一种基于配电网的跨变压器台区电力通信技术
摘要：跨变压器台区电力通信信号的频带位于200～600Hz之间，该信号可自动跨过配电变压器通过电力线实现数据交换。这种配电网通信方式采用过零调制发送及数字差分接收技术，具有信号调制功率小、抗干扰能力强、传输距离远的特点。介绍了跨变压器台区电力通信信号的定义、调制、解调方法及抗干扰措施。关键词：过零调制 差分接收 相关技术 神经网络
跨变压器台区电力通信技术是一种以配电网为媒介的新型数据传输技术。该技术解决了如何利用现有配电网实现无中缝、无桥接设备的跨变压器台区在不同电压等级之间的数据交换问题。如图1所示，跨变压器台区电力通信系统由位于二次变电所的主站与位于用户电能表的采集模块组成，该系统完全以10kV/220V配电网为信息传输媒介，在用户变压器附近无需增加附属设备。信号发送采用电压过零调制的办法，在电压过零点附近可以用较小的调制功率实现信号的叠加，同时电压附近可以用较小的调制功率实现信号的叠加，同时电压过零点自然提供了通信过程中信号检测的同步。信号的检测采用差分接收技术可以从电网大噪声背景中将微弱调制信号检测出来。调制信号分为下行电压信号与上行电流信号。下行电压信号传输方向从主站到采集模块，代表命令信息，以电压过零点附近电压的微弱畸变表示信息；上行电流信号传输方向从采集模块到主站，代表用户数据，用电压过零点附近对应电流的瞬间脉冲变化表示信息。调制信号的频带位于200～600Hz之间，能够跨过配电变压器沿电力配电网远距离传输。
图1
1 信号的定义
跨变压器台区电力通信技术从主站到采集模块的下行电压信号用两个相邻电压周期波形表示一位信息，通过位于变电所的主站调制变压器叠加信号，使过零点附近电压幅值发生非常微弱的畸变，第一个周期含有调制信号，表示“1”；反之，表示“0”，见图4（a）。该定义有利于采集模块处信号的检测，在采集模块可将相邻两个电压周期数据作差后检测电网中是否含有主站来的信号。
考虑到配电网电流谐波较大，从采集模块到主站的上行电流信号用4个电流周期波形表示一位信息，4个相邻周期共有8个电压过零点。在对上行电流信号定义的规定这样的原则：对8个过零区域中的4个进行调制，其中两个是正过零区，另外两个是负过零区。这样，可以得到36个码图。由于表示“1”和“0”的码图是互相对应的关系，所以共有18组码图可以使用。如果规定在8个过零点中的1、3、6、8位置进行调制表示数字“1”那么对应调制的2、4、5、7就用来表示“0”。研究证明，不同电网通信环境需要不同码图。
2 调制信号的实现
下行电压信号及上行电流信号的叠加都采用电压过零调制。之所以采用这种办法一方面是因为配电网的主站变压器（变电所的主变）及用户变压器均有等效泄漏电感使信号的叠加成为可能；另一方面在电压波形过零点附近所需调制功率最小。同时，电压的过零点位置特殊性也为信号的定位提供了条件，便于主站信号的叠加和采集模块处信号的检测。
下行电压信号的调制工作在主站完成，调制电路通过位于变电所的调制变压器进行隔离和信号的耦合，调制变压器可以是普通的用户变压器，也可以是特制的高阻抗变压器。下行电压信号调制等效电路如图2所示。图2中E为主站电压，Li表示二次变电所主变漏感，Rc、Lc为调制变压器二次侧调制电路参数，ec可以取自不同的相当于调制信号的调制位置。当位于调制变压器二次侧可控硅开关在过零点前30°导通时，导通电流i'c必然导致调制变压器一次侧ic电流的形成，通过主变引起一个电压降emod=-Li(d/dt)ic，此时的调制电压叠加于电网电压波形上，从而完成一次调制过程。根据调制
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