(广西建宁输变电工程有限公司 广西 530000)
摘要：双向工频通信技术是一种新型的基于电力配电网络的通信技术。文章就该技术的具体实现方法进行了研究,探讨了这一技术在我国实现的意义和目前存在的问题。
关键词：电力配电网络；双向工频通信；过零调制
引言：作为一种基于电力配电网络的新型通信技术,双向工频通信系统以其抗干扰能力强、成本低廉和易实现,构造了一个新型实用的通信平台,因此该技术的应用在我国具有很高的实用价值。但是,我国电网的复杂性对其实现提出了较高的要求。如何实现TWACS在噪声环境下的可靠通信,已成为目前的主要研究课题。
1.系统组成
双向工频自动通信技术,其核心思想就是利用电网电压和电流波形的微小畸变来携带信息。TWACS的通信双方是子站和远程配电网用户。由于TWACS通信调制信号频率接近于工频,因此能够直接跨变压器台区实现双方的直接通信而不需要中继环节。
2.调制信号
TWACS的通信信号如图1所示。由图可知,通过调制电压传递的信号由两个相邻周期电压波形组成,根据调制位置的不同来表示“1”或“0”,用于子站到用户之间的信息传输,称为输出通道调制信号；电流调制的信号由4个相邻周期电流波形携带,电流调制位置与电压调制位置相同,在时间轴上对应于电网电压基波过零点,用于从用户到子站之间的信息传输,称为输入通道调制信号。由于配电网的子站变压器都有很高的泄漏电感以防止过电流,且系统能量在电压波形过零点附近趋于最小,因而在过零点处调制信号所需的能量要求小,以及电压的过零点的特殊性为信号的定位提供了便于调制和检测的条件,因而TWACS通信系统可以利用电压波形基波过零点作为调制位置。
图1.双向工频通信系统通信信号：
TWACS输入信号的编码方式不止图2所示这一种。规定的8个调制位置只调制其中4个,而且两正两负,这样得到的编码方式共有36组18对。在这些编码中,可以排出5个正交编码集,每个正交编码集含有6个编码且互相正交。根据这样的编码特性,可以实现4个相邻电流周期同时携带6个通道,以提高通信传输信息的吞吐量。
3.系统实现
3.1传输特性
根据调制原理,电力配电网络中的各种感性和容性参数对调制信号本身必然会产生影响,其主要影响体现在不同电网情况下调制信号波形会产生振荡。通过仿真和实际测试可以发现,输出调制信号的频率在200Hz～600Hz范围内变化时,输入调制信号的频率在180Hz～420Hz范围内变化,同时,调制信号的振荡时间不会超出一个工频周期。输出信号在不同情况下的波动如图,2所示。由于调制信号的频率很低,因此在传输过程中衰减很小,能满足信号检测的能量要求。在通常情况下的电网测试中,调制信号在城市电网中的传输范围能达十几km,在农村电网的传输范围还要大。
图2.不同电网情况下输出调制信号的波动变化：
3.2检测方法
目前TWACS通信信号的检测主要采用时域方法,根据时域波形相邻周期间的变化情况来判断通信信号存在与否,这在电网干扰比较小的情况下是适用的。对于我国电网,由于电网环境复杂,噪声干扰大,这种时域方法达不到可靠通信的要求,仅仅由于电网中谐波和相间交叉干扰的影响就可能使通信失败。随着数字信号处理和大规模集成电路的发展,利用现代信号处理手段在强干扰情况下解调TWACS通信信号成为可能。
4.系统特点及应用领域
双向工频通信技术具有以下优点:第一，完全利用现有的电力网络为传输载体,无需额外系统设备,成本低廉。第二，信号传输过程中无泄漏和旁路,衰减小,无需滤波器和阻波器。第三，直接实现跨台区通信,减少了地域性的限制。第四，实现完全直接的双向通信,上下行通道互不干扰,可以进行多通道通信。第五，对电网本身没有干扰,处于容许范围以内。第六，对电网本身的频率和幅值变化不敏感,抗干扰能力强。第七，信号在过零点附近调制,所需的调制功率小,易于实现。与电力线载波通信系统相比,TWACS的通信原理决定了其低频通信的属性。因此TWACS主要应用在要求通信速率不高的情况下,例如自动抄表系统、负荷控制和工业设备自动控制等方面。值得指出的是,当控制或测试的范围很大时,进行低频通信的双向工频自动通信系统要比高频载波通信系统的效率高。这是因为TWACS的信息传输是直接的,而载波系统的通信信号要经过很多中继设施而延迟,当测控范围大而且需要连续监控的情况下,TWACS的优越性更为突出。
结论：
简而言之，众所周知,利用电力配电网络进行数据通信是测量水、电、气和实现电力系统负载控制最为有效的途径。目前,载波法(PLC)是利用电力线路进行通信应用最多的一种方法,一直是电力系统通信的主要手段,其应用范围主要是电力传输网络。近几年来,一种新型的基于电力配电网络的通信技术得到了发展并引起了广泛关注,该方法称为双向工频自动通信技术,简称TWACS。双向工频通信技术是由美国和加拿大的科学家提出的新型通信技术。1978年,美国的ReedH.Johnston提出了一种在电网上调制信号的方法,形成双向工频通信的基本模型和理论。1982年,SioeT.Mak.在此基础上提出了一套较完整的系统理论,即TWACS通信方法,对该方法的双向信号调制模型、传输模型和测试方法加以改进和研究。1984年,SioeT.Mak.进一步对该方法加以完善,并于80年代中期由美国DCSI公司进行产品研制,90年代初期开始进入实用阶段。目前,此类设备已经应用在从加拿大西北部直到美国弗罗里达的许多地区,安装了近750,000台套相关设备。目前在中国尚未有关于这种系统的报道和具体应用,文章对该系统的原理进行了较详细的介绍。
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论文作者:基于电力配电网络的双向工频自动通信技术
论文发表刊物:《电力设备》2018年第36期
论文发表时间:2019/7/5
标签：信号论文; 通信论文; 电网论文; 双向论文; 通信技术论文; 波形论文; 方法论文; 《电力设备》2018年第36期论文;