雙向工頻通信信號在配電網(wǎng)中之傳輸特性

摘  要：介紹了雙向工頻通信之基本原理，建立了一簡單之信號傳輸模型。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：從暫態(tài)電壓和電流在配電網(wǎng)中傳播之角度，分析了雙向工頻通信信號在配電網(wǎng)中之傳輸特性。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：通過實際測試數(shù)據(jù)，驗證了雙向工頻通信方式具有抗干擾能力強(qiáng)、不受線路狀況和負(fù)荷變化制約之特點。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：
    關(guān)鍵詞：雙向工頻自動通信系統(tǒng)；配電網(wǎng)；暫態(tài)；通信；電力系統(tǒng)

1  引言
    雙向工頻自動通信系統(tǒng)（Two Way Power Frequency Automatic Communication System， TWACS）是近年來在美國出現(xiàn)之一種基于配電網(wǎng)之通信系統(tǒng)。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：該系統(tǒng)獨特之通信原理決定了其具有成本低廉、實現(xiàn)簡單、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點，這是傳統(tǒng)電力線載波通信（Power Line Carrier，PLC）所無法比擬之[1,2]。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：然而由于我國之電網(wǎng)環(huán)境比較復(fù)雜，屬于一種強(qiáng)噪聲環(huán)境，因而該技術(shù)還不能很好地適應(yīng)我國電網(wǎng)。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：為此，有必要在我國電網(wǎng)容量不同、線路結(jié)構(gòu)不同和負(fù)荷不同之情況下，對TWACS信號傳輸之頻率和幅值響應(yīng)進(jìn)行模擬和測試，以便尋求該技術(shù)適合于我國電網(wǎng)狀況之通信方案。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：
2  TWACS之基本原理
    圖1為基于配電網(wǎng)絡(luò)之雙向工頻通信系統(tǒng)之典型結(jié)構(gòu)示意圖[3]。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：TMACS以中低壓(10kV/220V)配電線路為通信信號之載體，在電壓過零點附近把信號疊加在基波電壓或電流(50Hz)上。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：具體之工作過程是在10kV母線電壓接近過零點處由調(diào)制變壓器220V側(cè)之硅整流器件調(diào)制出一瞬時電流脈沖，產(chǎn)生一微弱之電壓畸變信號并疊加在10kV電壓上。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：此畸變電壓信號可自動跨過用戶配電變壓器，為用戶端接收。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：該電壓信號被稱為下行信號或出站信號。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：配電變壓器220V側(cè)用戶端之硅整流器件在電壓過零點附近可類似地調(diào)制出電流信號，并可以在10kV支線電流中檢測到。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：此電流信號被稱為上行信號或入站信號。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：

    雙向工頻通信是通過相對基準(zhǔn)點之不同位置，在配電網(wǎng)之電壓和電流上調(diào)制信號來表示要傳輸之信息。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：下行信號是由2個連續(xù)工頻電壓周期中之1個調(diào)制信號來表示1位信息。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：信息位“0”和“1”是以調(diào)制信號相對于基準(zhǔn)點之位置來確定之。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：如圖2(a)所示，調(diào)制信號在基準(zhǔn)位置開始之系統(tǒng)電壓第1個負(fù)過零點處則表示信息位“0”。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：在第2個負(fù)過零點處則表示信息位“1”。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：上行信號則是由4個電流周期中之4個調(diào)制信號共同來表示1位信息之。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：如圖2(b)所示，圖中之電壓為系統(tǒng)電壓，電流為10kV支線電流，電流略滯后于電壓。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：4個相鄰周期共有8個電壓過零點，規(guī)定在第1、3、6、8電壓過零點處調(diào)制之4個電流信號表示信息位“ 0 ”，在第2、4、5、7電壓處過零點處調(diào)制之4個電流信號表示信息位“ 1”。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：

3  傳輸模型及仿真分析
    雙向工頻通信信號之實質(zhì)是由硅整流器件向電網(wǎng)調(diào)制畸變信號。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：該調(diào)制過程可以等效為系統(tǒng)之微弱之瞬時短路故障。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：該故障電流很小、時間很短。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：在故障發(fā)生到故障切除這一期間，故障點之電壓和電流將經(jīng)歷一從暫態(tài)到穩(wěn)態(tài)之過渡過程。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：本文采用電路分析法來分析信號之暫態(tài)特性。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：
    為簡化說明，以1條支線及其上之1個配電變壓器為例，建立配電網(wǎng)之線性等效模型[4]，如圖3所示。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：其中e為主變電壓；R、L為調(diào)制變壓器之等效阻抗和漏感；R1、L1為主變之等效阻抗和漏感； R2、L2為支線線路之等效阻抗，R3、L3為配電變壓器之等效阻抗和漏感；R4、L4為用戶等效負(fù)荷；C為線路等效容性阻抗；用開關(guān)S模擬產(chǎn)生下行信號之硅整流器件。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：

    信號之調(diào)制過程：在u(t)=0之前之相角30°時閉合開關(guān)S，產(chǎn)生短路故障，故障電流用i(t)表示。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：在第1個過零點處i(t)=0之時刻斷開S，切除故障。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：此過程可以分成3個時間段來分析電網(wǎng)之電壓和電流。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：
    （1）-∞<t≤0時斷開S。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：這1階段使用穩(wěn)態(tài)分析法得到電壓和電流在時刻t=0之值u(0)和i(0)。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：
    （2）0<t≤t1時閉合S。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：t1為i(t)=0之時刻應(yīng)用電路分析方法，可得如下微分方程組

式中  Lx=L1L+L1L2+LL2；L5=L3+L4；R5=R3+R4，將時刻t=0之電壓和電流值作為初值，采用數(shù)值積分法求解該微分方程組。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：
    （3）t>t1 時斷開S。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：采用近似法，通過令微分方程中之L»0和R»∞模擬開關(guān)S之?dāng)嚅_狀態(tài)。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：將故障清除前瞬間之電壓、電流值作為故障切除后電路之初始條件，求解微分方程(1)~(4)。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：
    在計算機(jī)上針對不同之電網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行仿真，可以得到信號之暫態(tài)過渡過程，如圖4(a)和(b)所示。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：由于要研究之是電流很小又被迅速切除之瞬時故障，所以系統(tǒng)只是疊加了很小之由調(diào)制信號引起之暫態(tài)成分，其電壓和電流依然保持相對之穩(wěn)定狀態(tài)。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：這是和一般系統(tǒng)故障相區(qū)別

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