对当今的智能电网有很多新的需求
作者：Cathal Sheehan，Bourns高级技术磁性元件营销经理
如今的智能电网必须能够通过复杂的通信、监控和控制功能访问实时数据收集，使运营商能够管理日益分散的发电并补救任何停电情况。在电网中增加可再生能源和储能，并实现严格的排放目标，加剧了满足基础设施设计要求的挑战。这推动了可靠、高效和具有成本效益的新型电力线组件解决方案的开发。特别是，变压器已成为关键组件，有助于开发人员满足作为下一代电网一部分的快速增长的电信系统线路中的窄带设计要求。
本文概述了配电网结构的一些主要变化。为了满足不断变化的电网需求，总结了采用电力线通信（PLC）技术的质量、更快的服务和节省基础设

电网发展
电网是从使用化石燃料发电厂的集中电力发展而来的，这些发电厂通过大型输电线网络向客户输送电力。


图1：随着越来越多的可再生能源被添加到电网中，电网在很大程度上已经去中心化，电力来自各种本地来源

可再生能源的增加意味着需要对电网基础设施进行其他改变。例如，由于风能和太阳能的间歇性，它们的发电量可能会迅速变化。这可能会导致潜在的电力供应不平衡，因为发电量必须与需求相等。当电网运行不平衡的时间过长时，可能会出现停电情况。这就是为什么开发了一种更智能、更强大的“智能电网”系统，并且智能电网系统中的PLC通信提供了一个优势，即它可以快速检测局部停电。

利用PLC技术优势
如前所述，新的智能电网基础设施依赖于可靠、高效的通信技术，这些技术能够传输大量数据。PLC技术的一个显著好处是，它利用现有的电力线基础设施无缝传输信息。对于那些为智能电网设计设备的人来说，一个好处是PLC技术已经在现有系统中使用，因此它已经在这些类型的应用中得到了验证。PLC技术也受到电网运营商的喜爱，因为它不需要他们的设备与其他系统共享通信信道，因此有助于减少带宽变化。
智能电网通信通过无线或有线方式实现。在电力线上使用的现有基础设施中，有线通信提供了数据安全性和成本效益优势。有线PLC技术不存在带宽变化问题，PLC信号也不会受到山脉或高层建筑的阻碍。PLC技术面临的主要挑战与信号衰减和噪声有关。然而，仔细的设计有助于最大限度地减少这些问题可能造成的干扰。
相反，尽管无线通信可以快速安装，但其成本、安全性、覆盖范围和延迟问题限制了其在智能电网应用中的部署。人们一致认为，有线PLC由于其较低的成本和较高的容量，被视为一种更具吸引力的选择。

PLC系统中通信隔离的设计
电力系统和通信系统运行在两个不同的极端。电力系统以非常低的频率和非常高的功率运行。通信系统在高频和低功率下工作。PLC电路必须经过精心设计才能处理这些极端情况，而PLC电路的一个关键部分是线路耦合电路。耦合电路有两个主要功能——隔离和耦合。需要隔离以阻断来自低压调制解调器电路的干线高电压，并且还通过AC干线的路径提供通信信号。
对于与市电的耦合操作，需要高通滤波器来滤除市电电压及其相关谐波。为了实现这一点，在变压器之前放置了一个高压电容器。电容器值可以通过使用方程（1）来计算，其中VA_max是最大无功功率，f是市电频率，V是市电电压。



为了在初级和次级之间提供电流隔离，使用了变压器。高压电容器与耦合变压器的漏电感相结合，形成串联谐振耦合电路。该串联谐振电路形成二阶带通滤波器。使用方程2计算中心频率，其中L表示串联漏电感，C表示串联电容。



频率带宽由低频和高频-3dB截止点决定。为了测量这些点，在方程3和方程4中给出了相应的公式，其中R表示端接电阻。


图2：Bourns为窄带PLC（NB-PLC）技术设计了一系列新的变压器，有助于促进交流电源信号和PLC信号的分离。Bourns PFB系列变压器已通过ST Microelectronics ST8500可编程PLC调制解调器SoC和STLD1线路驱动器的鉴定
此外，设计通常必须符合欧洲CENELEC EN50065-1标准，该标准定义了最大信号电平以及允许的载波频带。将调制解调器阻抗与电力线阻抗相匹配也是至关重要的。通常不可能改变调制解调器阻抗，因此变压器的阻抗匹配特性是一个很好的设计资源。由于变压器的阻抗由其匝数比决定，因此可以匹配调制解调器阻抗和电力线阻抗。
基于PLC的智能电网设备已被证明可以进行大规模数据传输，并且是一种具有成本效益的通信介质，因为它能够使用现有的电力线来最大限度地减少对额外基础设施的需求。为了帮助确保实时、高可靠性的系统控制，需要设计具有先进功能的变压器，在室内和室外部署中支持低电压和中压PLC技术。Bourns®PFB型PLC系列变压器非常适合提供必要的电流隔离，以阻断电源高压与低压调制解调器电路的连接，从而帮助最大限度地提高智能电网基础设施应用的效率。
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