具有格状网的电力线载波通信信道特性的分析.pdf

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智能配电网除传统的树状拓扑结构外,还将出现环网、格状网等结构。建立具有这些特殊拓扑配电网的电力线信道模 型,并进行信道特性影响因素的分析是在智能配电网中应用电力线载波通信技术的必要前提和重要依据。通过基于信息节点 的建模方法建立格状网拓扑的信道模型,并仿真分析前后主干长度、格网主干长度、分支长度、分支负载等因素对格网拓扑 下信道传输特性的影响规律,重点分析了这些影响因素对信号衰减的影响。通过实验验证了所得结果的正确性和有效性。所 提出的分析方法和所得结论为设计智能配电网电力线载波通信的调制方法提供了必要的理论基础和技术手段。
黄银龙,等具有格状网的电力线载波通信信道特性的分析 0 10 15 <-40 0200300400 0 THZ )10m (b)20r 0200250300 图4简单格状网的电压传输幅频特性 1002003004000100200300400 Fig 4 Voltage transmission characteristics of simple c)30m (d)40 mesh-topology 图7前后主干改变对电压源衰减的影响 Fig. 7 Attenuation of the signal source when longitudinal trunk 由图6中可知,ABCD长度的改变对电压传输 幅频特性几乎没有影响,故在以后的讨论中均忽略 ABCD的长度改变对电压传输幅频特性的影响 4格网参数改变的影响 0S0100I50200250300350400 4.1线路长度改变的综合影响 图5信号源的衰减 在图3所示格状网拓扑中,当格网主干 Fig 5 Attenuation of the signal source BEEC-CG-GB、连支EG与分支FFGH的长度分 3前后主干长度改变的影响 别为5m、10m、15m、20m时,图8中所示为从 信号发射源V到接收点D的电压传输的幅频特性, 在图3所示格状网拓扑中,保持其他线路长度信号传输频率范围为1~40MHz。 均为10m,改变ABCD的长度分别为10m、20m、 由图8中可知,随着格网主千、分支与连支长 30m和40m时,图6中所示为从信号发射源vs到度的增加,衰减峰的个数逐渐增加,依次为2、4、 接收点D的电压传输的幅频特性,信号传输频率范6、8个。 围为1~40MHz。图7为前后主干改变对电压源衰 减的影响。 Simulated 0 s20 10)200300400 0100200300400 10-3010 (a)10m (b)20m 0 10m (b)20m 30 200300400 fHz 300400 1×10-5 100200300400 (c)30m d)40m 30 40m 图8线路长度成比例改变时的电压传输幅频特性 图6前后主干改变时的电压传输幅频特性 Fig. 6 Voltage transmission characteristics when longitudina Fig. 8 Voltage transmission characteristics when the line length trunk changed of mesh-topology changed proportionally 电力蘖就保护与制 4.2仅改变连支长度 由图10中可知,保持格网主干与连支长度不 在图3所示格状网拓扑中,保持格网主干变,而仅改变分支长度时,在衰减峰处将出现新的 BE-EC-CG-GB与分支EFGH的长度为为10m,改频率哀落点。 变EG的长度分别为10m、20m、30m和40m时,4.4仅改变格网主干长度 图9中所示为从信号发射源vs到接收点D的电压 在图3所格状拓扑中,当分支EF-GH的长 传输的幅频特性,信号传输频率范围为1-~40MHz 度均为10m,EG长度为10m,改变格网支路 由图9中可知,仅改变连支长度时,对衰减峰 BE-EC-CG-GB的长度分别为10m、20m、30m和 的影响较大,会出现新的频率衰落点,影响衰减峰40m时,图11中所示为从信号发射源到接收点 的个数。 Messured D的电压传输的幅频特性,信号传輸频率范围为1~ 40MHz。 Simulated 05 0100200300400 : Hz (a)10m (b)20 0100200300400 fH A ×10 fHz c}30m 0]200300400 0I0020030:400 图9连支长度改变时的电压传输特性 升 40m Fig 9 Voltage transmission characteristics when the link length 图11格网主干长度改变的电压传输特性 Fig. II voltage transmission characteristics when the trunk line 4.3仅改变分支长度 length changed 在图3所示格状网拓扑中,当格网主干 BE-EC-CG-GE均为10m,EG长度为10m,改变 由图11屮可知,保持格网分攴与连攴长度不 分支EFGH的长度分别为10m、20m、30m和40变,而仅改变格网主干支路长度时,在衰减峰处将 m时,图10中所示为从信号发射源巧到接收点D出现一些波动。 的电压传输的幅频特性,信号传输频率范围为1405负载阻抗变化的影响 MHz。 在图3所示格状网拓扑中,当分支EF-GH、连 支EG以及格网支路 BE-EC-CG-GB的长度分别均 为10m。改变分支负载Z1和Z12为0g59、10Ω 20g、50g、100g、200g、500g和1000g时 图12中所示为从信号发射源V到接收点D的电压 传输的幅频特性,信号传输频率范围为1-40MHz (a)10m (b)20m 由图12中可知,随着分支负载的增加,电压 传输幅频特性的哀减峰峰值的位置和大小基本不 变,但是某些衰减谷处会逐渐增加,最终形成衰减 峰 d)40m 6结论 图10分支长度改变时的电压传输特性 本文通过仿真和物理实验分析了各种因素对具 Fig. 10 Voltage transmission characteristics when the branch length chang 黄银龙,等兵有格状网的电力线载波通信信道特性的分析 low-voltage power line based on the uneven transmission Si characteristics. 'transactions of China electrotechnical Society,2004,19(4):107-110 ×1035-40 ×103影 10 <0200400<020 [4]仲元昌,曾孝平.低压电力线扩谱通信系统及抗干扰 (a)0 (b)5g c)10g 性能分析[.电工技术学报,2004,19(9):82-85 10 ZHONG Yuan-chang, ZENG Xiao-ping. Spread spectrum ×105 0200400 0200400 communication system on low voltage power line and its z f/Hz d)20s (c)50g2 f)100 analysis of anti-jamming capability]. Transactions of 14广,2小lx China Electrotechnical Society, 2004, 19(9):82 [5]刘晓胜,张良,周岩,等.低压电力线载波通信新型组 200400<02004000200400 /Hz 网模型性能分析[.电工技术学报,2012,27(11 (g)20052 (h)500g2 (i)l000g 271-277. 图12负载阻抗改变时电压传输特性 LIU Xiao-sheng, ZHANG Liang, ZHOU Yan, et al. Fig. 12 Voltage transmission characteristics when load impedance changed Performance analysis of novel low-voltage power line communication model[J]. Transactions of China 有格状网拓扑的电力线信道传输特性影响的规律。 Electrotechnical Socicty, 2012, 27(11): 271-277. 由分析结果可得:1)纵向主干长度对电压传输幅频 L6 STEFANO G THOMAS C B. a deterministic 特性儿乎没有影响;2)分支长度、格网主十长度与 连支长度大同影响电压传输幅频特性的衰减峰的个 frequency-domain model for the indoor power line 数:分支长度与连枝长度的改变,均会在原来的衰 transfer function[]. IEEE Jour on Selected Areas in 减峰范围内出现许多频率衰落点,而格网主干长度 Communication,2006,24(7):1304-1316. 的改变会在原来的衰减峰范围内产生小范围的波[7]蔡伟,乐健,刘开培.基于信息节点的智能配电网中 动;3)随着负载阻抗的增加,电压传输幅频特性的 压电力线载波通信信道建模方法[J.中国电机工程学 衰减峰峰值的位置和大小基本不变,但是某些衰减 报,2012,32(28):150-156 谷处会逐渐增加,最终形成衰减峰。本文所提出的 CAI Wei, LE Jian, LIU Kai-pei. A channel modeling 分析方法和所得结论为设计具有格网的智能配电网 电力线载波通信的调制方法提供了必要的理论基础 technology for the medium-voltage power-line carrier in 和技术手段。 smart power distribution grid[J]. Proceedings of the CSEE,2012,32(28):150-156 参考文献 [8]吴军基,郭昊坤,孟绍良,等.电力线通信信道背景噪 L1 MAJUMDER A, CAFFERY J Power line communica- 声建模研究.电力系统保护与控制,2011,39(23) tion[J]. IEEE Potentials, 2004, 23 (4): 4 「2]蔡伟,乐健,靳超,等.电力线载波通信信道建模技术 wU Jun-ji, GUO Hao-kun, MENG Shao-liang, et al 综述.电力系统保护与控制,2012,40(10):149-154 Modeling of background noise in power line CAI Wei. lE Jian. JIN Chao, et al. Overview of the communication channel[J]. Power System Protection and channel modeling method of power line carrier Control,201,39(23):6-10. communication[J]. Power System Protection and Control [9] MENG Ju-lian. Noise analysis of power-pine 2012,40(10):149-154 communications using spread-spectrum modulation[j] ˉ3]张在玲,韩富春,朱永利,等.非均匀传输特性的低压 IEEE Trans on Power Delivery, 2007, 22(3): 1470-1476 电力线载波传输模型电工技术学报,2004194:[10]冉庆华,吴玉成,祁美娟.低压电力线我波通信网络 107-110. 自动组网方法研究门.电力系统保护与控制,2011 ZHANG Zai-ling, HAN Fu-chun, ZHU Yong-li, et al 39(10:53-58 The carrier wave communication transmission model of RAN Qing-hua, WU Yu-cheng, QI Mei-juan. Research 6 电力系保护蜀搜制 on automatic routing method of low-voltage power line power-line communications over low-voltage carrier network[J]. 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