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一种能跨变压器台区的电力远程抄表系统

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:采用过零调制技术,利用数字差分、匹配滤波、纠错编码方法处理接收数据。系统具有较强的抗干扰能力,可实现跨配电变压器台区的远距离抄表,适合中国电网特点。

    关键词:自动抄表 跨台区 过零调制

电力系统自动抄表是电能营运部门用电管理自动化的重要手段。电力线网络是一个广泛存在的网络,利用它作为质传输配用电数据是非常方便的。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,利用现有10kV/220V配电网实现无中继、无桥接设备、跨变压器台区、在不同电压等级之间的远程自动抄表。这种抄表系统是一种不同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信盲点问题,调制信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。

目前,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独特的信号传输原理,可以完成以配电网络为信号传输媒介,跨变压器台区远程自动抄表。这种抄表系统的最大特点是:系统实施简单,信号抗干扰能力强,可实现跨配电变压器的远距离数据传输[1]。
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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采集模块两部分组成。系统主站位于二次变电所,完成远方采集模块的电能表数据抄收,并能上传数据至用电管理部门。采集模块位于用户电能表,负责电能表脉冲数的累计,能按主站命令通过电力线网络上传数据。这种抄表系统以配电网10kV及220V电力线路为通信介质,在用户变压器附近不需要增加任何附加设备,对配电网络没有特殊的要求,既适合架空电缆,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,信号分为下行信号与上行信号两部分。下行信号为电压调制方式,以电压过零点附件电压微弱畸变来表示信息,传输方向从系统主站到远端采集模块,代表系统主站的抄表命令;上行信号为电流调制方式,以电压过零点附件电流脉冲来表示信息,传输方向从采集模块到系统主站,代表电表数据。

系统远程秒表过程如下:在变电所主站中央处理系统的指令下,通过系统主站下行信号调制系统触发主站调制变压器,将主站命令以电压信号的形式耦合到10kV母线,下行电压调制信号随母线电压经10kV/400V用户配电变压器传输至千家万户,主站命令的发送到广播方式,所有在220V同相电压的采集模块都可收到信号。采集模块收到信号后,进行地址匹配,符合地址要求的模块返回上行信号。在采集模块触发系统的作用下,以瞬间电流脉冲变化实现了行信号的发送。上行电流信号是终必然会在10kV母线电流互感器上有所体现。主站信号采集处理系统从变电所10kV电流互感器上完成上行信号的检测,以上是完成一次电表数据抄收的全过程。
一种能跨变压器台区的电力远程抄表系统
2 信号调制原理

跨变压器台区自动抄表系统信号耦合采用基波工频过零调制方式,以过零点附近电网波形的微弱畸变来表示信息[2]。图2(a)所示为下行电压调制信号示意图。通过主站调制变压器的作用,在二次变电后母线电压过零点附近产生瞬间脉冲电流ic,由于主变的等效漏感对该脉冲电流的阻碍,形成了下行电压调制信号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°附近产生幅值畸变,反映在时间轴上,表示为Δt1Δt2。理想的工频通信电压调制信号是一个周期的正弦波形emod,持续时间2~3ms,但由于主变待效参数中阻性成分的作用,再加调制信号在系统中的响应,实际的调制信号为衰减的振荡信号,持续时间不会超过一个电压周期,这样,可以用连续的两个电压周期定主一位下行信号。若调制信号叠加在第1个周期电压过零点附近,表示下行信号的bit“0”,那么调制信号叠加在第2个周期就表示下行电压信号的bit“1”。过零调制信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电力信号,电网的各次谐波也很容量沿配电网跨变压器传输,这里刚好有效地应用了电网的谐波频段。现场测试证明;过零调制信号跨变压器传输可达40km以上。

3 信号检测原理

跨变压器台区电力通信中信号的检测是一种大背景下小信号的检测。以主站上行电流信号的检测为例,

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