| 一种能跨变压器台区的电力远程抄表系统 |
| 更新时间：2020-10-04 发布：www.1024sj.com |
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电力系统自动抄表是电能营运部门用电经管自动化的重要手段。电力线网络是一个普遍存在的网络，哄骗它作为传输配用电数据长短常利便的。跨变压器台区电力远程抄表系统采用工频过零调制、匹配滤波、纠错编码技术，哄骗现有10kV/220V配电网实现无中继、无桥接装备、跨变压器台区、在分歧电压品级之间的远程自动抄表。这类抄表系统是一种分歧于传统电力线载波抄表的新型技术，它不存在配电网载波抄表中的多径干扰与通讯盲点问题，调制旌旗灯号的频率仅为几百赫兹，可以随电网远距离跨变压器台区传输。今朝，电力系统自动抄表主要方式有：485总线、无线、红外、普通电力载波、扩频电力载波、零相超窄带（TURTLE）、超窄带极低频（UNB）及工频过零调制（PFC）跨变压器台区方式等。其中，工频过零调制远程抄表以其怪异的旌旗灯号传输原理，可以完成以配电网络为旌旗灯号传输前言，跨变压器台区远程自动抄表。这类抄表系统的年夜特点是：系统实施简单，旌旗灯号抗干扰能力强，可实现跨配电变压器的远距离数据传输[1]。
600)this.width=600" border=0>1系统组成图1所示为跨变压器台区远程自动抄表系统方框图。该自动抄表系统由系统主站与收集模块两部门组成。系统主站位于二次变电所，完成远方收集模块的电能表数据抄收，并能上传数据至用电经管部门。收集模块位于用户电能表，负责电能表脉冲数的累计，能按主站饬令经由过程电力线网络上传数据。这类抄表系统以配电网10kV及220V电力线路为通讯介，在用户变压器四周不需要增加任何附加装备，对配电网络没有特殊的要求，既适合排挤电缆，也可用于地下线路。跨变压器台区自动抄表系统以半双工方式工作，旌旗灯号分为下行旌旗灯号与上行旌旗灯号两部门。下行旌旗灯号为电压调制方式，以电压过零点附件电压微弱畸变来暗示信息，传输标的目的从系统主站到远端收集模块，代表系统主站的抄表饬令；上行旌旗灯号为电流调制方式，以电压过零点附件电流脉冲来暗示信息，传输标的目的从收集模块到系统主站，代表电表数据。系统远程秒表进程以下：在变电所主站中央处置系统的指令下，经由过程系统主站下行旌旗灯号调制系统触发主站调制变压器，将主站饬令以电压旌旗灯号的形式耦合到10kV母线，下行电压调制旌旗灯号随母线电压经10kV/400V用户配电变压器传输至千家万户，主站饬令的发送到广播方式，所有在220V同相电压的收集模块都可收到旌旗灯号。收集模块收到旌旗灯号后，进行地址匹配，合适地址要求的模块返回上行旌旗灯号。在收集模块触发系统的作用下，以瞬间电流脉冲变化实现了行旌旗灯号的发送。上行电流旌旗灯号是终必然会在10kV母线电流互感器上有所体现。主站旌旗灯号收集处置系统从变电所10kV电流互感器上完成上行旌旗灯号的检测，以上是完成电表数据抄收的全进程。
600)this.width=600" border=0>2旌旗灯号调制原理跨变压器台区自动抄表系统旌旗灯号耦合采用基波工频过零调制方式，以过零点四周电网波形的微弱畸变来暗示信息[2]。图2（a）所示为下行电压调制旌旗灯号示意图。经由过程主站调制变压器的作用，在二次变电后母线电压过零点四周发生瞬间脉冲电流ic，由于主变的等漏感对该脉冲电流的阻碍，形成了下行电压调制旌旗灯号emod，emod与ic有90°的相位差。图2(b)中emod与母线电压的叠加使其在过零点前30°四周发生幅值畸变，反映在时间轴上，暗示为Δt1和Δt2。理想的工频通讯电压调制旌旗灯号是一个周期的正弦波形emod，延续时间2～3ms，但由于主变待参数中阻性成份的作用，再加调制旌旗灯号在系统中的响应，现实的调制旌旗灯号为衰减的振荡旌旗灯号，延续时间不会跨越一个电压周期，这样，可以用接连的两个电压周期定主一位下行旌旗灯号。若调制旌旗灯号叠加在第1个周期电压过零点四周，暗示下行旌旗灯号的bit“0”，那末调制旌旗灯号叠加在第2个周期暗示下行电压旌旗灯号的bit“1”。过零调制旌旗灯号的半功率点频率范围为200～600Hz。配电网的重要功能是输送50Hz电力旌旗灯号，电网的各次谐波也很容量沿配电网跨变压器传输，这里恰好有用地运用了电网的谐波频段。现场测试证实；过零调制旌旗灯号跨变压器传输可达40km以上。3旌旗灯号检测原理跨变压器台区电力通讯中旌旗灯号的检测是一种年夜布景下小旌旗灯号的检测。以主站上行电流旌旗灯号的检测为例，若收集模块在电压过零四周调制一个50A的峰值电流旌旗灯号脉冲（对应电压过零点瞬间功率很小），该电流折算到10kV母线上是50×220/10000=1.10A。而作为一个中型变电所其母线（10kV/传输母线）上的电流年夜概是1000A左右，布景旌旗灯号与上行电流旌旗灯号的比值接的1000：1。显然要准确地检测出有用旌旗灯号是相当难度的，这里完全没有斟酌旌旗灯号的衰减情况。下行电压旌旗灯号过零点四周电压畸变率不到0.5。检测进程中的一项重要使命是布景旌旗灯号的往除。这里需要判别调制旌旗灯号的有无，对换制旌旗灯号自己的年夜小和外形并没有过量要求。为了检测跨台区抄表系统中的调制旌旗灯号，需对所采数据预处置。预处置采用数字差分技术（Digitaldifferencetechnique）。
600)this.width=600" border=0>3.1数字差分数字差分是用前的采样值与当前的采样值进行差运算。如图3所示，可以用方程（1）描写：d(t1)=F(t1)-F(t1-T)（1）若是，F（t）=A1Sin(ω1t),T是电力旌旗灯号周期，当无调制旌旗灯号时，d(t1)=0。从这个成可以看出，由式（1）所描写的数字差分技术运用到具有稳定周期的周期旌旗灯号时，其差分成恒等于零。这类方式，很容易实现下行旌旗灯号的布景消除。同时可以削弱电网中整数次谐波旌旗灯号的影响。图3对应下行旌旗灯号的bit“0”，调制旌旗灯号emod叠加在周期的电压过零点，使其电压微弱形变，显然差分的成d(t1)=emod。但由于各类家用电器的影响及电力负载开关的切换，再加上电网中的各类非整次谐波的干扰，数字差分所得emod往往淹沿在噪声中，影响抄表成功率。跨变压器台区自动抄表系统中调制旌旗灯号的波形特征已知，抄表进程中仅仅需要判别在电压过零点附过近有无旌旗灯号，这是一种基于先验常识的旌旗灯号检测，可以采用匹配滤波技术。3.2匹配滤波对于单频率的周期旌旗灯号，窄带滤波器可以使输出滤波器的信噪比年夜年夜提高。但对于非周期旌旗灯号，窄带滤波器纷歧定是好的。对于肯定的输进旌旗灯号s(t)，可以设计一定是好的。对于肯定的输进旌旗灯号s(t)，可以设计一种匹配于待测旌旗灯号的滤波器，这是匹配滤波器。理论证实，当让加性白噪声与旌旗灯号经由过程匹配滤波器时，滤波器输出信噪比到达年夜。匹配滤波器脉冲响应函数与待测旌旗灯号s(t)成径向对称，即h(t)=ks（t-t0）。这里，h(t)是滤波器系统函数，k为系统增益，t0是待测旌旗灯号待续时间。令暗示调制旌旗灯号的功率，白噪声的功率谱密度为N0/2，那末由匹配滤波原理可推出：输出信噪比。可见，增加跨台区自动抄表系统调制旌旗灯号的延续时间以提多发送旌旗灯号的功率有益于接收端旌旗灯号的检测。匹配滤波器在时域上同等于相互关，实现起来更容易，而且相互关运算与卷积运算只有符号的差异，可以采用FFT快速算法实时处置数据[3,4]。收集模块与主站划分采用分歧的方式获得相互关数据。对于收集模块而言，可以在用户端采样，多周期同步累加往除干扰测得主站调制的下行旌旗灯号数据，该数据存储于收集模块存储器中用于匹配滤波；对于主站而言，由于分歧的收集模块有很年夜的涣散性（元器件、安装位置），不能采用统一滤波常数。收集模块所发送上行旌旗灯号前面有前导位，用于主站肯定收集旌旗灯号的窗口位置，同时自顺应地调整匹配滤波器的参数。3.3过失控制编码技术配电网的主要功能是传输电路，其实不是为电力通讯设计，旌旗灯号传输进程中会遇到各类干扰。其中，影响年夜的是电网中的脉冲噪声。脉冲噪声具有瞬间、高能量、笼盖频率范围广的特点。当抄表系统被脉冲噪声干扰时，前面几种旌旗灯号处置法子均无能为力，需借助纠错编码技术。所谓纠错编码，也叫过失控制编码。其基本实现方式是在发送端将被传输的信息码元附上一些监视码元，这些过剩的码元与信息码位之间有某种肯定的约束划定规矩（由生成多项式肯定）。接收端依照既定的划定规矩校验信息码元与监视码元之间的关系，一旦传输发生过失，则信息码元与监视码元的关系遭到破坏，从而接收端可以发现毛病甚至纠正毛病[6]。汉明码是常见的过失控制编码。本通讯系统采用内嵌校验和的（63，51）BCH码。该码具有较强的抗干扰能力，可以纠正数据传输进程中的1位及2位毛病，对于3位及3位以上毛病能够给犯错误标志。抄表系统可凭据标志位重发抄表饬令。跨变压器台远程自动抄表系统，采用怪异的旌旗灯号调制及旌旗灯号检测方式，是一种适合城乡配电网的自动抄表系统。今朝，该系统已由哈尔滨工年夜学与黑龙江电力公司合作研究成功，并进进实用阶段，于2001年10月经由过程电力科学院检测中心型式实验，检测号：（配用电）榆字2001第077号。
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