中压电力线通信关键技术研究

【摘要】近年来我国智能配电网发展迅速,对通信平台也提出了越来越高的要求。鉴于我国配电网覆盖面广、结构复杂的特点,需要因地制宜地选取合适的通信技术。其中,中压电力线通信技术具有自身独特的优势和广阔的应用前景,同时也面临着诸多技术难点需要进一步完善和解决。本文结合国家自然科学基金面上项目“面向智能电网的中压电力线通信关键技术研究”(61172075),重点研究了中压电力线信道模型和相关通信技术,在此基础上,设计实现了基于中压电力线通信的馈线自动化系统。本文主要研究成果如下：1.基于多导体传输线理论建立了中压三相架空电力线路的传输和输入阻抗模型。结合典型的线路结构分析了各模量信号在三相线路上的传播特性,指出了Clarke矩阵在整个频段内可以作为相模变换矩阵,降低了信道建模的难度。分析了相地和相相输入阻抗的特性。提出了一段均匀三相线路在相地和相相耦合方式下传输衰减的简化计算公式,揭示了不同模量间相互耦合的规律,得出了相相耦合方式下终端匹配电阻的计算方法。2.基于对多台配电变压器的测量数据,分析了电力线通信频段内变压器高压端口的阻抗特性。利用其输入阻抗矩阵的对称性,提出了一种简化的变压器端口建模方法。3.建立了中压电力线通信信道的整体模型。典型现场实测的阻抗和衰减数据证明了模型的正确性。分析了主要模型参数对建模结果的影响,进一步简化了模型的复杂度。建立了中压电力线路输入阻抗的宽频宏模型,可以用于实验室环境下研究阻抗匹配电路的设计。4.基于直接优化法和简化实频法提出了中压电力线路宽带阻抗匹配的方法,利用这些方法可以有效地提高注入电力线的信号功率。设计了基于锁相放大器的电力线阻抗在线测量系统,具有较强噪声抑制能力,并同时测量阻抗的实部和虚部。为了验证阻抗匹配的效果,设计了通过测量直流电源供给功放的电流,从而间接检测功放输出电流的方案。5.设计了基于10kV一体化智能柱上开关的馈线自动化系统,并首次应用于配电网。分析了其中具有自主知识产权的电力线通信、测控和保护等关键技术。为了应对电力线通信信道的恶劣环境,提出了一种自适应通道选择策略,设计了相应的通信规约。结合某实际馈线自动化系统的运行情况,证明了中压电力线通信技术可以为配电自动化系统提供稳定可靠的通信服务。根据系统的通信信号强度数据,分析了信道衰减和噪声的一般规律,总结了中压电力线路的信道特性,进一步验证了建模方法的可行性,这些数据可以为相关科研工作者提供设计帮助。
【作者】郭以贺；
【导师】石新春；谢志远；
【作者基本信息】华北电力大学，电力电子与电力传动，2014，博士
【关键词】中压电力线通信；变压器模型；信道模型；阻抗匹配；通道自适应；馈线自动化；

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