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一種能跨變壓器臺區的電力遠程抄表系統
更新時間:2020-10-04 發布:www.601886.tw

電力系統自動抄表是電能營運部門用電經管自動化的重要手段。電力線網絡是一個普遍存在的網絡,哄騙它作為傳輸配用電數據長短常利便的?缱儔浩髋_區電力遠程抄表系統采用工頻過零調制、匹配濾波、糾錯編碼技術,哄騙現有10kV/220V配電網實現無中繼、無橋接裝備、跨變壓器臺區、在分歧電壓品級之間的遠程自動抄表。這類抄表系統是一種分歧于傳統電力線載波抄表的新型技術,它不存在配電網載波抄表中的多徑干擾與通訊盲點問題,調制旌旗燈號的頻率僅為幾百赫茲,可以隨電網遠距離跨變壓器臺區傳輸。

今朝,電力系統自動抄表主要方式有:485總線、無線、紅外、普通電力載波、擴頻電力載波、零相超窄帶(TURTLE)、超窄帶極低頻(UNB)及工頻過零調制(PFC)跨變壓器臺區方式等。其中,工頻過零調制遠程抄表以其怪異的旌旗燈號傳輸原理,可以完成以配電網絡為旌旗燈號傳輸前言,跨變壓器臺區遠程自動抄表。這類抄表系統的年夜特點是:系統實施簡單,旌旗燈號抗干擾能力強,可實現跨配電變壓器的遠距離數據傳輸[1]。
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1系統組成

圖1所示為跨變壓器臺區遠程自動抄表系統方框圖。該自動抄表系統由系統主站與收集模塊兩部門組成。系統主站位于二次變電所,完成遠方收集模塊的電能表數據抄收,并能上傳數據至用電經管部門。收集模塊位于用戶電能表,負責電能表脈沖數的累計,能按主站飭令經由過程電力線網絡上傳數據。這類抄表系統以配電網10kV及220V電力線路為通訊介,在用戶變壓器四周不需要增加任何附加裝備,對配電網絡沒有特殊的要求,既適合排擠電纜,也可用于地下線路。

跨變壓器臺區自動抄表系統以半雙工方式工作,旌旗燈號分為下行旌旗燈號與上行旌旗燈號兩部門。下行旌旗燈號為電壓調制方式,以電壓過零點附件電壓微弱畸變來暗示信息,傳輸標的目的從系統主站到遠端收集模塊,代表系統主站的抄表飭令;上行旌旗燈號為電流調制方式,以電壓過零點附件電流脈沖來暗示信息,傳輸標的目的從收集模塊到系統主站,代表電表數據。

系統遠程秒表進程以下:在變電所主站中央處置系統的指令下,經由過程系統主站下行旌旗燈號調制系統觸發主站調制變壓器,將主站飭令以電壓旌旗燈號的形式耦合到10kV母線,下行電壓調制旌旗燈號隨母線電壓經10kV/400V用戶配電變壓器傳輸至千家萬戶,主站飭令的發送到廣播方式,所有在220V同相電壓的收集模塊都可收到旌旗燈號。收集模塊收到旌旗燈號后,進行地址匹配,合適地址要求的模塊返回上行旌旗燈號。在收集模塊觸發系統的作用下,以瞬間電流脈沖變化實現了行旌旗燈號的發送。上行電流旌旗燈號是終必然會在10kV母線電流互感器上有所體現。主站旌旗燈號收集處置系統從變電所10kV電流互感器上完成上行旌旗燈號的檢測,以上是完成電表數據抄收的全進程。
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2旌旗燈號調制原理

跨變壓器臺區自動抄表系統旌旗燈號耦合采用基波工頻過零調制方式,以過零點四周電網波形的微弱畸變來暗示信息[2]。圖2(a)所示為下行電壓調制旌旗燈號示意圖。經由過程主站調制變壓器的作用,在二次變電后母線電壓過零點四周發生瞬間脈沖電流ic,由于主變的等漏感對該脈沖電流的阻礙,形成了下行電壓調制旌旗燈號emod,emod與ic有90°的相位差。圖2(b)中emod與母線電壓的疊加使其在過零點前30°四周發生幅值畸變,反映在時間軸上,暗示為Δt1Δt2。理想的工頻通訊電壓調制旌旗燈號是一個周期的正弦波形emod,延續時間2~3ms,但由于主變待參數中阻性成份的作用,再加調制旌旗燈號在系統中的響應,現實的調制旌旗燈號為衰減的振蕩旌旗燈號,延續時間不會跨越一個電壓周期,這樣,可以用接連的兩個電壓周期定主一位下行旌旗燈號。若調制旌旗燈號疊加在第1個周期電壓過零點四周,暗示下行旌旗燈號的bit“0”,那末調制旌旗燈號疊加在第2個周期暗示下行電壓旌旗燈號的bit“1”。過零調制旌旗燈號的半功率點頻率范圍為200~600Hz。配電網的重要功能是輸送50Hz電力旌旗燈號,電網的各次諧波也很容量沿配電網跨變壓器傳輸,這里恰好有用地運用了電網的諧波頻段,F場測試證實;過零調制旌旗燈號跨變壓器傳輸可達40km以上。

3旌旗燈號檢測原理

跨變壓器臺區電力通訊中旌旗燈號的檢測是一種年夜布景下小旌旗燈號的檢測。以主站上行電流旌旗燈號的檢測為例,若收集模塊在電壓過零四周調制一個50A的峰值電流旌旗燈號脈沖(對應電壓過零點瞬間功率很。,該電流折算到10kV母線上是50×220/10000=1.10A。而作為一個中型變電所其母線(10kV/傳輸母線)上的電流年夜概是1000A左右,布景旌旗燈號與上行電流旌旗燈號的比值接的1000:1。顯然要準確地檢測出有用旌旗燈號是相當難度的,這里完全沒有斟酌旌旗燈號的衰減情況。下行電壓旌旗燈號過零點四周電壓畸變率不到0.5。檢測進程中的一項重要使命是布景旌旗燈號的往除。這里需要判別調制旌旗燈號的有無,對換制旌旗燈號自己的年夜小和外形并沒有過量要求。為了檢測跨臺區抄表系統中的調制旌旗燈號,需對所采數據預處置。預處置采用數字差分技術(Digitaldifferencetechnique)。
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3.1數字差分

數字差分是用前的采樣值與當前的采樣值進行差運算。如圖3所示,可以用方程(1)描寫:

d(t1)=F(t1)-F(t1-T)(1)

若是,F(t)=A1Sin(ω1t),T是電力旌旗燈號周期,當無調制旌旗燈號時,d(t1)=0。從這個成可以看出,由式(1)所描寫的數字差分技術運用到具有穩定周期的周期旌旗燈號時,其差分成恒等于零。這類方式,很容易實現下行旌旗燈號的布景消除。同時可以削弱電網中整數次諧波旌旗燈號的影響。

圖3對應下行旌旗燈號的bit“0”,調制旌旗燈號emod疊加在周期的電壓過零點,使其電壓微弱形變,顯然差分的成d(t1)=emod。但由于各類家用電器的影響及電力負載開關的切換,再加上電網中的各類非整次諧波的干擾,數字差分所得emod往往淹沿在噪聲中,影響抄表成功率。

跨變壓器臺區自動抄表系統中調制旌旗燈號的波形特征已知,抄表進程中僅僅需要判別在電壓過零點附過近有無旌旗燈號,這是一種基于先驗常識的旌旗燈號檢測,可以采用匹配濾波技術。

3.2匹配濾波

對于單頻率的周期旌旗燈號,窄帶濾波器可以使輸出濾波器的信噪比年夜年夜提高。但對于非周期旌旗燈號,窄帶濾波器紛歧定是好的。對于肯定的輸進旌旗燈號s(t),可以設計一定是好的。對于肯定的輸進旌旗燈號s(t),可以設計一種匹配于待測旌旗燈號的濾波器,這是匹配濾波器。理論證實,當讓加性白噪聲與旌旗燈號經由過程匹配濾波器時,濾波器輸出信噪比到達年夜。匹配濾波器脈沖響應函數與待測旌旗燈號s(t)成徑向對稱,即h(t)=ks(t-t0)。這里,h(t)是濾波器系統函數,k為系統增益,t0是待測旌旗燈號待續時間。令暗示調制旌旗燈號的功率,白噪聲的功率譜密度為N0/2,那末由匹配濾波原理可推出:輸出信噪比?梢,增加跨臺區自動抄表系統調制旌旗燈號的延續時間以提多發送旌旗燈號的功率有益于接收端旌旗燈號的檢測。匹配濾波器在時域上同等于相互關,實現起來更容易,而且相互關運算與卷積運算只有符號的差異,可以采用FFT快速算法實時處置數據[3,4]。

收集模塊與主站劃分采用分歧的方式獲得相互關數據。對于收集模塊而言,可以在用戶端采樣,多周期同步累加往除干擾測得主站調制的下行旌旗燈號數據,該數據存儲于收集模塊存儲器中用于匹配濾波;對于主站而言,由于分歧的收集模塊有很年夜的渙散性(元器件、安裝位置),不能采用統一濾波常數。收集模塊所發送上行旌旗燈號前面有前導位,用于主站肯定收集旌旗燈號的窗口位置,同時自順應地調整匹配濾波器的參數。

3.3過失控制編碼技術

配電網的主要功能是傳輸電路,其實不是為電力通訊設計,旌旗燈號傳輸進程中會遇到各類干擾。其中,影響年夜的是電網中的脈沖噪聲。脈沖噪聲具有瞬間、高能量、籠蓋頻率范圍廣的特點。當抄表系統被脈沖噪聲干擾時,前面幾種旌旗燈號處置法子均無能為力,需借助糾錯編碼技術。所謂糾錯編碼,也叫過失控制編碼。其基本實現方式是在發送端將被傳輸的信息碼元附上一些監視碼元,這些過剩的碼元與信息碼位之間有某種肯定的約束劃定規矩(由生成多項式肯定)。接收端依照既定的劃定規矩校驗信息碼元與監視碼元之間的關系,一旦傳輸發生過失,則信息碼元與監視碼元的關系遭到破壞,從而接收端可以發現毛病甚至糾正毛病[6]。漢明碼是常見的過失控制編碼。本通訊系統采用內嵌校驗和的(63,51)BCH碼。該碼具有較強的抗干擾能力,可以糾正數據傳輸進程中的1位及2位毛病,對于3位及3位以上毛病能夠給犯錯誤標志。抄表系統可憑據標志位重發抄表飭令。

跨變壓器臺遠程自動抄表系統,采用怪異的旌旗燈號調制及旌旗燈號檢測方式,是一種適合城鄉配電網的自動抄表系統。今朝,該系統已由哈爾濱工年夜學與黑龍江電力公司合作研究成功,并進進實用階段,于2001年10月經由過程電力科學院檢測中心型式實驗,檢測號:(配用電)榆字2001第077號。

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