基于匹配滤波器的跨变压器台区工频电力通信

　　0 引言

　　电力线网络是一个广泛存在的网络，工频电力通信在高压输电网上应用已比较成功。对于低压配电网，由于其阻抗变化、多径干扰等的影响，低压电力载波信号的传输会出现明显的衰减和畸变[1] 。同时，工频电力通信不能实现直接的跨变压器台区通信，使其应用受到了很大的限制。

　　S.T.Mak于1982年提出了一套较完整的新型电力通信技术[2] ，该技术解决了如何利用现有配电网实现无中继、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。这种配电网通信方式的调制信号频带为200Hz～600Hz，信号可自动跨过配电变压器沿电力线进行数据的半双工交换。位于美国密苏里州的DCSI公司(Distribution Control Systems lnc.)于20世纪80年代中期开始进行工频电力通信技术产品研制，90年代初期进入实用阶段，其产品主要安装在美国威斯康星州及加拿大的一些地区，数量为几百万台，主要用于远程抄表(AMR)、负荷控制等。

　　将工频电力通信技术应用于我国城乡配电网的关键是如何实现强电网噪声下的调制信号的提取。

　　1 工频电力通信

　　1.1 工频电力通信系统

　　如图1所示，工频电力通信系统由位于二次变电所的主站及位于远方用户电能表的采集模块组成。它以配电网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，工频电力通信对配电网络没有特殊要求，既适合架空电缆，也可用于地下线路。工频调制信号的频率仅几百Hz，很容易跨过用户变压器通过电力线网络进行远距离传输。

　　1.2 工频电力通信的调制信号

　　工频电力通信信号以电网波形的微弱畸变来表示调制信息[3] ，分为下行电压信号及上行电流信号。从变电所到用户电能表采集模块之间传输的是下行电压信号，用两个相邻电压周期波形表示l位，代表主站的命令信息[4] 。从用户终端到主站之间传输的是上行电流信号，代表用户数据，以用户背景电流波形的形变来携带信息。图2为下行电压调制信号示意图。通过主站调制变压器的作用，在二次变电所母线电压过零点附近产生瞬间脉冲电流Ic，由于主变的等效电感对该脉冲电流的阻碍作用形成了下行电压调制信号emod。emod与Ic，的相位差为90°。图2(b)中emod与母线电压的叠加使其在过零点30°附近产生幅值畸变，反映在时间轴上，表现为△t1和△t2。理想的工频通信电压调制信号是一个周期的正弦波形 emod，持续时间为2ms～3ms，但由于主变等效参数中阻性成分的作用，再加上调制信号在系统中的振荡，实际的调制信号如图5(a)所示。