双向工频通信

双向工频通信（精选4篇）

双向工频通信 篇1

双向工频通信系统 (TWACS) 是基于电力配电网络的一种通信系统。它通过电压过零附近的畸变信号来实现信息传输[1]。我国电力配电网络通信环境恶劣, 因此如何提高系统通信可靠性是工频通信系统设计的关键问题之一。信道编码就是一种有效地抗干扰、提高系统可靠性的技术。本文将对汉明码、BCH码在工频通信系统中的纠错性能进行模拟仿真, 通过分析比较找出一种更适合工频通信系统的纠错码。

1 工频通信信道及噪声分析

工频信道存在多种干扰源, 其主要包括脉冲噪声干扰、高斯噪声干扰及50Hz谐波噪声。重工业区电网中的负载多为各类电机, 还有大量的无功补偿设备、变频设备, 这些装置在运行产生的干扰噪声会严重影响通信性能[2]。通过实验数据分析可得在一般情况下工频电网信道模型如图1所示。

脉冲噪声主要是在电磁干扰以及通信系统的故障和缺陷, 或信号系统的电气开关和继电器改变状态时产生[3]。脉冲噪声具有瞬间、高能和覆盖频率范围广的特点, 对于载波信号传输的影响相当大, 会造成信号的误码率极高。高斯噪声可视为电网的背景噪声, 主要由配电变压器的高压边耦合而来。谐波噪声干扰主要源于电网中的补偿电容排引起的谐振现象。以上噪声使得数据传输时易受短时脉冲干扰而产生突发差错, 同时受高斯噪声干扰产生随机差错。

2 基于工频通信的纠错码matlab仿真

纠错码的本质是寻找增加冗余度的一种最有效的方法, 从而在接收信息受到一定干扰的条件下仍然能够可靠地恢复原始的发送信息。为了克服传输过程中的各种各样的干扰, 往往要人为的加入一些冗余度, 使其具有自动检错或纠错能力。

2.1 汉明码, BCH码编码原理

汉明码是一种典型的线性分组码, 即是将信息划分为k个码元为一个信息组, 通过编码器变为n个码元一组, 作为 (n, k) 线性分组码的一个码字。

B C H码属于循环码, 所谓循环码即是对于一个线性分组码, 将其任意一个码字的码元向右或向左循环移一位, 所得的仍然是码字, 则称该码为循环码。循环码是用G F (2) 域上最小多项式定义的分组码, 而BCH码是用GF (2m) 扩域上的根定义的分组码。对于GF (q) 域循环码的生成多项式个 (x) , 若含有2t个连续幂次的根, 则由g (x) 生成的 (n, k) 循环码称为q进制BCH码。

2.2 突发信道中的纠错码实现

本文主要分析仿真目前油田电网工频通信系统中广泛使用的 (15, 11) 汉明码、 (63, 51) BCH码。在Simlink中建立仿真模型[4], 以一个整型信号发生器作为信号源, 经过汉明码 (BCH码) 编码器, 调制后通过加有[ones (1, 150) zeros (1, 50) ]作为突发干扰源的高斯信道, 再经过汉明码 (BCH码) 译码器, 最后将编译码后的信号进行误码率计算, 将计算结果存入workspace。再由matlab编译程序画图呈现。仿真结果如图2所示。

由图2可见, 突发干扰信道中误码率随着信噪比的增加而减小, 且误码率较大, 误码率多集中于10-1~10-3。当信噪比小于2dB时, 汉明码 (15, 11) 、BCH码 (63, 51) 纠错能力相差无几, 随着信噪比不断增大, BCH码 (63, 51) 要明显优于汉明码 (15, 11) 。当SNR=4dB时, 经过汉明码信道编译码后误码率已由原来的10-2.5降低到接近于10-3, BCH码编译之后误码率降低到10-4~10-5。

3 结语

目前基于双向工频通信系统的油田电网使用的有汉明码、BCH码。汉明码对于纠正一位错误是有效的, 然而该系统中随机噪声及突发噪声的存在要求对码字的纠错准确度更高, 因此奇偶校验码和汉明码已不能满足要求。通过本文matlab软件仿真分析可以验证出, BCH码较汉明码而言即成为工频系统中更有效的编码方法。

参考文献

[1]杨勤, 丁玉龙, 张焕国.TWACS——基于电力配电网络的新型通信技术[J].计算机应用, 2001 (11) .

[2]吴湛击.现代纠错编码与调制理论及应用[M].人民邮电出版社.

[3]Sioe T.Mak, Richard L Maginnis, Power Frequency Communication on LongFeeders and HighLevels of HarmonicDistortion:IEEE Transactionson Powa Delivery, 1995, 4 (10) :1731～1736.

[4]张德丰.Matlab通信工程仿真[M].机械工业出版社.

双向工频通信 篇2

双向工频通信系统(TWACS)是一种基于电力配电网的双向数字通信技术,在美国和加拿大等地区应用较广泛[1],具有通信距离远、抗干扰性能强、设备简单、投资小等特点,与传统的电力载波相比,最大的优势在于能够直接进行跨变压器台区的通信,无需中继装置。如果能把这一技术应用到自动抄表、负荷控制和故障定位等领域中,必将极大地提高我国的配电自动化水平。

双向工频通信系统包括子站和用户终端2个部分,其中由用户终端向子站传输的信号称为入站信号。本文介绍的是基于配电网的入站信号的调制与提取方法。

1 双向工频通信的基本原理

图1为双向工频通信的结构示意图。

当变电站母线电压接近零点处,调制变压器二次侧晶闸管触发导通,使电网电压产生一个微弱的畸变,这一信号可以跨越变压器台区被用户端接收,称之为出站信号(outbound signal);与此相类似,在配电变压器的0.4 kV侧也可以调制出一个微弱的畸变电流,被变电站的信号检测装置所接收,称之为入站信号(inbound signal)。出站信号与入站信号的调制方法是一样的,接收装置分别用于检测电压和电流信号。

一种常用的编码方法是以调制信号的相对位置来表示信息“0”和信息“1”。以入站信号为例,入站通信发送每一个二进制位需要占用4个电流周期,每4个电流周期定义为1个信息单元,每个信息单元的起始点为基准点, 4个相邻周期共有8个电压过零点,如果规定在8个过零点中的1、3、6、8 进行调制表示数字“1”,那么对应调制的2、4、5、7 就用来表示“0”。在对入站信号定义时规定这样的原则:对8个过零区域中的4个进行调制,其中2个是正过零区,另外2个是负过零区[2]。

2 入站信号的调制原理

双向工频通信系统中信号的调制包括入站信号调制和出站信号调制。两者在本质上没有区别,本文介绍入站信号调制单元的设计。信号调制的基本原理是利用在电压电流过零处加入一个微弱的畸变信号来实现对信号的调制。

如图2(a)所示,在电压过零点附近,晶闸管关断1 h,此时在电感L上产生一个瞬时电流Ip附加在总线电流上。

令undefined,以晶闸管的关断为起始点,此时Ip=0,则可得到:

undefined

从式(1)中可以看出,电流Ip由V、L、Ψ和Δt确定,其中可控参数为L、Ψ和Δt。改变L可改变Ip信号的强度;改变Ψ即改变Δt,可调整Ip信号在1个周期中所占的宽度。

之所以选在电压波形的过零点附近调制,是因为该处系统能量最小,调制所需能量的也最小,同时,50 Hz波形的过零点为检测时间和信号查询提供了自然的位置,所有通信容易同步到实际的频率上去。

3 入站信号的提取

入站信号的提取首先采用数字差分方法滤去工频信号及其整数次谐波,由于数字差分方法不能滤去非整数次谐波,因此需要级联其它滤波器,本文采用FIR滤波器。

3.1 数字差分方法

设当前周波采样得到的序列为x1(n),前一个周波采样得到的信号为x2(n),当2个周波都没有调制信号时:

undefined

式中:f0=50 Hz;N=fs/f0,fs为抽样频率,它的选择要使得N为整数,即抽样频率为50 Hz的整数倍。

数字差分方法的输出为

undefined

将式(2)、(3)代入式(4),得:

undefined

当前周波含有调制信号、而上一个周波不含调制信号时:

undefined

同理,当前周波不含调制信号、而上一个周波含调制信号时,数字差分的结果是d(n)=-s(n),以上结论不仅适用于工频信号,也适用于工频的整数次谐波。

数字差分方法的优点是算法简单,可以通过一个传递函数滤去各次整数次谐波,缺点是对非整数次谐波的抑制不够大,需要通过级联其它滤波器来改进。

3.2 FIR滤波器的设计

数字滤波器从其实现方法上可分为无限长单位冲激响应(IIR)滤波器和有限长单位冲激响应(FIR)滤波器。比较两者,FIR滤波器具有以下优点:编程时占用的存储单元和运算次数少,较为经济;可得到严格的线性相位;采用非递归结构,具有恒稳定特性,有限精度运算的误差也较小。因此,本文选用FIR滤波器。

本文对所要设计的FIR滤波器提出以下的性能要求:(1) 信号频带中主要的谐波成分有3次谐波、5次谐波和7次谐波,希望滤波器通带中有对应的陷波点将这些谐波滤去;(2) 由于电网中50 Hz的工频信号占主要成分,希望能够将之滤去以提高信噪比;(3) 电网中的非整数次谐波对数字差分方法的干扰最大,而它们主要集中在低频段,因此滤波器要在低频段呈阻态;(4) 滤去1 000 Hz以上的系统暂态振荡过程及高频干扰信号。

综合这些因素,理想滤波器的幅频特性如图3所示。

本文采用瑞米兹(Remes)算法设计最优线性相位FIR滤波器,得到了理想滤波器的幅频与相频特性图,如图4所示。

3.3 信号的解调

工频通信信号的解调是指由滤波器的输出恢复成0、1数字信号的过程。目前工频通信系统主要采用时域方法解调信号。本文针对工频通信入站信号的特点,借用数字信号载波通信中二进制相位键控(2PSK/BPSK)的相干解调法对信号进行解调运算。

对于信息“1”,数字差分方法的输出:

y(t)=x(t)-x(t-T)=Asin (ω t+π) (8)

对于信息“0”,数字差分方法的输出

y(t)=x(t)-x(t-T)

=-Asin (ω t+π)

=Asin (ω t) (9)

当检测输出信号的相位是π时表示信息“1”,相位是0时表示信息“0”。这类似于数字信号载波通信中二进制相位键控(2PSK/BPSK)调制法[4],对应的可以采用相干解调法。

设未调载波为sin (ω0t),则2PSK信号(入站信号)可表示为

undefined

式中:Δϕ=π时表示信息“1”,Δϕ=0时表示信息“0”。两者相乘,乘法器输出为

undefined

所以,当Δϕ=π时乘法器输出小于0,Δϕ=0时乘法器输出大于0,对每一个信息单元的输出信号取和,然后进行阈值判断即可实现信号的解调。

4 仿真研究

本文采用Matlab/Simulink对入站信号的调制和解调进行仿真。首先在Simulink中建立仿真模型,再对各模块进行参数设置,最后对其进行仿真。

4.1 仿真模型的建立

本文是在10 kV配电网的基础上建立的仿真模型,如图5所示。

4.2 入站信号的调制

利用上面建立的仿真模型,对入站信号进行调制。根据前面介绍的编码方式,利用入站通道发送信息“1 0 1 1”。调制信号波形如图6所示,图中画出了电网电压波形(供参考)。

4.3 入站信号的提取

根据前面介绍的入站信号的提取方法,对入站信号进行提取。首先使用FIR滤波器对一相信号进行提取,提取后的信号如图7(a)所示;使用数字差分算法后得到的信号如图7(b)所示;由于经过FIR滤波器处理,正负脉冲电流以相位的形式表现出来,因此在阈值判断前进行相干解调,输出信号波形如图7(c)所示;最后进行求和与阈值判断得到解调输出信号,如图7(d)所示。

从图7可以看出,对信号的提取过程采取单一的提取方式是不行的,本文采用数字差分方法、级联FIR滤波器及相干解调算法对入站信号进行了一系列的处理,最后得到如图7(d)所示的解调波形,完成了对入站信号的提取。

5 结论

本文主要讨论了双向工频通信入站信号的调制与提取:采用在电压电流过零处加入一个微弱的畸变信号实现了对信号的调制;将数字载波通信中的相干解调算法应用到工频通信中,实现了对入站信号的解调;采用数字差分法级联FIR滤波器,实现了信号的提取,明显地改善了信号的信噪比。最后用Matlab/Simulink仿真,仿真结果验证了该入站信号的调制与提取方法的正确性。

然而,本文只是从理论上验证了双向工频通信在我国配电网中能够应用的可行性,如要投入实际应用还需要作进一步的研究。

摘要：文章介绍了双向工频通信系统的基本原理及入站信号的调制和解调方法,详细地介绍了采用FIR滤波器及数字差分方法对入站信号进行提取的方法,并用Matlab/Simulink建立了基于配电网的仿真模型。对入站信号调制与提取的仿真研究验证了文中所述方法的正确性。

关键词：双向工频通信,入站信号,调制解调,滤波器,Matlab仿真

参考文献

[1]United States Department of Energy Office of ElectricTransmission and Distribution.Technology Briefs:Overview of Advaned Electric Delivery Technologies[J/DL].(2004-08-14)[2007-05-20].http://www.energetics.com/pdfs/electic_power/techbriefs.pdf.

[2]张世平,张绍卿,刘瑞叶.双向工频通信信号在配电网中的传输特性[J].电网技术,2003,27(5):63~66.

[3]杨勤.双向工频通信技术中的差错控制研究[D].武汉:武汉大学,2002.

双向工频通信 篇3

双向工频通信系统TWACS(Two Way Automatic Communication System)是20世纪90年代在美国出现的一种基于电力配电网络的通信系统。它用50 Hz作为输入/输出信号的载波频率通道,在电压波形的过零点附近加入调制信号,在输出通道上调制电压波形,在输入通道上调制电流波形,以实现双向通信[1,2,3,4]。TWACS技术完全利用已有的电力网络作为传输载体,无需增加中继环节,可直接进行跨变压器台区的长距离传输,成本低廉,可以作为配电网通信手段的一种重要补充。我国中压配电线路多采用中性点不接地或非直接接地系统,不具有零序通路,而且电网噪声复杂多变,对工频信号检测很不利。在对我国配电网工频通信信道特性研究和实际测试的基础上,开发了一种适合我国配电网的实用化工频通信装置。

1 工频通信系统原理

基于配电网的双向工频通信系统组成如图1所示,主要由子站装置和用户终端装置两大部分组成。

子站装置安装在变电站主控室,由主控制器、信号调制、信号解调3部分组成,负责向用户终端发送命令和接收用户终端信息。用户终端安装在用户侧,负责接收控制命令并完成相应动作或发回用户信息。子站装置和用户终端都必须设置调制和解调单元,以实现信号的双向传递。定义子站装置到用户终端的信号为下行信号,用户终端到子站装置的信号为上行信号。下行信号的发送由子站装置的信号调制电路实现,并通过调制变压器耦合到10 kV母线上,变电站范围内的所有用户终端都能接收到该信号。上行信号的接收是由子站装置信号解调电路采集相应10 kV馈线出口处电流互感器(TA)中的电流信号来完成的。用户终端实现下行信号的接收和上行信号的调制,主控制器用于数据存储和通信控制。

1.1 信号调制原理

下行信号的调制由子站装置在220 V低压侧实现,通过调制变压器耦合到中压10 kV母线上,下行信号调制等效电路如图2所示。

图2中T为调制变压器,其作用是把控制电路和高压强电隔离,Li表示主变副边漏感,Ls、Rs为调制电路参数。当在电压波形正过零点前Δt/2处闭合晶闸管VSCR时,产生的瞬间电流i′c通过调制变压器耦合到主变副边产生电流ic,ic在Li上引起一个畸变电压,从而使10 kV电压波形在过零处产生畸变,这个畸变可以往整个主变供电的配电网络传播。畸变信号的频谱特征,能量大小可以通过调节Ls、Rs值得到[5,6]。1个数据位以2个电压周期为单位调制,“0”表示第1个周期调制、第2个周期不调制,“1”表示第1个周期不调制、第2个周期调制。

上行信号的调制在用户终端实现,等效电路和信号波形(Um和Im为幅值)如图3所示。

在电压接近过零点时,用户220 V侧回路中的晶闸管导通,产生瞬间电流ic,ic过零时晶闸管自动断开,调制电流ic叠加在电压过零区域对应的电流波形上,并通过配电变压器耦合到10 kV馈线电流上,可在10 kV馈线的电流互感器中检测出来。与上行信号调制不同的是,此处的晶闸管是双向的,在正、负过零点处都可导通,即可以产生2个方向不同的脉冲信号,调制信号波形如图3下方所示。1个数据位由4个相邻周期为单位进行调制,“0”表示在8个过零点中的2、4、5、7处调制,“1”表示在1、3、6、8处调制。

1.2 信号解调原理

工频信号解调的任务就是要检测出调制信号的有无,对调制信号的大小和形状并无过多要求,因此目前的工频通信系统主要采用时域方法解调信号。下行信号的检测有时间作差法和幅值作差法2种。时间作差法利用前后2个周期对应电压幅值相等时,其时刻的差别来检测调制信号,是一种模拟解调方法;幅值作差法利用前后2个周期对应时刻相等时,电压幅值的差别来检测调制信号,是一种数字解调方法[6]。时间作差法原理如图4所示。

将以基准点开始的2个电压波形进行全波整流后,设置3个比较电平,配合微处理器的高速捕获计数器即可实现下行信号的检测。如图4所示,负过零点处附近的电压波形在经过不同电平比较后,可得到t1～t6的6个时间信息和负过零时间信息t0,令:Δt1=t0-t1,Δt2=t0-t2、Δt3=t0-t3、Δt4=t0-t4、Δt5=t0-t5、Δt6=t0-t6,同理有:Δt′1=t′0-t′1、Δt′2=t′0-t′2、Δt′3=t′0-t′3、Δt′4=t′0-t′4、Δt′5=t′0-t′5、Δt′6=t′0-t′6。不考虑其他电网噪声,当有调制信号时,Δt将增大;如果2个负过零点处都没有调制信号时,则Δti=Δt′i,令

当D<λ时,无调制信号;当D>λ时,表示信息位1;当D<-λ时,表示信息位0,λ为设定的阈值。该方法具有运算量小、简单易实现的优点,但是抗电压扰动的能力较弱。u1～u3确定后,由于电网电压往往有±10%的波动,使得u1～u3不是最佳检测门限。随着信号处理技术和集成芯片的高速发展,使得利用现代数字信号处理技术进行信号解调变得可行。幅值作差法利用高速、高精度A/D对电压波形进行全周期采样存储,或局部采样足够的点数存储,采样数据与前一个周期的对应采样点作差,根据差值的大小及正负即可解调出下行信号。

上行信号的检测采用幅值作差方法,在电压过零附近设置检测窗口,利用相邻电流波形进行检测,如图5所示。

从基准点开始,在电压波形过零区域设置8个检测窗口,在每个窗口对应的电流区域采样k个点,分别为A11-A1k、B11-B1k、…、A41-A4k、B41-B4k,令:

D=0表示无信号;D=+4λ表示信息位1;D=-4λ表示信息位0,λ为入站电流脉冲强度。

2 系统装置硬件设计

工频通信系统装置包括子站装置和用户终端。子站装置主要完成下行信号的调制、上行信号的解调及整个系统的控制功能,用户终端完成上行信号的调制和下行信号的解调,装置硬件结构如图6所示。

2.1 微处理器的选择

考虑到工频通信在信号调制时侧重处理器的控制功能,而在信号解调时侧重处理器的数字信号处理功能,因此系统主控单元选用数字信号控制器(DSC),它集成了单片机(MCU)的控制功能以及数字信号处理器(DSP)的计算能力和数据吞吐能力。在DSC领域,美国微芯公司(Microchip)推出的dsPIC系列具有很高的性价比,采用改进的哈佛架构,将MCU的控制特性与DSP的计算能力无缝地集成在一起。这种集成的功能对于需要高速、重复计算和控制的应用非常理想。以16位单片机为核心的dsPIC数字信号控制器,提供了MCU所具有的所有功能:大容量程序存取器(Flash)和数据存储器(RAM),快速、复杂和灵活的中断处理,丰富的模拟和数字外设,电源管理,可灵活选择的多种时钟模式,上电复位,欠压保护,看门狗定时器,代码加密,全速实时仿真以及全速在线调试解决方案。同时,dsPIC数字信号控制器还融合了可管理高速计算活动的数字信号处理功能,具有专门的DSP引擎,堪称嵌入式系统设计的最佳单芯片解决方案。

设计中选用dsPIC33F系列,片内集成大容量Flash和RAM,无需外扩存储芯片。内部集成12位A/D转换模块,该模块以逐次逼近(SAR)原理为基础,提供最高500 K次采样/s(SPS)的转换速率。A/D转换时钟、自动采样时间、A/D转换时间、采样启动方式以及转换结果输出格式等都可通过设置相应的寄存器灵活选择,满足信号解调时的采样要求。此外,片内外设UART、I2C、SPI、CAN等能够满足各种通信需求。DSP引擎、2个40位累加器、支持除法运算的硬件、桶形移位寄存器、17×17位乘法器、16位工作寄存器阵列和多种数据寻址模式,共同为dsPIC33F提供了广泛的数学处理能力。此外,直接存储器访问(DMA)允许数据在多个外设和专用DMA RAM之间进行无CPU开销的传输。可靠的现场可编程闪存程序存储器确保能对使用的dsPIC33F器件应用进行扩展[7,8]。

2.2 过零检测电路

过零检测电路为信号调制和信号解调提供时间基准,由电压互感器(TV)、前置放大电路、低通滤波电路、移相电路、电压比较电路组成,如图7所示。

220 V工频电压信号经TV取样后送至前置放大器放大,并进行必要的相位补偿。滤波电路采用二阶有源低通滤波器,防止高频噪声影响电压比较电路造成过零点不稳。移相电路将经过处理后的50 Hz正弦信号移相90°,然后经电压过零比较器处理后产生50 Hz方波信号,送至CPU的外部中断引脚。

2.3 信号调制电路

信号调制电路完成上、下行信号的调制,由晶闸管触发电路及其保护电路组成。当要进行信号调制时,CPU的2个I/O口输出信号到与非门进行编码,主要目的是为了防止晶闸管在CPU上电过程中的误触发。触发电路主要利用带光隔离的小功率晶闸管MOC3052驱动后面的大功率晶闸管,其中还包括阻容滤波电路以防止电压上升过快引起晶闸管的误触发,如图8所示。

2.4 信号解调电路

信号解调电路完成上、下行信号的检测,原理框图如图9所示。

其中下行信号的检测相对简单,主要由TV取样、放大、滤波等电路组成,其中滤波电路采用4阶Bessel有源带通滤波器,具有最优的线性相频特性,通带频率200～800 Hz。由于带通滤波电路消除了50 Hz基波信号,而调制信号和各次谐波幅值较小,需要对经过滤波后的信号再进行后级放大,将信号处理成CPU内部A/D容许的范围之内,然后送至CPU进行A/D采样。

上行信号检测通过采集相应10 kV馈线出口处A、B、C三相电流互感器中的电流信号实现。考虑到实际应用中变电站一次测只有A、C两相TA的情况,增加了求和电路,利用三相平衡条件下的A、C相电流求出B相电流。三相背景抵消电路主要功能是利用电网三相电流之间的相位关系,最大可能地抵消掉电网本身的负载电流,同时将其他两相上的调制信号叠加到检测相,从而突出上行调制信号。由于负载电流很大,而调制信号十分微弱,抵消掉一部分背景信号相当于提高了信噪比和采样芯片的分辨率。如果没有抵消电路,由于受到采样A/D输入信号范围的限制,后级放大电路的放大倍数不可能很大,必将影响采样精度,因此背景抵消电路的作用十分重要。在三相负载平衡的条件下,A、B、C三相背景电流大小相等,相位相差120°。当检测A相调制信号时,将A相电流与B相电流求差,将C相电流放大姨3倍并向后移相90°,然后将A、B相之差减去经移相和放大处理后的C相,即IA-IB-姨3 IC∠-90°,即可实现三相背景电流的抵消,同时将有用的调制信号加强。实际的硬件电路主要由运算放大器构成的求和、求差电路,以及放大和移相电路构成,原理如图10所示。

3 系统软件设计

软件开发平台采用MPLAB集成开发环境(IDE),内置组件包括项目管理器、编辑器、汇编器/链接器、调试器、软件模拟器等。此外,针对dsPIC33F系列数字信号控制器,Microchip公司提供了专门的C语言开发工具MPLAB C30,可无缝集成在MPLAB IDE中。系统软件设计采用了模块化编程思想,并以C语言和汇编语言混合编程的方式完成整个软件设计。主程序由C语言实现,完成数据处理、信息存储及系统的控制与管理,使得程序大为简化,便于移植;汇编语言主要用于关键算法的优化以及对底层硬件(如DSP引擎)的操作。系统主程序流程如图11所示。

装置上电后首先进行硬件初始化,包括I/O口、定时器、中断、A/D转换器、通信接口等,然后等待控制器的指令。如果没有指令,说明系统工作在非通信时段,此时只对电网信息进行采集并存储,为系统通信提供有用信息;如果收到控制器的指令,系统工作在通信时段,开始进行下行信号的调制。终端检测到下行同步信号后进行下行信号解调和上行信号调制,然后由子站装置对上行信号解调后进行数据存储,数据通信等工作。

子程序主要包括过零检测、信号调制和信号解调等。过零检测主要是利用过零检测电路产生的方波触发外部中断,为信号调制和信号解调提供时间基准。信号调制子程序根据编码规则,在不同过零点位置控制晶闸管的导通,并可通过改变导通角调节调制信号的强度。信号解调子程序主要由数据采集、数字差分、数字滤波、信号检测算法等组成,如图12所示。其中数字差分是利用工频信号特有的调制特点,采样后对相邻周期进行幅值求差,从而消除大部分工频基波、整次谐波干扰,同时也增强了调制信号[9,10,11,12]。数字滤波采用有限脉冲响应(FIR)滤波器,对数字差分后的信号进行滤波,截止频率1 kHz[13,14]。针对所选DSC,采用提供有专业的数字滤波仿真和设计软件(dsPICworks&FD Lite),可以很方便地用软件实现。信号检测算法主要采用相关检测算法,关键代码由汇编语言实现[15]。

4 结论

分析配电网工频通信技术及其应用 篇4

关键词：配电网,工频通信技术,优点,应用

一、概述配电网工频通信技术

配电网工频通信技术是一种特殊的电力线通信技术, 也是国际上正在新兴的电力配电网双向工频通信技术。该技术又称之为工频波畸变通信技术, 顾名思义, 这种技术是在50Hz工频电压过零点附近, 经由人的行动产生的一种畸变工频波形, 然后运用电网产生的电压、电流的微小变化来携带信息的电力线通信技术。与常规的电力线载波通信不同的是, 它利用叠加于电力线上的高频载波信号为信息传输的载体, 而工频通信技术则是将电网50Hz工频波自身作为信息传送的主体。

就信号与传输上而言。工频波畸变通信是电力线路上超低频信号的传输, 运用电网工频基波作为载频, 且在过零点的时候实行反向基带调制, 该技术在运行上具有简单、实效性强的特点。

此外, 工频通信技术的关键点还在于时间点。工频电压产生波形畸变的地点不是波峰而是在电压过零点附近, 这是由于过零点附近进行波形改变所需要的调制能量消耗最少, 而且在调制的过程中对电网产生的冲击及引起的电压电流畸变能控制在合理的范围内;信号的接收与过零点的时间保持同步这将有利于检测与识别信号。再者, 工频电压过零点时刻, 电网产生的负荷与干扰声最低。就上述内容而言, 工频畸变技术与传统的电力线载波技术不管是在理论上还是在实践上都有明显的优势。

二、配电网工频通信技术的优点及相关应用

2.1工频通信技术的优点分析

1) 工频通用技术不再需要额外增添其他的系统设备直接将现存的电力网络作为传输的载体, 对现有的系统也没有其他的要求, 在财力上降低了大量的很大开支。

2) 工频通用技术在传输的过程中不存在信号泄露和旁路问题, 衰减小, 不用再使用滤波器和阻波器。

3) 双向工频通用技术不需要再在变压器上增添其他的设备就可以实现垮台区之间的通信, 如此一来就降低了对地域性的要求。

4) 工频通用技术在实现双向通信的过程中, 上行通道与下行通道之间互不干扰且能够进行多通道之间的通信。

5) 工频通用技术可以直接访问远端设备或者相关仪表, 不需要中继环节;该技术不对电网具有干扰, 完全处在允许的范围之内;对电网自身产生的频率与幅值产生的变化不敏感, 具有很强的抗干扰能力, 且调制信号在过零点附近, 需要的调制功率小, 比较易于实现。

2.2工频通信技术的应用分析

工频通用技术相比之于传统的电力线载波通信系统, 该技术利用的是工频过零点通信效率低的特点, 主要运用在对实时性要求不太高的场合。本文结合系统特点, 将可能的技术应用总结为以下几个方面。

1) 运用在集中抄表系统中, 比如居民的水表、电表、气表的远程抄收工作中, 也可以用于中小型电力用户的监测工作中, 比如配变TTU监测。

2) 运用在电力用户用电产生异常情况的报警系统中, 比如用电异常检测报警, 异常停电检测报警、验证报警及非法窃电报警等。

3) 运用在负荷控制系统, 进行无功补偿电容投切控制, 还有分布式的远程无功补偿电容器投切。

工频通用技术的运行原理决定了它能够在比较复杂的电网环境中适应。这项技术运用的范围广, 可以用于电能量的采集及配电监测、控制各种负荷等等。这种技术在通信速率要求不高的情况下比载波方面有更多的优点, 是一种可以对配用店实行自动管理及控制的新技术平台。

三、结束语

不管是从技术的实用性与先进性来看, 还是从促进配电网电力线通信技术发展的角度而言, 工频通用技术在电力电网上的应用都有着巨大的社会影响和经济意义。与此同时我们也应该清楚的看到, 我国中低压配网直接采用工频通用技术还存在一定的困难。面对我国较为复杂的电网情况, 属于强噪声环境, 我们还需要继续研究, 以确保工频通用技术在强噪声干扰情况下也得到可靠应用。

参考文献

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