（高电压与绝缘技术专业论文）配电网工频通信信道特性和信道模型的研究.pdf

声明尸明 i f lllll iii ii f lr l l l l l l f l li r r l l i ii y 17 9 7 0 2 0 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文配电网工频通信信道特性和信道模型 的研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和 取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：未：l 亟亟 期：型! 里：刍诊 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 【涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 导师签名： 日期湖矿；玢 日期：! ! 兰：p 华北电力人学硕十学位论文 摘要 双向工频通信是一种近年来新兴的配电网通信方式，它利用配电网作为信道实 现数据传递和信息交换，具有十分广阔的应用前景。本文针对我国配电网的结构特 点，建立双向工频通信调制回路和传输通道的物理模型和数学模型，提出适合我国 配电网的下、上行调制回路的一阶简化等效电路和频谱解析式。研究下、上行传输 通道和配变的频率特性，推导出间谐波对通信信号的作用机理公式。指出在线监测 间谐波特别是分频谐振对双向工频通信信号检测与接收具有十分重要的意义。 本文提出的研究方法，得出的相关结论和典型参数下的通用曲线，对我国配网 双向工频通信调控信号的频段、幅值和相移具有重要的指导作用。 关键词：双向工频通信，配电网，下行信号，上行信号，正序参数，零序参数，传 输通道，频率特性 a b s t r a c t t h et w a c si sa nn e we m e r g i n gd i s t r i b u t i o nn e t w o r kc o m m u n i c a t i o ns y s t e mi n r e c e n t l yy e a r sw h i c hu s e st h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r kt or e a c ht h ed a t at r a n s m i s s i o na n d i n f o r m a t i o ne x c h a n g i n g i th a sav e r yb r o a d l ya p p l i c a t i o np r o s p e c t t h i sp a p e rs t u d y st h e p h y s i c a la n dm a t h e m a t i c a lm o d e l so ft w a c sm o d u l a t i o nl o o pa n dt r a n s m i s s i o nc h a n n e l i nv i e wo ft h es t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c sf o rt h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ki no u rc o u n t r y t h e s i m p l i f i e df i r s t - o r d e re q u i v a l e n tc i r c u i ta n dt y p i c a ls p e c t r u mo fi n b o u n da n do u t b o u n d m o d u l a t i o nl o o pi sp r o p o s e d t h ef r e q u e n c yc h a r a c t e r i s t i co ft r a n s m i s s i o nc h a n n e la n d d i s t r i b u t i o nt r a n s f o r m e ri ss t u d i e d ，t h em e c h a n i s mo fi n t e r - h a r m o n i c sf o rc o m m u n i c a t i o n s i g n a lh a sb e e nd e r i v e d t h eo n - l i n em o n i t o r i n go fi n t e r h a r m o n i ci sv e r yi m p o r t a n tf o r t h ed e t e c t i n ga n dr e c e i v i n gt w a c s t h er e s e a r c hm e t h o d s ，r e l a t e dc o n c l u s i o n sa n dt y p i c a lp a r a m e t e ru n i v e r s a lc u r v e so f t h i sp a p e ra r ev e r yi m p o r t a n t t h e yh a v eag u i d i n gf u n c t i o nf o rf r e q u e n c yb a n d s ， a m p l i t u d e sa n dp h a s e - s h i f t so ft w a c s i no u rc o u n t r y h el i u ( h i g hv o l t a g ea n di n s u l a t i o nt e c h n i q u e ) d i r e c t e db yp r o f y u s h e n gq u a n k e yw o r d s ：t w o - w a yp o w e rf r e q u e n c ya u t o m a t i cc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ( t w a c s ) ， d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，i n b o u n ds i g n a l ，o u t b o u n ds i g n a l ，p o s i t i v e s e q u e n c ep a r a m e t e r s ， z e r o - s e q u e n c ep a r a m e t e r s ，t r a n s m i s s i o nc h a r a c t e r i s t i c s ，f r e q u e n c yc h a r a c t e r i s t i c 华北电力人学硕十学何论文 目录 摘寻墓i a b s t r a c t i 第一章引言l 1 1 选题的背景与意义1 1 2 电力配电网双向工频通信( t w a c s ) 的简介2 1 2 1 系统构成原理图2 1 2 2 工频通信系统基本模型。3 1 3 我国配电网的特点3 1 4 国内外研究现状4 1 5 本文的主要工作4 第二章下行信号的调制和传输6 2 1 下行信号的调制情况6 2 1 1 下行信号模型的建立6 2 1 2 下行信号的频谱分析l7 2 1 3 考虑调制回路开关投切的下行信号频谱分析。2 0 2 2 下行信号的传输2 3 2 2 1 所用变一次侧的电流和电压2 3 2 2 2 不同运行工况下的传输特性分析2 4 第三章上行信号的调制和传输2 8 3 。1 上行信号的调制情况2 8 3 1 1 上行信号模型的建立2 8 3 1 2 上行信号的频谱分析3 3 3 1 3 考虑调制回路开关投切的上行信号频谱分析3 5 3 2 上行信号的传输3 8 第四章双向工频通信双向通过配电变压器的传输特性分析4 7 4 1 信号通过配电变压器的传输特性的理论分析4 7 4 2 配电变压器的频率特性5 0 4 3 信号双向通过配变传输特性小结5 4 第五章信道干扰作用机理研究5 5 5 1 信道噪声特性的研究5 5 i i 华北电力人学硕十学位论文 5 1 1 谐波的产生机理5 5 5 1 2 配电网主要干扰源分析5 5 5 2 间谐波对工频通信的影响分析5 6 第六章结论5 9 参考文献6 1 致谢6 5 在学期间发表的学术论文和参加科研情况。6 6 i l l 华北电力人学硕士学位论文 1 1 选题的背景与意义 第一章引言 输配电网络是社会分布最为广泛的网络之一，几乎遍布现代社会的每一个角落 1 。利用配电网作为传输媒介，实现高速信息网络，从而为电力企业信息化提供的 研究心刮，对于实现远程测量和控制，是非常有效的。由于电力配电网络线分布的广 泛性，使得利用电力配电网络进行数据传输成为测量水、电、气和控制负载的最有 效的途径之一。利用电力配电网络进行数据传输是一个非常有意义的研究方向，如 何使传输效率更高、成本更低、可靠性更高，是目前各种调制和传输方法必须要解 决的难题。由于配电网通信直接面向于用户，其通信环境及其恶劣旧叫。 电力网络比任何其他的有线通信网络更加稳定和现代化随1 。利用配电网信道， 实现数据传递和信息交换具有十分广阔的应用前景。然而，电力线不同于光纤、同 轴电缆、双绞线等专用的通信媒质，它的主要功能是电力传输，即传送5 0h z 工频 信号，所以电力线的设计不可能兼顾高频通信的技术要求。低压电力线上负荷的多 样性和时变性引，特别是低压电力线，其环境是一种恶劣的信道环境，线上存在大 量噪声，负载多，配置情况复杂，而且负载工作状态在随时变化，导致电力线传输 特性是时变的3 1 。 国内在配电网上实现数据通信主要采用的是电力载波法，电力线载波法是电力 线路上利用调频或调相的方法进行中高频率的信号传输，过变压器时要增设转接设 备，以便使高频信号通过变压器。它主要优点在于其调制原理与普通无线通信的原 理类似，通道两端由发射机和接收机分别进行调制和调解，在传输通道上要设置阻 波器和滤波器等结合加工设备及中继设施。但由于配电网，尤其是低压配电网的特 性阻抗、网络结构与输电网的不同，使电力线载波数据传输受到限制。在无中继的 条件下，低压配电网电力载波数据的可靠传输距离很难超过5 0 0 米，其电力线传输 范围仅仅局限在一个变压用现有的电力网作为器台区1 。 双向工频通信是一种近年来新兴的配电网通信方式n 引，它利用在电压过零处加 入微弱的畸变来实现信号的调制，该调制过程可以等效为系统的微弱的瞬时短路故 障，在故障发生到故障切除这一期间，故障点的电压和电流将经历一从暂态到稳念 的过渡过程引，具有通信距离远，抗干扰性能强7 1 ，设备简单投资小的特点，与传 统的电力载波棚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。订j 是这些优点，使得双向工频通信f 1 益成为研究的热点。 华北电力大学硕十学位论文 1 2 电力配电网双向工频通信( t w a c s ) 的简介 双向工频自动通信系统中，子站端为通信系统的主控方。由于子站端要处理其 所控制下的多用户数据，其配置通常为工控机，一个中等采样率的模数转换器，获 取信号的方式为使用采样卡进行信号采样以及一个专用模拟信号处理模块。由于双 向工频通信技术是基于电力配电网络实现的，因此其通信机理比较特殊，与电力配 电网络的自身结构和参数密切相关。 双向工频自动通信系统结构框图如图卜1 所示，由三个部分组成：中央控制单 元、子站功能设备和远程用户传输单元。中央控制单元属于管理部分，用于数据存 储和通信控制：子站功能设备负责发送控制信号和接收远程信息，位于二次变电站 处，远程传输单元负责接收控制命令并完成相应动作或返回用户信息，位于用户设 备端。子站和用户端都设置调制和解调单元，以实现信号的双向传递。 中央控制单元l c c u f 站控制单元 s c u i 一 i 。 1 电力配电线路远程传输单元1 一 用户 i 一j：一一 ：j 1 篱盒墨荛i j 图1 - 1 双向- e 频自动通信系统结构框图 1 2 1 系统构成原理图 基于配电网的双向工频通信系统组成框图如图卜2 所示，该系统由子站和终端 两部分组成，可实现信息的双向传输。子站位于二次变电站，负责向终端发送命令 信息和接收终端信息，信息的发送是通过调制变压器( 可用站内用变压器代替) 来进 行调制的，信息的接收是通过采集lo k v 馈线出口处电流互感器中的电流信号来完 成的：终端位于配电变压器二次侧的用户端，负责接收子站命令并返回用户信息， 命令的接收和信息的发送都是在配电变压器二次侧低压回路上实现的。 2 | 萋| | _ 一 输调 一 卜 华北电力人学硕十学位论文 输电 线路 ：竺竺竺竺，二一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一：- 一- - 图1 2 系统构成原理图 1 2 2 工频通信系统基本模型 工频通信技术是利用工频电压和电流本身的形变来携带信息以减少电网设备 和参数对信号的影响，也就是说通过降低调制频率来适应电网环境。下图为工频通 信的基本模式。 通信传输f 矗道 通信传输信道 中央托制发送接收 发送接收 1 3 我国配电网的特点 图1 3 - t 频通信系统基本模式 工频通信的载体是电力配电网络，但电力配电网络是所有可通信网络中干扰最 大，通信质量最差的网络之一。因为电力配电网络的主要功能不是通信，而是电力 配电，网络设备的多样和配电电缆的铺设方式都使得工频通信的信道环境非常恶 劣，存在着多种干扰，其干扰源主要包括脉冲噪声干扰、窄带干扰、高斯噪声及5 0 h z 谐波噪声干扰等等，此外在不同的地区，如重工业区，轻工业区和居民区，其所受 的干扰的情况就有非常大的不同。 美国、加拿大是以直接接地和小电阻接地为主，即为大电流接地系统，而我囤 3 6 0 k v 的电力系统大多采用中性点不接地系统或经消弧线圈接地的运行方式 轷憎1 ，即小电流接地系统心，由于中外配电网的接地方式不同，原有的工频通信理 3 华北电力大学硕士学位论文 论在我国不太适用。所以工频通信理论在我国的应用有很大的不同。 1 4 国内外研究现状 载波法( 简称p l c ) 是目前应用最多的一种方法，国外许多学者还分别针对电力 载波通信信道在频域心卜2 们和时域瞳5 屯叫上的特性分别进行了研究，虽然取得了一定的 突破，但是无法改变载波法所固有死角，即传输距离受限制，无法跨台区通信，需 中继设备，对电网本身有干扰等。 工频电力传输主要经过两个阶段，首先在l9 7 8 年，r h j o h ns t o n 提出的在电力 网调制信号的方法，形成了工频通信的基本模型和理论0 i ，即单向工频电力通信， 之后19 8 2 年s i o e t h o m a k 在此基础上提出了一套较为完整的系统理论体t w a c s ，即 双向工频通信。研究了该方法的双向信号的调制模型和测试原理。在19 8 4 年，s i o e t h o m a k 进一步完善了该方法，并于8 0 年代中期由美国d c s i ( d i s t r i b u t i o n c o n t r o ls y s t e m s ，i n c ) 公司进行产品研制，9 0 年代初期丌始进入实用阶段。目前，此类 设备已经应用在从加拿大西北部直到美国弗罗早达的许多地区安装了大约7 5 0 0 0 0 台相关设备。 但是国外一般为大电流接地系统，而我国为小电流接地系统，中外配电网的接 地方式不同，尤其是中国强电网噪声环境下实现信号的可靠传输都没有具体的研究 成果。因此国内此类产品的应用范围较小。国内研究始于1 9 9 8 年，哈工大受黑龙江 电网委托，哈工大张少卿老师等结合我国电网的实际情况对此方法进行过研究，并 与2 0 0 0 年通过国家电力部的技术鉴定刳，此后，国内高校和研究机构丌始这方面的探 索，主要集中在双向工频通信系统的原理、编码。川和探索传输信号的检测手段。川以 及应用方面。婚。：坩1 。但是对于如何应用于我国配电网通信都没有做出明确的解释。目 前国内关于这方面的研究比较少。 1 5 本文的主要工作 本文主要开展以下研究工作： 1 ) 提出了我国配电网工频通信调制回路的二次侧等效电路，按系统负荷的峰 腰谷分别讨论调制和传输通道特性，给出从下行信号的调制回路至母线处的传输通 道入端信号的表达式子和修i f 系数，建立调制回路的一阶等效电路，研究调制回路 的影响因素； 2 ) 给出我国配电网下行信号传输网络的幅相频特性，提出了下行信号传输通 道的相频特性在双向工频通信上、下行信号中起决定性作用，它直接影响了双向工 频通信检波段的选择； 4 华北电力人学硕士学位论文 3 ) 提出了配变传输特性的研究方法和试验方案，推导配变传输特性的相关公 式。通过对配变频率特性的理论分析和矩阵变换，提出求取配变频率特性的试验方 法和数据处理方法，得出用于双向工频通信的配变频率特性，提出并推导出间谐波 对通信信号的作用机理公式，研究间谐波特别是配电网很容易发生的分频谐振产生 的误差范围，指出在线监测间谐波特别是分频谐振对双向工频通信信号检测与接收 具有十分重要的意义。 5 华北电力大学硕士学位论文 第二章下行信号的调制和传输 2 1 下行信号的调制情况 我国工频调制信号的产生与国外有所不同，国外是增加调制变压器用束发生信 号，我国是直接在所用变二次侧进行调制，这种调制方式可以节省投资，调制方便。 2 1 1 下行信号模型的建立 如下图所示，可控硅接在所用变二次侧，下行信号的调制采用电压过零调制， 因为变压器的原副边有一定的漏抗和阻抗，当有电流流过变压器的副边时，就会在 漏抗和阻抗上产生一定的压降如果有突变的负载电流，就会产生一个电压的畸变， 这个畸变就是调制的下行信号调制下行信号的等效电路，输出下行信号的调制工 作在变电站所用变的二次侧进行调制完成。调制电路如下图，在二次侧加入可控硅， 在电压过零前2 0 3 0 度角导通，在所用变压器的一次侧产生电流f ，该电流将在 一次侧引起一个电压降a u ，当电流f 降到零时可控硅自动截止，调制电压“叠 加于电网电压波形上，从而完成一次调制过程n 7 1 。 l o l c v 埘线 ? “一。负 i 一：衙i 。 ：i + 一一广一一 一 一二二 妒 “一 ，b 一所用变 毒 ， ：， 一 一 负 一 7 。一茼 一 图2 1 下行信号调制电路 为了对调制电路进行分析研究，在所用变二次侧的可控硅端口进行序网和复合 6 华北电力人学硕十学位论文 序网分析，可得图2 2 所示的下行信号调制回路的物理模型。 疋 l - j 0 。广由t 7 r 局。_ )由 扣 厶t i i ；o 。) “m ( f ) 图中乏1 么和乏2 么为折算到变压器二次侧的一次侧阻抗，辟。，厶。，r t ：，岛：， n 刀 一 一 十 一出文t 一11 r k l 一铷一r 厂半+ p 锣 u = 二 譬譬十申乙。牛譬孕乙二 挚i 气 图2 3 一回出线6 个分支示意图 为便于分析处理，假设各分支架设高度与线径相同，每回线上的负荷大致相同。 l o k v 线路的典型参数如表l 所示，把系统负荷分为峰、腰、谷- - 争t 类型： ( 1 ) 峰腰负荷：根据系统负荷特性的统计规律( 见表2 ) ， 取负荷功率因数c o s ( p = o 7 5 ( 感性) ，10 k v 系统的峰负荷取为： 7， 华北电力人学硕十学位论文 腰负荷为： 这时取 毛= 石1 0 0 丽0 0 xu uv j斗 么伊= 1 0 8 3 + j 9 5 3 ( q ) ( 2 1 ) 乙。= 2 毛2 2 + j 2 0 ( f 2 ) z m 沪 乙扣啦l 对母线端，每回线可化简为图2 4 所示的等效网络： r t ，i4 , j 广j 认八厂一一一， c l ，i 2 z m i 。 图2 - 4 一回线简化图 表l 某变电站一日1 0 k v 出线参数 王自b 变电站代表日报( 2 ) ( 2 - 2 ) ( 2 3 ) 时0 3 03 ：0 3；03 0310 4 ： ：0 41d 4 0 3 ：0 3 0 3 f；0 3 ；0 4 ：0 4 0 4 1分头e叠头住置电容器 问未投 aa未投aaaaaa aaaaa 1 # b2 # b1 口捕 1 03 7401 6 42 73 97 25 602 l1 552 3 0 1 2 4 83 13 2 03 4404 4 02 63 7 6 6 4 9 01 81 752 1 81 3 5 83 22 3 o3 1401 6 3 2 33 46 34 601 81 352 2 21 1 9 8 3 2 3 4 03 4407 72 13 66 54 601 71 45”21 3 3 83 23 5 03 55o1 5 52 03 56 5日702 51 45 1 7 41 q o 83 13 6 04 1507 92 34 1 7 35 l02 51 881 9 21 4 6 83 23 7 05 6602 2 0 3 4 6 01 0 l 5 303 l2 01 22 7 22 0 1 83 22 8 05 2607 73 75 89 85 902 82 01 32 6 31 9 2 83 22 9 04 91 209 14 87 49 86 0 02 91 91 43 1 82 2 0 83 23 1 0 04 4l l05 04 56 79 5 6 102 72 31 33 5 62 2 7 83 2 2 l l 05 7l l07 84 77 31 0 26 403 32 01 23 7 7 2 4 5 83 22 1 2 07 2702 3 54 28 21 1 t6 803 62 21 23 9 72 5 2 83 22 1 3 05 l502 0 53 16 38 85 603 0 1 61 12 9 52 0 1 83 22 1 4 03 9404 9 64 05 88 65 302 91 593 1 71 8 5 83 2 3 1 5 04 1603 7 03 96 18 84 902 81 683 4 21 8 9 83 23 1 6 04 0701 0 04 56 18 25 402 91 8 83 7 51 9 3 83 22 1 7 05 2607 64 96 1 ：8 9 5 60 3 91 683 8 12 1 3 83 23 1 8 0 6 28o1 4 24 77 5l l l6 4o4 62 0t= 1 2 62 4 8 83 2 3 1 9 08 31 204 2 45 49 91 5 09 904 12 68 4 5 22 8 9 83 23 2 0 08 91 307 45 39 41 4 79 305 l1 9 83 8 12 7 2 83 23 2 l 0珏 l l o 5 15 39 11 4 48 705 02 273 6 92 5 2 83 22 2 2 07 4902 1 04 47 91 3 0, 8 004 31 993 3 32 0 8 83 23 2 3 o5 7705 1 43 56 01 0 56 502 71 77 2 6 91 6 2 83 22 2 4 83 04 9t08 02 9 4 98 06 6o2 31 442 3 71 4 8 23 最大1 0 8 9 1 305 1 45 49 91 5 09 905 12 61 44 5 22 8 9 23 最叶、自l0 3 1405 02 03 46 34 6o1 7 1 341 7 21 1 9l2 平均自10 5 5801 8 93 96 41 0 06 40 3 21 893 1 52 0 223 8 华北电力人学硕十学位论文 表2 某变电站2 4 小时负荷统计 电压( v )电流( a ) 功率冈数 有功功率( k w ) 时间 a 相b 相c 相 a 相 b 相 c 相i o a 相 b 相 c 相 a 相 b 相c 相 0 0 ：0 0 2 3 8 62 2 7 6 2 3 7 32 0 4 32 3 1 2 2 0 4 65 7 20 4 9 00 9 8 70 9 9 82 3 8 95 1 9 4 4 8 4 5 0 l ：0 02 3 8 3 2 2 6 7 2 3 7 6 2 0 0 7 2 4 1 02 0 1 1 2 7 70 4 7 7 0 9 8 60 9 9 82 2 8 l5 3 8 74 7 6 9 0 2 ：0 02 3 9 5 2 2 6 5 2 3 7 52 0 5 02 3 2 5 2 0 5 31 3 20 4 7 00 9 8 4 0 9 9 92 3 0 85 1 8 2 4 8 7 1 0 3 ：0 02 3 8 8 2 2 7 2 2 3 6 6 2 0 0 6 2 2 0 8 2 0 0 93 3 60 4 7 l0 9 8 2 0 9 9 9 2 2 5 6 4 9 2 6 4 7 4 9 0 4 ：0 02 3 7 8 2 2 8 5 2 3 4 71 9 8 52 1 1 71 9 8 92 90 4 7 20 9 7 7 0 9 9 9 2 2 2 8 4 7 2 6 4 6 6 4 0 5 ：0 02 3 8 3 2 2 8 72 3 5 1 1 9 8 22 0 5 81 9 8 51 2 70 4 7 20 9 8 2 0 9 9 92 2 2 9 4 6 2 2 4 6 6 2 0 6 ：0 02 3 7 9 2 2 8 6 2 3 4 91 9 2 0 2 0 6 21 9 2 3 4 o0 4 8 40 9 8 30 9 9 92 2 1 l4 6 3 44 5 1 3 0 7 ：0 02 3 8 3 2 2 7 4 2 3 4 3 2 0 8 72 1 3 12 0 9 01 7 70 5 1 30 9 8 60 9 9 7 2 5 5 l 4 7 7 84 8 8 2 0 8 ：0 02 3 9 2 2 2 9 72 3 6 1 1 8 0 1 1 8 5 6 1 8 0 48 10 5 0 40 9 8 90 9 9 7 2 1 7 l4 2 1 6 4 2 4 6 0 9 ：0 02 3 8 4 2 2 5 6 2 3 7 92 4 2 32 8 5 6 2 4 2 64 7 30 5 l o0 9 8 80 9 9 52 9 4 66 3 6 6 5 7 4 3 1 0 ：0 0 2 3 4 02 2 5 2 2 3 7 4 2 6 3 8 3 3 8 3 2 6 4 2 7 0 20 5 7 90 9 8 7 0 9 8 7 3 5 7 47 5 1 96 1 9 l l l ：0 0 2 3 4 3 2 2 2 02 3 7 12 7 7 8 3 5 0 42 7 8 16 0 70 5 7 l0 9 8 7 0 9 8 7 3 7 1 7 7 6 7 8 6 5 0 8 1 2 ：0 0 2 3 1 4 2 2 0 6 2 3 5 02 6 0 03 4 1 9 2 6 0 3 4 3 40 5 6 50 9 8 70 9 8 93 3 9 9 7 4 4 4 6 0 5 0 1 3 ：0 0 2 3 6 8 2 2 2 3 2 3 2 8 2 6 0 5 2 8 5 2 2 6 0 8l8 90 5 2 70 9 8 5 0 9 9 4 3 2 5 l 6 2 4 5 6 0 3 5 1 4 ：0 0 2 3 7 7 2 2 1 8 2 3 2 82 6 7 92 9 6 4 2 6 8 33 8 5o 5 1 80 9 8 40 9 9 43 2 9 9 6 4 6 9 6 2 0 9 1 5 ：0 02 3 1 12 1 3 6 2 3 0 2 2 8 2 3 3 4 2 8 2 8 2 76 6 50 5 2 90 9 8 9o 9 9 l 3 4 5 l7 2 4 2 6 4 4 9 1 6 ：0 02 3 1 o2 1 7 2 2 3 3 52 8 1 63 6 9 12 8 1 97 8 20 5 4 70 9 8 8 0 9 8 9 3 5 5 87 9 2 l6 5 1 0 1 7 ：0 02 3 1 42 1 3 42 3 4 52 8 9 8 3 9 7 22 9 0 11 3 5 70 5 2 8 0 9 8 70 9 8 93 5 4 l8 3 6 6 6 7 2 8 1 8 ：0 02 3 0 92 1 5 7 2 3 4 4 2 6 0 7 3 5 0 82 6 1 15 70 5 1 30 9 8 6 0 9 9 3 3 0 8 87 4 6 l6 0 7 7 1 9 ：0 0 2 3 5 9 2 2 1 3 2 3 0 52 4 4 22 5 6 0 2 4 4 41 6 60 4 9 l0 9 8 60 9 9 7 2 8 2 8 5 5 8 6 5 6 1 7 2 0 ：0 02 3 4 9 2 2 3 2 2 2 9 92 4 3 42 5 3 4 2 4 3 82 6 4o 5 3 l0 9 8 7 0 9 9 5 3 0 3 6 5 5 8 2 5 5 7 7 2 1 ：0 02 3 5 0 2 2 6 4 2 3 3 6 2 3 7 5 2 6 4 8 2 3 7 78 50 5 4 50 9 8 5 0 9 9 5 3 0 4 2 5 9 0 5 5 5 2 5 2 2 ：0 02 3 7 22 2 6 32 3 4 22 2 9 72 4 9 82 3 0 02 40 5 2 00 9 8 00 9 9 7 2 8 3 3 5 5 4 0 5 3 7 0 2 3 ：0 02 3 6 3 2 2 5 8 2 2 9 4 2 3 4 8 2 2 3 4 2 3 5 2 1 2 70 5 3 70 9 8 l0 9 9 6 2 9 7 94 9 4 95 3 7 4 9 坐! ! 坐垄叁堂堡圭堂堡笙窒 一 设母线的负荷率为9 0 ，设总回线数为n ，定义运行的回线数为n m ，即为0 9 n 的最小整数。 发母线端第一个分支电容后的输入阻抗为z f l ，则： 上：挚 !一 z ，。台( r i + j t o 厶) l k 。+ z i 2 i 设每回线第一个分支电容后的f 序输入阻抗的为： 乙= 挈 则输入阻抗的平均值为： 弘瓷= 紫，卧z ；i l r 设“= z ：( 峰、腰、谷分别讨论) 每段采用了刀等效电路和分段 2 4 华北电力人学硕十学位论文 采用级联的处理方法。 i n z b 叫一茹一搿嘲 浯3 6 ， 第一分支负载处的负载电流为吒l = 厂u i 阱 幽磁+ 净础一z c t 2 s h r l 2 乞 一去毗2 卜百1 毗2 乞c 乞 第二分支负载处的负载电流为i l 2 - 厶u 工2 i 阱 幽乃3 厶+ 瓦z c lj 疗, 如一2 c 1 3 s h y l 3 如 一瓦1 咖，厶一去幽瞄c h 7 1 3 如 ( 2 - 3 7 ) ( 2 - 3 8 ) 第三分支负载处的负载电流为厶3 ：争 6 3 下面以典型参数实例的形式研究不同负荷下各段的传输特性。某三段分支线如 图2 - 2 9 所示。图2 2 9 中各段的j 下序参数如表4 ，各分支负载的功率因数c o s 够= 0 7 5 ( 感性) ，对峰、腰、谷负荷z 厶= ( 4 3 3 + 0 115 s ) k ，z ：2 = ( 2 1 7 + 0 0 5 7 s ) k ， z ：，= ( 4 3 3 + 0 1 , 5 s ) k ，峰负荷021 ；腰负荷0 2 0 5 ，谷负简0 2 0 1 。 2 5 华北电力人学硕十学位论文 乇l f 乙l ，6 2 ：；乙2 1 ! 。2 图2 - 2 9 二三回线示意图 表4 三回线实际参数 ，3 乙3 参数最大电流长度电阻电感电容 线路 ( a )( k m )( q k m )( m h k m )( u f k m ) 4 0 082 1 84 2 20 0 3 乞 3 0 01 02 94 2o 0 3 毛 1 0 068 54 oo 0 3 乞1 1 0 058 54 00 0 3 乞2 2 0 044 3 64 0 50 0 3 其帆，= 瓜了调，乙。，= ( j = 1 ，2 , 3 ，b i ，b 2 ) 将参数带入得，由于配网各分支线路较短( 1 3 0k m ) ，双曲函数可以展成t a y l o r 级 数，前述各公式均可化简，u 3 u ：和，1 ：的频率特性如图2 - 3 0 医 2 - 3 1 所示。 图2 3 0u ，u ：和，3 i ：的幅频特性 2 6 华北电力大学硕十学位论文 纂= 曩的出电压和电矗与4 的出电压相电矗比t 的柑特性 图2 3 1 u 叫和厶_ 的相频特性 从图2 3 0 图2 3 l 可以看出我国配网下行传输通道只能采用电压信号的形式 传输，而电流的幅值很小不能传输信号。这是我国配网高压母线出线多和补偿电容 大的特点决定的。配网高压母线出线多和补偿电容大造成了母线处的等效阻抗很 小，因而每回出线的分流很小，几乎为零。 从图2 3 0 图2 3 1 的幅频特性可以看出下行传输通道对负载的峰、腰、谷变 化趋势一致。在2 0 0 h z - - 一7 0 0 h z 频段范围内，低频衰减大，高频衰减小：谷最大， 腰次之，峰最小。在2 0 0 h z 7 0 0 h z 频段内，最小电压不小于输入电压的5 0 。 从图2 3 0 图2 - 3 l 的相频特性可以看出，在1 0 0 h z - 7 0 0 h z 频段内，传输通道 的相移很小，这对下行信号的检波十分有力。但当频率大于9 0 0 h z 时，传输通道的 ” 相移大于1 5 0 0 ( 等) ，因此无论采用加窗抗干扰还是检测均应小于9 0 0 h z 。 6 由于双向工频通信的特殊检波方式的要求，下行信号传输通道的相频特性比幅 频特性更重要，一般只能首选相频特性的相移较小的特征频带。若产生的下行信号 的频带落在传输特性的有效频带范围之外，可以通过控制措施改变下行调制信号的 频带，而传输通道是整个配网，只能以它为基准，很难对它进行控制或补偿。 2 7 华北电力大学硕士学位论文 第三章上行信号的调制和传输 3 1 上行信号的调制情况 上行信号利用电流基波波形的畸变来传送信息在电力线上产生一个突变的电 流，该电流叠加在负载电流上，该突变电流即是调制的上行信号调制上行信号的 等效电路下图，上行信号的调制在远程用户端实现，用户端电压较低( 3 8 0 2 2 0v ) ， 可直接在电力线上进行调制。在电压基波过零点前约2 0 3 0 度开通可控硅，l 上将 会产生瞬间电流f 叠加在负载电流上，当f 的值等于零时，可控硅关断，即完成 一次输入信号的调制口引 系统电源- ”、，： 负 荷 一一 一 一一 ! 负 荷 ! 、一一 “i ， 。、。 2 r 厶 t 一 风厶一 华北电力大学硕十学位论文 舯社丽( l r l + i l j ) l 山耵( l r o + 3 丽5 l l i ) l _ = 2 譬篙箦掣 r o ：( 刍! ! ：! 丝z 垒竺! 垒! ：! ：! 堡! ! ( 0 0 + 3 5 ，厶+ l ) 2 纠 墨 厶 0 1 c l + c o 卧 ：厂：一i f一、 l ，7 、 j ；三卜、_i、：，：，_，。1 棚、 ，7 j 。i 、一7 j o l 厶 o o o g c l + c o 卜u o ( 3 - 2 ) l 眈埘j 图3 - 6 不同配电电缆截面积下下图3 - 5 网络的( f ) 波形图 上行调制回路简化模型 根据以上分析研究和典型参数的仿真计算，调制回路可以简化为图3 7 所示 的一阶系统。 r 。 乙 u 渊l 图3 - 7 一阶电路等效图 其吣2 号一+ ( r 。+ 3 5 f 厶) 2r + l 2 ( r ，。+ 3 5 i r j ) 3 l ( r 。+ 3 5 以+ ) 2 ( 3 - 3 ) 上厶厶o o 鱼厶l 心 一 一q 华北电力大学硕士学位论文 t = 2 丽( l t , + 1 1 1 ) l 。( l r o + 3 5 l 厶) l 厶o + 3 5 崛+ l 当系统负荷丌路时r e = 2 辟。+ 2 崛+ 辟o + 佩，t = 2 。+ 2 如+ o + ( 3 - 4 ) 尺p t 罢一 f ( f ) ：彳e 一：+ i p ( f ) ip(t)=一了露霉丽uout c 。s ( 缈，+ 等一秒) c 3 7 ， 其中：秒：以陀留等这里：2万厂：，。万，f=惫，彳：二搿4rr_01， m，：等掣p一一一,f2u,cos(tot+4n3-0) 8 ， 。 柚 1 o t 。! 棚 1 s 3 1 m t 喧西s h 嵋，哪6 哥一铲e 电撕 ， oo 嘲0 0 0 4o a o 们o 20 a 1 0 0 1 60 0 1 0o 冉 譬哪，v 电蠢辜 时口k 砷j ：呼一p 曩e 蔓 o - 一一 ，一、 - - “：o mo 面mo 函a 厶。品。讪o “o 丽 瞻 图3 - 8 不同配电电缆截面积下图3 7 网络的f ( f ) 波形图 3 2 华北电力人学硕十学位论文 3 1 2 上行信号的频谱分析 工k 【j 。萏j h u 莎叭碍芋q 4 匦20 0 8 f ，塑0 、1u i _ 二 1 “弘卜d 。弘叫嘞2 丽巍南 m 9 ， 一生：煎坐虬k。