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一種基于配電網(wǎng)的跨變壓器臺(tái)區(qū)電力通信技術(shù)
摘要：跨變壓器臺(tái)區(qū)電力通信信號(hào)的頻帶位于200～600Hz之間，該信號(hào)可自動(dòng)跨過(guò)配電變壓器通過(guò)電力線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。這種配電網(wǎng)通信方式采用過(guò)零調(diào)制發(fā)送及數(shù)字差分接收技術(shù)，具有信號(hào)調(diào)制功率小、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)。介紹了跨變壓器臺(tái)區(qū)電力通信信號(hào)的定義、調(diào)制、解調(diào)方法及抗干擾措施。關(guān)鍵詞：過(guò)零調(diào)制 差分接收 相關(guān)技術(shù) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
跨變壓器臺(tái)區(qū)電力通信技術(shù)是一種以配電網(wǎng)為媒介的新型數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。該技術(shù)解決了如何利用現(xiàn)有配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無(wú)中縫、無(wú)橋接設(shè)備的跨變壓器臺(tái)區(qū)在不同電壓等級(jí)之間的數(shù)據(jù)交換問(wèn)題。如圖1所示，跨變壓器臺(tái)區(qū)電力通信系統(tǒng)由位于二次變電所的主站與位于用戶電能表的采集模塊組成，該系統(tǒng)完全以10kV/220V配電網(wǎng)為信息傳輸媒介，在用戶變壓器附近無(wú)需增加附屬設(shè)備。信號(hào)發(fā)送采用電壓過(guò)零調(diào)制的辦法，在電壓過(guò)零點(diǎn)附近可以用較小的調(diào)制功率實(shí)現(xiàn)信號(hào)的疊加，同時(shí)電壓附近可以用較小的調(diào)制功率實(shí)現(xiàn)信號(hào)的疊加，同時(shí)電壓過(guò)零點(diǎn)自然提供了通信過(guò)程中信號(hào)檢測(cè)的同步。信號(hào)的檢測(cè)采用差分接收技術(shù)可以從電網(wǎng)大噪聲背景中將微弱調(diào)制信號(hào)檢測(cè)出來(lái)。調(diào)制信號(hào)分為下行電壓信號(hào)與上行電流信號(hào)。下行電壓信號(hào)傳輸方向從主站到采集模塊，代表命令信息，以電壓過(guò)零點(diǎn)附近電壓的微弱畸變表示信息；上行電流信號(hào)傳輸方向從采集模塊到主站，代表用戶數(shù)據(jù)，用電壓過(guò)零點(diǎn)附近對(duì)應(yīng)電流的瞬間脈沖變化表示信息。調(diào)制信號(hào)的頻帶位于200～600Hz之間，能夠跨過(guò)配電變壓器沿電力配電網(wǎng)遠(yuǎn)距離傳輸。
圖1
1 信號(hào)的定義
跨變壓器臺(tái)區(qū)電力通信技術(shù)從主站到采集模塊的下行電壓信號(hào)用兩個(gè)相鄰電壓周期波形表示一位信息，通過(guò)位于變電所的主站調(diào)制變壓器疊加信號(hào)，使過(guò)零點(diǎn)附近電壓幅值發(fā)生非常微弱的畸變，第一個(gè)周期含有調(diào)制信號(hào)，表示“1”；反之，表示“0”，見(jiàn)圖4（a）。該定義有利于采集模塊處信號(hào)的檢測(cè)，在采集模塊可將相鄰兩個(gè)電壓周期數(shù)據(jù)作差后檢測(cè)電網(wǎng)中是否含有主站來(lái)的信號(hào)。
考慮到配電網(wǎng)電流諧波較大，從采集模塊到主站的上行電流信號(hào)用4個(gè)電流周期波形表示一位信息，4個(gè)相鄰周期共有8個(gè)電壓過(guò)零點(diǎn)。在對(duì)上行電流信號(hào)定義的規(guī)定這樣的原則：對(duì)8個(gè)過(guò)零區(qū)域中的4個(gè)進(jìn)行調(diào)制，其中兩個(gè)是正過(guò)零區(qū)，另外兩個(gè)是負(fù)過(guò)零區(qū)。這樣，可以得到36個(gè)碼圖。由于表示“1”和“0”的碼圖是互相對(duì)應(yīng)的關(guān)系，所以共有18組碼圖可以使用。如果規(guī)定在8個(gè)過(guò)零點(diǎn)中的1、3、6、8位置進(jìn)行調(diào)制表示數(shù)字“1”那么對(duì)應(yīng)調(diào)制的2、4、5、7就用來(lái)表示“0”。研究證明，不同電網(wǎng)通信環(huán)境需要不同碼圖。
2 調(diào)制信號(hào)的實(shí)現(xiàn)
下行電壓信號(hào)及上行電流信號(hào)的疊加都采用電壓過(guò)零調(diào)制。之所以采用這種辦法一方面是因?yàn)榕潆娋W(wǎng)的主站變壓器（變電所的主變）及用戶變壓器均有等效泄漏電感使信號(hào)的疊加成為可能；另一方面在電壓波形過(guò)零點(diǎn)附近所需調(diào)制功率最小。同時(shí)，電壓的過(guò)零點(diǎn)位置特殊性也為信號(hào)的定位提供了條件，便于主站信號(hào)的疊加和采集模塊處信號(hào)的檢測(cè)。
下行電壓信號(hào)的調(diào)制工作在主站完成，調(diào)制電路通過(guò)位于變電所的調(diào)制變壓器進(jìn)行隔離和信號(hào)的耦合，調(diào)制變壓器可以是普通的用戶變壓器，也可以是特制的高阻抗變壓器。下行電壓信號(hào)調(diào)制等效電路如圖2所示。圖2中E為主站電壓，Li表示二次變電所主變漏感，Rc、Lc為調(diào)制變壓器二次側(cè)調(diào)制電路參數(shù)，ec可以取自不同的相當(dāng)于調(diào)制信號(hào)的調(diào)制位置。當(dāng)位于調(diào)制變壓器二次側(cè)可控硅開(kāi)關(guān)在過(guò)零點(diǎn)前30°導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通電流i'c必然導(dǎo)致調(diào)制變壓器一次側(cè)ic電流的形成，通過(guò)主變引起一個(gè)電壓降emod=-Li(d/dt)ic，此時(shí)的調(diào)制電壓疊加于電網(wǎng)電壓波形上，從而完成一次調(diào)制過(guò)程。根據(jù)調(diào)制
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