線路所處環(huán)境復雜，且存在電磁干擾，嚴重影響著輸電線路的穩(wěn)定運行。因此，文章主要研究高壓輸電線路電力通信系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)，以提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。

1 高壓輸電線路電力通信系統(tǒng)概述

1.1 高壓輸電線路電力通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

高壓輸電線路電力通信系統(tǒng)由前端采集裝置、通信網(wǎng)絡和后臺主站3部分組成，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。前端采集裝置負責在高壓輸電線路上采集數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；通信網(wǎng)絡則承擔著數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?，即將采集的?shù)據(jù)傳輸至后臺主站；后臺主站作為系統(tǒng)的核心控制中心，接收并處理從前端采集裝置傳輸過來的數(shù)據(jù)，如數(shù)據(jù)解碼和解密等，并根據(jù)預設的算法進行數(shù)據(jù)分析和處理，從而實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的監(jiān)測、診斷和控制[1]。

圖1 高壓輸電線路電力通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.2 抗干擾技術(shù)在電力通信系統(tǒng)中的重要性和應用價值

由于高壓輸電線路所處環(huán)境復雜，易受各種干擾源的影響，如雷電、電磁干擾和電壓突變等，這些干擾會對電力通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性造成影響。因此，采用有效的抗干擾技術(shù)對電力通信系統(tǒng)進行保護和優(yōu)化具有重要意義?？垢蓴_技術(shù)通過抑制外界干擾信號的干擾效應，減少通信信號的失真和丟失，從而確保數(shù)據(jù)的準確傳輸和系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。此外，采用有效的抗干擾技術(shù)，可以有效降低外部干擾對系統(tǒng)的影響，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，確保系統(tǒng)能夠在復雜的工作環(huán)境下正常運行。例如，采用抗干擾技術(shù)可以有效防范并應對外部惡意攻擊和網(wǎng)絡安全威脅，保障系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性。

2 干擾源與干擾機理分析

2.1 高壓輸電線路的干擾源及其特點分析

在高壓輸電線路周圍存在多種干擾源，這些干擾源的特點各不相同，但都會對電力通信系統(tǒng)產(chǎn)生不同程度的影響，具體如圖2 所示。大氣電場是常見的干擾源之一，具有較高的頻率和信號強度，且受天氣條件和地理環(huán)境的影響較大。在雷雨天氣或雷暴季節(jié)，由于雷電活動頻繁，會產(chǎn)生大氣電場，從而對電力通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。雷電是高壓輸電線路中另一個重要的干擾源，具有極高的電壓和電流，瞬時放電產(chǎn)生的電磁波干擾會輻射到周圍空間，對通信設備產(chǎn)生較強的電磁干擾，導致通信信號失真或中斷。此外，高壓輸電線路本身的電磁輻射也是常見的一種干擾源，主要特點為頻率較高、信號強度較大，且容易受到輸電線路結(jié)構(gòu)和工作狀態(tài)的影響[2]。當高壓輸電線路跨越或臨近通信設備時，電磁輻射會對通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，進而影響通信信號的傳輸和接收效果。

圖2 常見的高壓輸電線路干擾源及其特點

2.2 干擾機理與影響因素分析

在高壓輸電線路電力通信系統(tǒng)中，干擾機理主要涉及電磁感應和傳導2 個方面。電磁感應是當高壓輸電線路中有電流通過時，會產(chǎn)生一個電磁場，該磁場會作用于周圍的導體（包括電力通信系統(tǒng)中的導線和各種設備），進而在這些導體中產(chǎn)生感應電流和干擾信號。傳導指高壓輸電線路通過電流傳導的方式直接向周圍的導體傳播電磁波，導致通信設備中的線路、電路板等受到干擾，從而產(chǎn)生故障或誤動作。

影響高壓輸電線路電力通信系統(tǒng)的因素主要包括輸電線路的電流和頻率、線路的載流子密度以及線路的電壓和電流波形等。其中，電流大小和頻率決定著磁場的強度和頻譜分布，會影響感應電流的大小和頻率，進而影響干擾信號的特性；線路的載流子密度和電壓電流波形則影響著電磁波在傳導過程中的傳播特性，會直接影響干擾信號的強度和傳播范圍。

3 抗干擾技術(shù)研究與應用

3.1 信號調(diào)制與解調(diào)技術(shù)在抗干擾中的應用

在高壓輸電線路電力通信系統(tǒng)中，合適的信號調(diào)制方案可以有效提高信號的抗干擾能力，確保通信系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。常用的調(diào)制技術(shù)包括頻率調(diào)制（Frequency Modulation，F(xiàn)M）、幅度調(diào)制（Amplitude Modulation，AM）和相位調(diào)制（Phase Modulation，PM）等。在信號調(diào)制過程中，采用適當?shù)恼{(diào)制參數(shù)可以增加信號的帶寬和頻率偏移，使信號在傳輸過程中更加穩(wěn)定，避免受到外界干擾的影響。對于頻率調(diào)制技術(shù)而言，調(diào)制指數(shù)的選擇對信號的抗干擾性能具有重要影響。調(diào)制指數(shù)越大，信號的頻率偏移越大，信號更容易被區(qū)分和識別，能夠提高信號的抗干擾能力[3]。調(diào)制后的信號可以表示為

式中：y(t)表示調(diào)制后的信號；A表示信號幅度；fc表示載波頻率；φ表示相位偏移。

在信號解調(diào)過程中，采用適當?shù)慕庹{(diào)算法可以有效抑制干擾信號，并提取出有效的信息。常見的解調(diào)算法有鎖相環(huán)（Phase Locked Loop，PLL）解調(diào)、數(shù)字濾波解調(diào)等。例如，鎖相環(huán)解調(diào)器可以實現(xiàn)對信號的自動跟蹤和鎖定，從而提高信號的穩(wěn)定性和抗干擾能力；數(shù)字濾波解調(diào)技術(shù)可以對信號進行濾波處理，抑制干擾成分，提高信號的清晰度和準確性。

3.2 前端濾波與信號增強技術(shù)研究

在高壓輸電線路電力通信系統(tǒng)中，前端濾波技術(shù)通過選擇合適的濾波器，對輸入信號進行濾波處理，以去除頻譜中的干擾成分，使系統(tǒng)接收的信號更加干凈、清晰。信號增強技術(shù)則是在信號處理的過程中采用一系列信號處理算法，對信號進行增強處理，以提高信號的強度、清晰度和可辨識性。

在前端濾波方面，常用的濾波器包括低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器等。這些濾波器可以根據(jù)輸入信號的頻譜特性進行選擇，去除不需要的頻率成分，并保留有效信號，從而有效抑制干擾信號對系統(tǒng)的影響。該過程用公式表示為

式中：Y(f) 表示經(jīng)過濾波后的信號頻譜；X(f) 表示原始信號頻譜；H(f) 表示濾波器的頻率響應函數(shù)。

在信號增強方面，常用的方法包括數(shù)字濾波、信號放大、信號重構(gòu)等。數(shù)字濾波技術(shù)可以對信號進行數(shù)字化處理，如采用數(shù)字濾波器對信號進行濾波處理，以增強信號的強度和清晰度。信號放大技術(shù)則通過放大器對信號進行放大處理，提高信號的幅度，從而提升信號的辨識度。信號重構(gòu)技術(shù)則是通過重建信號的波形，補償信號中的損失，使信號更加完整、準確。

3.3 碼型設計與糾錯編碼技術(shù)探索

碼型設計是在通信系統(tǒng)中選擇合適的碼型，以增強信號在傳輸過程中的抗干擾能力。常見的碼型設計包括差分編碼、曼徹斯特編碼、迪布斯編碼等。在碼型設計過程中，要綜合考慮通信環(huán)境的特點，如高壓輸電線路存在的頻率干擾、脈沖干擾等。合理的碼型設計可以減小干擾對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊懀岣咄ㄐ畔到y(tǒng)的抗干擾性。

糾錯編碼技術(shù)是通過在通信系統(tǒng)中添加冗余信息，使接收端可以在檢測到部分錯誤的情況下進行自動糾正[4]。常見的糾錯編碼技術(shù)包括海明碼、卷積碼、低密度奇偶校驗碼等。這些編碼技術(shù)在數(shù)據(jù)傳輸過程中可以通過檢測和糾正錯誤位來提高通信的可靠性，從而增強系統(tǒng)的抗干擾能力。

在實際應用中，碼型設計與糾錯編碼技術(shù)通常結(jié)合使用。通過合理選擇碼型設計，并結(jié)合糾錯編碼技術(shù)，可以實現(xiàn)對干擾信號的識別和修復。例如，在高壓輸電線路電力通信系統(tǒng)中，可以采用迪布斯編碼和海明碼，以提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｔ诎l(fā)送端，利用迪布斯編碼對原始數(shù)據(jù)進行編碼；在接收端，利用海明碼對接收的數(shù)據(jù)進行解碼和糾錯，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸過程中的抗干擾和糾錯功能。

3.4 智能算法在抗干擾中的應用研究

在高壓輸電線路電力通信系統(tǒng)中，智能算法可以分析和處理大量的實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對干擾信號的實時監(jiān)測，應用流程如圖3 所示。例如，利用機器學習算法和深度學習技術(shù)，可以對高壓輸電線路上的電壓、電流等信號進行實時監(jiān)測和分析，以快速識別異常信號和干擾源。智能算法通過對干擾信號進行特征提取和模式識別，能夠準確識別干擾信號，并對其分類。例如，采用支持向量機（Support Vector Machine，SVM）等分類算法，可以有效區(qū)分干擾信號與正常信號，從而準確識別出干擾源的類型和位置[5]。通過對信號特征進行動態(tài)調(diào)整和優(yōu)化，智能算法可以實時調(diào)整通信系統(tǒng)的參數(shù)和工作模式，以最大限度地降低干擾信號的影響，保障通信系統(tǒng)的正常運行。

圖3 智能算法在抗干擾中的應用流程

在高壓輸電線路電力通信系統(tǒng)中，電力設備開關(guān)操作產(chǎn)生的電磁干擾是一種常見的干擾。這種干擾會導致通信系統(tǒng)中的信號失真，提高誤碼率，從而影響通信質(zhì)量。將智能算法應用于高壓輸電線路電力通信系統(tǒng)，以抑制信號干擾。實驗結(jié)果如表1 所示。

表1 實驗結(jié)果

由表1 可知，未應用智能算法時系統(tǒng)的誤碼率在5%～11%，而應用智能算法后，系統(tǒng)的誤碼率隨著時間的推移出現(xiàn)明顯下降，從5%降至1%，表明智能算法能夠有效抑制電磁干擾對通信系統(tǒng)的影響，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

4 結(jié) 論

通過研究高壓輸電線路電力通信系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)可知，不同的抗干擾技術(shù)在電力通信系統(tǒng)中具有不同的優(yōu)勢和適用場景，均能提高電力系統(tǒng)的抗干擾能力。未來，將進一步研究和優(yōu)化這些抗干擾技術(shù)，以滿足電力通信系統(tǒng)在復雜環(huán)境下的穩(wěn)定運行需求，為電力行業(yè)的發(fā)展提供更加可靠的技術(shù)支持。