中压配电网电力线载波通信信道建模

电力线载波通信是智能配电网通信技术的重要选择之一。而中压配电网结构复杂,分支众多,存在电缆-架空线混合型线路,使得载波信号在其上的传输特性难以预估。结合中压配电网结构特点,提出一种载波信号在混合型配电网络中的信道建模方法。首先,在中压配电网的实际拓扑结构及线路类型基础上,定义了载波信号的传输线管道。然后,结合多导体传输线理论和行波理论,推导各传输线管道的传播矩阵及各节点的散射矩阵,并根据网络拓扑关系列写整个网络的电压方程。最后,由电压方程可求得在信源节点激励下全网任意节点的电压响应。该建模方法不受网络拓扑结构及线路类型限制,具有很强的适应性及可移植性。计算及电路仿真结果表明了方法的正确性及有效性。     

基于局部反射理论的中压配电网电力线通信信道建模法

链路衰减是衡量载波通路传输质量的一项重要指标,为实现对信道衰减特性的预测,提出一种基于局部反射理论的中压配电网电力线通信(PLC)信道建模方法。利用电力线传输理论及局部反射理论,推导端接负载的传输线、不同特性参数的传输线级联情况下的电压传输规律。在此基础上,分别搭建中压配电网无分支线路、带分支线路及带负荷配电变压器线路的PLC信道数学模型。然后根据中压配电网拓扑结构,从配电网末端将所搭模型依次级联至载波信源处,得到末端节点与信源节点间的PLC信道模型,进而分析各节点处载波信号的传输特性。该方法原理简单,计算速度快,可移植性强。仿真及RLC电路实测结果表明了所提建模方法的正确性。     

配电网地埋电缆载波信道模型及影响因素分析EI北大核心CSCD

为研究载波信号在中压配电网地埋电缆的传输特性及相关影响因素,首先结合卡接式电感耦合器的物理结构及耦合原理,推导出耦合器数学模型。其次根据配电网地埋电缆实际结构分析电缆单位长度参数矩阵,通过回路形式分析与正交变换实现参数矩阵对角化,求得地埋电缆的传输线模型。后依据配电网地埋电缆拓扑结构及环网柜接地形式,建立载波信号在配电网中的信道模型,并通过仿真及实验室测试验证所建地埋电缆信道模型的有效性。最后在信道模型基础上,分析影响载波信号在中压地埋电缆中传输特性的影响因素,结果表明:载波信号强度在电缆铠装层上最大,屏蔽层次之,三相缆芯中最小;电缆线路每经过一个环网柜,其载波信号强度将出现一次较大衰减。     

配电网地埋电缆载波信道模型及影响因素分析

为研究载波信号在中压配电网地埋电缆的传输特性及相关影响因素,首先结合卡接式电感耦合器的物理结构及耦合原理,推导出耦合器数学模型。其次根据配电网地埋电缆实际结构分析电缆单位长度参数矩阵,通过回路形式分析与正交变换实现参数矩阵对角化,求得地埋电缆的传输线模型。后依据配电网地埋电缆拓扑结构及环网柜接地形式,建立载波信号在配电网中的信道模型,并通过仿真及实验室测试验证所建地埋电缆信道模型的有效性。最后在信道模型基础上,分析影响载波信号在中压地埋电缆中传输特性的影响因素,结果表明:载波信号强度在电缆铠装层上最大,屏蔽层次之,三相缆芯中最小;电缆线路每经过一个环网柜,其载波信号强度将出现一次较大衰减。     

基于信息节点的智能配电网中压电力线载波通信信道建模方法

电力线载波(power-line carrier,PLC)技术是智能配电网重要的通信手段。为适应智能配电网可能出现的新的网络拓扑结构,提出一种基于信息节点的中压电力线信道建模方法。首先在网络关键位置设置信息节点,然后根据电路基本理论和均匀传输线理论推导出各信息节点间的电流电压关系式,最后利用传输矩阵方法得到信息接收点与发射点之间的电压传输特性。通过实验验证了该方法的正确性和普遍适用性。该方法可适用于树形、环网以及网格化等各种网络拓扑结构,为在智能配电网中压电力线采用载波通信技术提供了较好的分析方法。     

基于多导体传输线的中压电力线通信信道建模

信道特性是制约中压电力线通信技术应用的重要因素。为了实现高速和可靠的电力线通信,必须对电力线信道模型有充分的理解。根据自底向上建模方法的需要,首先求解了钢芯铝绞线的交流内阻抗和三相架空电力线路的单位长度参数矩阵。基于多导体传输线理论推导了均匀架空线路的传输矩阵,针对电力线通信中常用的耦合方式,计算了端口的电压、电流和阻抗。测量了配电变压器高压端口的阻抗,得到其阻抗矩阵和传输矩阵。基于网络级联建立了信道的总体模型,现场测试数据验证了信道模型的正确性。结合测试结果,分析了中压架空线路信道的阻抗和衰减规律,提出了电力线通信系统设计的建议。     

基于BLT方程的中压电力线载波通信信道建模

中压电力线载波信道呈现较强的频率选择性,为分析预测这种选择性,提出了基于BLT方程的中压电力线载波通信信道模型。从常见的描述单一负载电压响应的BLT方程出发,通过分析载波信号在复杂网络中的传播特性,得出了适用于中压电力线载波通信网络的信道模型。该模型不受具体网络拓扑的限制,可以将网络中各节点处的电压响应特性表示为管道传播矩阵和节点散射矩阵的函数,具有形式简洁,通用性强,便于分析计算的特点。最后,以由架空线构成的中压配电网为例,用所提的方法计算了在窄带范围(10~500kHz)内节点电压的幅频特性和相频特性,并通过在PSpice中用集总参数元件进行模拟的方法验证了模型的可信性。     

配电网载波通信信道的分析和建模

为实现可靠和高速的10kV电力线载波通信,有必要对配电网载波信道的传输特性进行研究。基于二端口网络和传输线理论,建立了配电网载波信道的转移矩阵模型。该模型的参数容易计算和测量,能够分析网络中任意2个节点之间的信号传播规律。基于该模型给出了线路整体工作衰减的计算方法,揭示了线路产生频率选择性衰落的原因。针对配电网中大量存在的阻抗不匹配环节,分析了配电网中部分线路的工作衰减。结果表明,该衰减值与线路其他部分有关,传统简单估算的结果误差较大。基于PSpice建立了一个10kV线路的信道模型,验证了理论方法的正确性,并据此提出了对通信系统设计的建议。     

传输线电气参数测试方法研究与应用

为了研究电力线载波信道的衰减特性,需要建立高频传输线模型,而理论模型需要实测验证。基于传输线理论,通过理论计算,得出一具体长度的传输线在不同频率的电气参数值,并与实际模型测试值进行比较,验证了理论计算的准确性。此外,为进一步模拟实际电力线网络,提出了基于网络级联思想的信道建模方法,即将一段均匀电力线视为一个二端口网络,整条线路可以用多个二端口网络的级联表示。通过对实际线路模拟模型的测量,验证了该思想的正确性,为配电网电力线电气参数研究提供了理论基础。     

中压配电网中电气设备对PLC信道传输特性的影响

在中压配网信道模型基础上,重点分析配电线路、配电变压器、无功补偿装置及中压开闭所等一次设备对载波信号传输衰耗的影响规律,为高速率窄带电力线载波通信(NB-PLC)在中压配网中的实用化提供必要的参考依据。研究结果表明:电压衰减的幅度随着分支线长度、分支线数目及配电变压器数量的增加而增大,而与主干线路长度基本无关;架空和电缆混联线路引起折射衰耗大,而中压开闭所对电压传输衰落的影响可忽略不计;无功补偿装置经一定长度电缆接入系统,则补偿的位置、容量的增加并不会引起电压衰落的大幅度增加。     

基于支路追加法的配电网混联线路电力线载波通信信道建模

提出了一种基于支路追加法的中压配电网混联线路的电力线载波通信信道建模方法。根据配电网拓扑结构,利用支路追加法,逐一追加网络各条支路,列写该支路的伏安特性独立方程和基尔霍夫定律电流方程,生成一组具有唯一解的网络矩阵方程。通过该矩阵方程中各未知变量的比值关系,求解信号的传输函数,分析信道的传输特性。当配电网网络结构发生改变时,只需在原代数矩阵方程基础上,增减矩阵中的相关行与列即可得修改后的新矩阵方程。该建模方法原理清晰,运算量小,适用于树形网络、手拉手网络及环网等各种拓扑结构。仿真及实验测试验证了所提方法的正确性。     

Frequency‐dependent modeling of transmission lines using bergeron cells

This paper proposes using Bergeron's equivalent circuit with traveling time equal to the simulation time step as an element for frequency‐dependent modeling of transmission lines for electromagnetic transient (EMT) simulations of power systems. According to the simulation time step used, a transmission line is divided into aforementioned Bergeron's equivalents, each of which is called a ‘Bergeron cell’ in this paper. In this way, the traveling‐wave nature of a line is represented by the cascaded Bergeron cells. Then, the frequency‐dependent loss nature of the line is represented by a matrix partial fraction expansion, and this is inserted at each connection point of the Bergeron cells in the form of a multiphase Norton equivalent. Since the frequency‐dependent loss is modeled in the dimension of impedance, the change of the line length is easily taken into account by a simple multiplication. This methodology thus allows variable‐length modeling and completely avoids modal decomposition in both model identification and EMT simulation stages. The proposed methodology is applied to the frequency‐dependent modeling of overhead and submarine‐cable transmission lines, and its accuracy is assessed.     

中压配电网电力线载波通信组网优化方法*

为进一步完善中压配电网电力线载波通信(PLC)组网的灵活性和可靠性,在结合中压配电网的实际拓扑结构和信道环境的基础上,提出了一种基于遗传算法的PLC组网方法。该方法综合考虑了节点间实际距离、节点间链路衰耗、连接节点衰耗、节点自身价值及链路价值等因素,利用遗传算法计算网络的最大价值函数,确定网络的最佳链路集。在最佳链路集基础上,求取各通信节点的节点度,将节点度数值较大者作为网络的中继节点,进而完成配电网PLC的优化组网。与蚁群路由算法相比,文中算法考虑了配电网的实际拓扑结构与信道特性,中继节点和链路分配更为合理,使PLC网络具有更高的网络价值和网络传输效率。     

低压电力线通信的信道特性分析及模型研究

利用低压电力线高速、可靠地传输通信数据具有十分重要的意义，但是低压电力线路网络结构和负载特性复杂，需要对信道有深入的了解。文中分析了电力线信道的阻抗、噪声、衰减特性，据此给出了电力线信道模型，有助于深入理解低压电力线通信的特点。     

母线分流效应对中压电力线载波通信网络架构的影响

基于中压配电母线典型拓扑结构,分析推导母线分流效应对电力线载波通信(PLC)信道特性的影响,在此基础上提出一种自适应频点选择算法及2种中压配电网PLC网络架构。基于输入电抗的频点选择算法,可在保证信道质量的前提下提高选频速度,结合中压配电网实际结构,建议以近母线侧节点作为频点测试发起者。PLC子网主节点设置于配电线路出口处的网络架构与设置于线路中部的网络架构相比较,后者可减弱母线分流效应带来的不利影响,提高PLC网络的经济性与可靠性。仿真结果与现场测试验证了理论分析及所提第2种网络架构的合理性。     

Scattering Parameters-Based Channel Characterization and Modeling for Underground Medium-Voltage Power-Line Communications

Power-line communications (PLC) technologies rely on the power grid for data transmission. Since the communications channel is already deployed, this communication alternative is specially interesting for the power grid owner (i.e., the electrical utility). The medium-voltage (MV) distribution network, located after the last step-down electrical substation with typical levels from 6 to 25 kV, directly feeds large consumers and small ones through several transform stations. The growing interest on MV-PLC technology, the natural aggregation point for data coming and going into the low-voltage (LV) network, faces the same issue that the LV–PLC technology did (and does): standardization. In this way, a properly implemented channel model will allow the design of suitable modulation and access methods. This paper proposes a deterministic channel model for the MV underground network transfer function, based on a complete set of measurements performed in an MV urban ring. Moreover, the characterization of the MV–PLC channel elements as well as the noise scenario and access impedance have been carried out.      

一种基于三端直流输电系统的架空线路谐波电流计算方法

针对三端直流输电系统可能出现的架空输电线路谐波电流放大问题,对不同运行方式下的双极线路谐波电流开展研究。基于波阻抗理论,将对称运行的直流线路简化为对称分量回路,并求取单位长度参数;分析了均一线路谐波电流的计算方法;在此基础上结合波的折反射原理,提出了一种计算混合线路谐波电流的方法。通过在PSCAD/EMTDC平台上搭建相应的直流线路模型进行仿真,并与理论计算结果对比,表明该计算方法在求取三端直流输电系统不同运行方式下的线路谐波电流方面具有较高的准确性。