PLC在舰船通信中的适用性透析

舰船照明配电网的输入阻抗研究

舰船照明电路的电缆参数船舶网路有两种线路。即“短线路”和“长线路”。如按发热条件计算的截面大于按电压损失要求计算的截面，这样的线路称为“短线路”。反之，按电压损失要求计算的截面大于按发热条件计算的截面时，这样的线路称为“长线路”。对“短线路”来说，按发热条件来选择电缆截面，必然满足电压损失的要求；对“长线路”来说，按电压损失来选择电缆截面，必须满足发热的要求。经实践统计表明，中、小型船舶的动力网路一般都属于“短线路”，照明网路，特别是低压照明网路，大多是“长线路”。按照规范的要求，照明网路电缆的截面要根据网路电压损失来确定，电压损失应按总接入负载电流计算。照明系统和配电系统电路的总负载电流应按如下要求确定：1）支线接入负载额定值的矢量和；2）在确定照明电路的电流定额时，每一灯头必须按能与它连接的最大负载计算，但最小为60W。每个照明插座应按二个灯头计算。对于未具体指明负载的插座，应考虑增加功率的裕量由于PLC主要用于解决区域配电网络内的通信问题，所以我们采取支线中最大负载的情况来确定照明电缆的规格，即一个电路内15个插座数，负载系数0．55。则此条电路上负载为3272W，最大电流为8．610A，根据舰船照明电路电缆标准，可确定照明网络电力线截面积应为2．5mm2，对应直流电阻R0为7．360mΩ／m，电感L为0．372μH／m，电，高频信号下舰船照明电缆的交流电阻PLC需要采用高频信号通过船用电缆，所以会产生显著的趋肤效应，即高频信号通过时，认为电流只在表面上很薄的一层中流过，相当于导线截面减少，电阻增大，中心部分几乎没有电流。研究表明，导线中电流密度从导线表面到中心按指数规律下降，导线的有效截面积减少而电阻加大。电力线信道输入阻抗计算选用在船舶上安装使用的电源电压不超过250V的以荧光灯为负载，主要用于篷顶灯、舱顶灯、角灯、壁灯和床头灯。荧光灯具内部安装有等于和大于0．5μF的电容器，自感为1．56H，由于高频信号在负载之前已经被滤出电路，所以只考虑荧光灯直流电阻为300Ω，其等效电路为（式略）可见电缆中的载波信号行波与负载的反射波混合，形成行驻波的传输状态。由于趋肤效应的影响，频率越高交流电阻越大，电缆中的信号衰减越大，反射系数减少，使输入阻抗在周期性波动中减小并逐渐趋向特性阻抗。此曲线的意义在于根据通信方案的通信频率可以对应找到输入线路的阻抗，从而匹配电力线调制解调器的输出阻抗。

舰船电力线信道的传输特性研究

辨识此电力线信道得舰船电力线信道的传输特性，作为PLC舰船应用的理论支持。对于陆地的电力线来说，一般来说有1）有色背景噪声；2）由广播台介入电力线的窄带噪声，这种噪声主要是调幅正弦信号；3）由电力设备开关引起的与工频不同步的周期冲击噪声，频率在50Hz～200Hz之间，频域中表现为重复出现的一系列离散谱线；4）由与电机同步工作的电力设备产生的与工频周期相关联的周期噪声，持续时间短且功率谱密度随频率升高而下降；5）大量的随机噪声。然而对于舰船电力载波通信来说，因为船舱对于电磁波具有电磁屏蔽作用，所以由无线通信引起的窄带噪声是不存在的，故不需要分析（2）噪声。现将1）、3）、4）、5）类噪声仿真实现［8］，与多径衰减模块一齐加入电力线信道仿真SIMULINK模型中，利用辨识信号对此电力线通信信道进行辨识［9］，可以得出舰船电力线通信信道的传输特性曲线：由此曲线可以看出，舰船电力线信道具有选择性衰落的特点，衰减可以很大，达到60dB，也可以几乎为零，所以对于技术应用来说，需要对具体信道进行大量有效的噪声采集［10］，分析噪声的频域分布，找到衰减在整个周期内都最小的频点作为通信信号的调制频点。

PLC信号对舰船电能质量与电气设备的影响

PLC信号由发射机部分发出，发射功率与负载在大小有关，目前使用和将要使用的发射机，发射功率主要集中在零点几毫瓦到几百毫瓦之间，载波信号接收机灵敏度都不大于400μV，信号电平在零点几伏到几伏之间，而且具有随负载变化自动调节发送功能。以美国INTELLON公司的电力线调制解调器为例计算PLC信号对电能品质的影响，6结语本文针对PLC技术在舰船通信中应用的几个关键问题作了理论分析，确定了应用的网络为舰船照明配电网，计算出了照明配电网在高频信号下的输入阻抗特性并仿真得出了电力线通信信道的传输特性，同时在兼容性方面，证实PLC信号不会对舰船的电能质量和周围的电气设备产生影响。

作者：张皓岚 罗宁昭 单位：海军工程大学电气工程学院