双向工频通信信号在配电网中之传输特性

摘  要：介绍了双向工频通信之基本原理，建立了一简单之信号传输模型。阳光电子学校维修专家分析认为：从暂态电压和电流在配电网中传播之角度，分析了双向工频通信信号在配电网中之传输特性。阳光电子学校维修专家分析认为：通过实际测试数据，验证了双向工频通信方式具有抗干扰能力强、不受线路状况和负荷变化制约之特点。阳光电子学校维修专家分析认为：
    关键词：双向工频自动通信系统；配电网；暂态；通信；电力系统

1  引言
    双向工频自动通信系统（Two Way Power Frequency Automatic Communication System， TWACS）是近年来在美国出现之一种基于配电网之通信系统。阳光电子学校维修专家分析认为：该系统独特之通信原理决定了其具有成本低廉、实现简单、抗干扰能力强等优点，这是传统电力线载波通信（Power Line Carrier，PLC）所无法比拟之[1,2]。阳光电子学校维修专家分析认为：然而由于我国之电网环境比较复杂，属于一种强噪声环境，因而该技术还不能很好地适应我国电网。阳光电子学校维修专家分析认为：为此，有必要在我国电网容量不同、线路结构不同和负荷不同之情况下，对TWACS信号传输之频率和幅值响应进行模拟和测试，以便寻求该技术适合于我国电网状况之通信方案。阳光电子学校维修专家分析认为：
2  TWACS之基本原理
    图1为基于配电网络之双向工频通信系统之典型结构示意图[3]。阳光电子学校维修专家分析认为：TMACS以中低压(10kV/220V)配电线路为通信信号之载体，在电压过零点附近把信号叠加在基波电压或电流(50Hz)上。阳光电子学校维修专家分析认为：具体之工作过程是在10kV母线电压接近过零点处由调制变压器220V侧之硅整流器件调制出一瞬时电流脉冲，产生一微弱之电压畸变信号并叠加在10kV电压上。阳光电子学校维修专家分析认为：此畸变电压信号可自动跨过用户配电变压器，为用户端接收。阳光电子学校维修专家分析认为：该电压信号被称为下行信号或出站信号。阳光电子学校维修专家分析认为：配电变压器220V侧用户端之硅整流器件在电压过零点附近可类似地调制出电流信号，并可以在10kV支线电流中检测到。阳光电子学校维修专家分析认为：此电流信号被称为上行信号或入站信号。阳光电子学校维修专家分析认为：

    双向工频通信是通过相对基准点之不同位置，在配电网之电压和电流上调制信号来表示要传输之信息。阳光电子学校维修专家分析认为：下行信号是由2个连续工频电压周期中之1个调制信号来表示1位信息。阳光电子学校维修专家分析认为：信息位“0”和“1”是以调制信号相对于基准点之位置来确定之。阳光电子学校维修专家分析认为：如图2(a)所示，调制信号在基准位置开始之系统电压第1个负过零点处则表示信息位“0”。阳光电子学校维修专家分析认为：在第2个负过零点处则表示信息位“1”。阳光电子学校维修专家分析认为：上行信号则是由4个电流周期中之4个调制信号共同来表示1位信息之。阳光电子学校维修专家分析认为：如图2(b)所示，图中之电压为系统电压，电流为10kV支线电流，电流略滞后于电压。阳光电子学校维修专家分析认为：4个相邻周期共有8个电压过零点，规定在第1、3、6、8电压过零点处调制之4个电流信号表示信息位“ 0 ”，在第2、4、5、7电压处过零点处调制之4个电流信号表示信息位“ 1”。阳光电子学校维修专家分析认为：

3  传输模型及仿真分析
    双向工频通信信号之实质是由硅整流器件向电网调制畸变信号。阳光电子学校维修专家分析认为：该调制过程可以等效为系统之微弱之瞬时短路故障。阳光电子学校维修专家分析认为：该故障电流很小、时间很短。阳光电子学校维修专家分析认为：在故障发生到故障切除这一期间，故障点之电压和电流将经历一从暂态到稳态之过渡过程。阳光电子学校维修专家分析认为：本文采用电路分析法来分析信号之暂态特性。阳光电子学校维修专家分析认为：
    为简化说明，以1条支线及其上之1个配电变压器为例，建立配电网之线性等效模型[4]，如图3所示。阳光电子学校维修专家分析认为：其中e为主变电压；R、L为调制变压器之等效阻抗和漏感；R1、L1为主变之等效阻抗和漏感； R2、L2为支线线路之等效阻抗，R3、L3为配电变压器之等效阻抗和漏感；R4、L4为用户等效负荷；C为线路等效容性阻抗；用开关S模拟产生下行信号之硅整流器件。阳光电子学校维修专家分析认为：

    信号之调制过程：在u(t)=0之前之相角30°时闭合开关S，产生短路故障，故障电流用i(t)表示。阳光电子学校维修专家分析认为：在第1个过零点处i(t)=0之时刻断开S，切除故障。阳光电子学校维修专家分析认为：此过程可以分成3个时间段来分析电网之电压和电流。阳光电子学校维修专家分析认为：
    （1）-∞<t≤0时断开S。阳光电子学校维修专家分析认为：这1阶段使用稳态分析法得到电压和电流在时刻t=0之值u(0)和i(0)。阳光电子学校维修专家分析认为：
    （2）0<t≤t1时闭合S。阳光电子学校维修专家分析认为：t1为i(t)=0之时刻应用电路分析方法，可得如下微分方程组

式中  Lx=L1L+L1L2+LL2；L5=L3+L4；R5=R3+R4，将时刻t=0之电压和电流值作为初值，采用数值积分法求解该微分方程组。阳光电子学校维修专家分析认为：
    （3）t>t1 时断开S。阳光电子学校维修专家分析认为：采用近似法，通过令微分方程中之L»0和R»∞模拟开关S之断开状态。阳光电子学校维修专家分析认为：将故障清除前瞬间之电压、电流值作为故障切除后电路之初始条件，求解微分方程(1)~(4)。阳光电子学校维修专家分析认为：
    在计算机上针对不同之电网参数进行仿真，可以得到信号之暂态过渡过程，如图4(a)和(b)所示。阳光电子学校维修专家分析认为：由于要研究之是电流很小又被迅速切除之瞬时故障，所以系统只是叠加了很小之由调制信号引起之暂态成分，其电压和电流依然保持相对之稳定状态。阳光电子学校维修专家分析认为：这是和一般系统故障相区别

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