一種基于配電網的跨變壓器臺區電力通信技術

摘要：跨變壓器臺區電力通信信號的頻帶位于200～600Hz之間，該信號可自動跨過配電變壓器通過電力線實現數據交換。這種配電網通信方式采用過零調制發送及數字差分接收技術，具有信號調制功率小、抗干擾能力強、傳輸距離遠的特點。介紹了跨變壓器臺區電力通信信號的定義、調制、解調方法及抗干擾措施。

    關鍵詞：過零調制 差分接收 相關技術 神經網絡

跨變壓器臺區電力通信技術是一種以配電網為媒介的新型數據傳輸技術。該技術解決了如何利用現有配電網實現無中縫、無橋接設備的跨變壓器臺區在不同電壓等級之間的數據交換問題。如圖1所示，跨變壓器臺區電力通信系統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，該系統完全以10kV/220V配電網為信息傳輸媒介，在用戶變壓器附近無需增加附屬設備。信號發送采用電壓過零調制的辦法，在電壓過零點附近可以用較小的調制功率實現信號的疊加，同時電壓附近可以用較小的調制功率實現信號的疊加，同時電壓過零點自然提供了通信過程中信號檢測的同步。信號的檢測采用差分接收技術可以從電網大噪聲背景中將微弱調制信號檢測出來。調制信號分為下行電壓信號與上行電流信號。下行電壓信號傳輸方向從主站到采集模塊，代表命令信息，以電壓過零點附近電壓的微弱畸變表示信息；上行電流信號傳輸方向從采集模塊到主站，代表用戶數據，用電壓過零點附近對應電流的瞬間脈沖變化表示信息。調制信號的頻帶位于200～600Hz之間，能夠跨過配電變壓器沿電力配電網遠距離傳輸。

圖1

1 信號的定義

跨變壓器臺區電力通信技術從主站到采集模塊的下行電壓信號用兩個相鄰電壓周期波形表示一位信息，通過位于變電所的主站調制變壓器疊加信號，使過零點附近電壓幅值發生非常微弱的畸變，第一個周期含有調制信號，表示“1”；反之，表示“0”，見圖4（a）。該定義有利于采集模塊處信號的檢測，在采集模塊可將相鄰兩個電壓周期數據作差后檢測電網中是否含有主站來的信號。

考慮到配電網電流諧波較大，從采集模塊到主站的上行電流信號用4個電流周期波形表示一位信息，4個相鄰周期共有8個電壓過零點。在對上行電流信號定義的規定這樣的原則：對8個過零區域中的4個進行調制，其中兩個是正過零區，另外兩個是負過零區。這樣，可以得到36個碼圖。由于表示“1”和“0”的碼圖是互相對應的關系，所以共有18組碼圖可以使用。如果規定在8個過零點中的1、3、6、8位置進行調制表示數字“1”那么對應調制的2、4、5、7就用來表示“0”。研究證明，不同電網通信環境需要不同碼圖。

2 調制信號的實現

下行電壓信號及上行電流信號的疊加都采用電壓過零調制。之所以采用這種辦法一方面是因為配電網的主站變壓器（變電所的主變）及用戶變壓器均有等效泄漏電感使信號的疊加成為可能；另一方面在電壓波形過零點附近所需調制功率最小。同時，電壓的過零點位置特殊性也為信號的定位提供了條件，便于主站信號的疊加和采集模塊處信號的檢測。

下行電壓信號的調制工作在主站完成，調制電路通過位于變電所的調制變壓器進行隔離和信號的耦合，調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。下行電壓信號調制等效電路如圖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為調制變壓器二次側調制電路參數，ec可以取自不同的相當于調制信號的調制位置。當位于調制變壓器二次側可控硅開關在過零點前30°導通時，導通電流i'c必然導致調制變壓器一次側ic電流的形成，通過主變引起一個電壓降emod=-Li(d/dt)ic，此時的調制電壓疊加于電網電壓波形上，從而完成一次調制過程。根據調制

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