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双向工频通信系统的出站信号的调制与提取研究

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第21卷2011年11月 第l1期 计算机技术与发展 COMPUTER TECHN0LOGY AND DEVELOPMENT Vo1.21 No.1l Nov. 2011 双向工频通信系统的出站信号的 调制与提取研究 朱高中 (渭南师范学院物理与电子工程系,陕西渭南714000) 摘要:文中的目的是为了研究双向:[频通信系统的出站信号的调制和解调方法。应用Matlab/Simulink仿真工具建立了 10kV配电网的仿真模型及用来对信号进行发送的信号调制模块和用来对信号进行解调的信号检测模块,根据信号特征选 取了合适的最优线性相位滤波器和信号的编码方法,实现了出站信号的提取,将数字载波通信中相干解调方法应用到工 频通信系统中,实现了信号的解调。仿真结果验证了所提出的信号调制及检测算法的正确性。结论说明了双向工频通信 技术在我国农村10kV配电网中应用的可行性。 关键词:10kV配电网;双向工频通信技术;信号的调制与解调;差错控制 中图分类号:TP39 文献标识码:A 文章编号:1673—629X(2011)11—0182-03 Research of Modulation and Demodulation of Outbound Signal of Two-Way Automatic Communication ZHU Gao-zhong (Department of Physics and Electronic Engineering。Weinan Teachers University。Weinan 714000,China) Abstract:It introduced the basic principle of two—way automatic communication system and method of modulation and demodulation of outbound signa1.and used Ma吐ab/Simulink simulation tool to establish a 10kV distribution system simulation model and used to send he stignal modulation module and used to signal demodulation of the sinagl detection module.According to the basic principle of TWACS。the optimum Hnear-phase FIR ilfter is desined agnd the appropriate sinagl coding manlier is implemented.Outbound signal ab— straction is implemented.The coherent demodulation algorithm is applied to TWACS signal processing.According to elTor control through communicafion process,produce three methods of controlling elTors through signal transmitting process,simulation results verify he sitnagl modulation and detection algorithm is correct.Designed hardwal'e circuit and software flow。and the feasibility of TWACS in 10kV power distribution networks was validatd.e Key words:10kV power distribution network;TWACS;signal modulation and demodulation;error control O 引 言 双向工频通信技术是近几年发展起来的一种基于 的控制,就是在电网电压波形达到波谷时调制一个与 电网工频电压相同周期的信号,信号持续一个工频周 电力配电网络的通信技术。双向工频通信的调制就是 在过零区域调制电压信号或电流信号,使电压或电流 信号产生很小的畸变现象。由于其调制信号频率和工 频信号比较相近,所以可以实现双向的直接进行通信, 并且不会发生驻波和盲区现象。 双向工频通信技术 是在单向工频通信的基础 期。两个相邻周期表示一位信息,根据调制波形是超 前还是滞后电网电压波形来表示信息的1或0。由于 电网电压调制范围比较宽,必须很强的调制功率才能 实现,因此只能实现子站到用户设备的单向通信。虽 然该技术具有一定的局限性,但却给双向工频通信方 法提供了思路。双向工频通信包括子站和终端用户两 部分组成,其中有子站向用户发送信息称为出站信号, 文中介绍双向工频通信系统的出站信号的调制与提取 研究。 上提出的,所谓单向工频通信技术是子站对用户设备 收稿日期:2011—04—08;修回日期:2011—07—15 基金项目:陕西省教育自然科学专项(2010JK533);渭南师范学院研  ̄(09YKZO17) 1 ̄fq'r频通信系统的基本组成 基于配电网的双向工频通信系统组成由子站和终 端两部分构成,因此可以实现信号的双向传输功能。 作者简介:朱高中(198o一),男,硕士,研究方向为信号处理、,J、波分 析及电能质量控制。 第11期 朱高中:双向工频通信系统的出站信号的调制与提取研究 ・183・ 子站负责向终端发送和接收信息,信息的发送是由调 来所发送数字基带信号的一个过程。当前工频通信系 制变压器来进行调制,信息的接收是由电流互感器中 统解调主要采用时域解调方法H“】。文中选用数字差 采集的电流信号来完成的。终端负责接收子站命令并 分算法进行解调运算。根据电网电压的位置来判别信 返回用户信息。 息“0”和信息“1”。 双向工频通信系统中子站向用户发送信息的通道 设信号 =Asin(tot+盯),检测所用的数字差分 称为出站通道,终端向子站传输信息的通道称为人站 方法是用当前周波信号位置上的采样值,减去上一个 通道,携带出站和人站信息的调制信号分别称为出站 周波对应位置上的采样值。根据出站信号的编码方 信号和入站信号。双向工频通信系统设备只存在于子 式,它表示的是信息“1”,则数字差分方法的输出 站和用户终端,对配电网络的中间环节没有任何改动。 ,,( )= (f)一 (t— )=Asin(cot+百) (5) 跨变压器台区是指双向工频通信系统的传输信号直接 对于第二个信息单元,它表示信息“0” 通过配电变压器。信号的传输通道是电力配电网的 ),(t)= (t)一 (t—T)=一Asin(tot+竹)=Asin(tot) 10kV传输线和220V传输线。 (6) 如果检测输出信号的相位为盯时,用数字“1”来 2出站信号调制原理 表示此信息,相位是0用数字“0”来表示 。 。设未调 出站信号等效调制电路如图1所示。图1中的 载波为sinto。t,则出站信号可表示为 .、厶为二次侧漏阻抗;变压器 一次侧额定电压为 2 2 ( )=sin(O30t+△ ) (7) 10.5kV,二次侧额定电压为0.4kV,通过一次侧电压和 其中相位差值为1T时表示信息“1”,相位差值为0 二次侧电压的比值得出变压比k:26.25;Rm、Lm等效 时表示信息“0”。两者相乘,乘法器输出为 为调制变压器二次侧漏阻抗与调制回路阻抗之和 。 1 l sin(‰t+△ )sin(‰f)=÷c厶 0s△ 一÷c0厶 s(2‰t+ Zig,) (8) 所以根据相位差值不同对每一个信息单 输出 信号取和,然后用阈值判断来实现信号的解调。 根据冲激响应的时域特性,数字滤波器可分为 IIR和FIR两种类型。通过比较两者可知,FIR滤波 器具有以下优点:运算次数少,比较经济;有严格的线 图1 出站信号等效调制电路 性相位;采用非递归结构,稳定性好,误差小。因此,文 晶闸管导通后调制回路产生电流信号f,为: 中选用FIR滤波器 引。 = sin(…a 一 sin( e ) 根据文中需求分析可知,所需的滤波器的性能如 下:通带截至频率为0.2霄,阻带截至频率为0.3w,实 变压器一次侧感应电流为: 际通带波动为0.25rib,最小阻带衰减为70rib。因此, ÷ i。 (2)z J 对照5种窗函数性能比较可知,文中要选用凯泽窗函 这一电流通过R。、L 时产生电压/' ̄mod: 数设计滤波器得到的FIR滤波器的幅频响应。 M。nod=R + di (3) 4仿真研究 综合(1)一(3)式得出: 文中采用Mauab中Simulink对出站信号的调制 尚lzl Isin( 一 1)+ 和解调信号进行模拟仿真 。 4.1仿真模型的建立 南(¨ sin -÷ (4) 仿真模型如图2所示。 4.2出站信号的调制和解调 从(4)式中可以看出降低调制变压器变比,增大 出站通信包括出站信号的发送和出站信号的接收 调制变压器容量或减小 、 可以增大信号幅值,调 两部分。当在子站端发送信号,在用户端应能检测提 整R,m、 ,m的比值可以改变信号波形。 取到。根据前面介绍的出站信号的调制原理及信号的 检测方法,下面进行出站通信。 3出站信号的解调 (1)信号的发送。 工频通信信号的解调过程是指由滤波器恢复出原 利用出站通道发送信息“口口1 1 0 1 0 0”,其中 ・184・ 计算机技术与发展 第21卷 (Two'iF ̄rindinggl 图2 出站信号调制和解调的仿真模型图 “口”表示无信号。这条信息含有6个二进制位,发送 号的调制和解调方法,应用Matlab/Simulink仿真工具 信息前增加两个无信号的信息,是为验证信号提取与 建立了lOkV配电网的仿真模型及用来对信号进行发 解调算法的可靠性。文中通过编程的方法在信号中加 送的信号调制模块和用来对信号进行解调的信号检测 入了三次谐波和白噪声。出站信号及其触发脉冲的波 形如图3所示,由于出站信号叠加在电压波形上不明 显,图中画出了调制回路电流波形作为信号标志。 ‘ r f \ \ W J ^ : 《 0 (a)出站信号的波形 一 一  /l __ 4 一 \ ^ f J、= Co)s ̄0出的脉冲电流波形 图3 出站信号调制和触发脉冲信号波形 (c)信号的提取波形 (2)信号提取与解调。 在出站信号调制端发送“1 1 0 1 0 0”信号,在信号 接收端进行接收。根据信号的提取及解调算法,对信 号进行提取和解调。对信号的处理过程如图4所示。 (d)解调出的数字信号波形 5结束语 图4 出站信号的提取与解调信号波形 文中根据双向工频通信系统的原理提出了出站信 (下转第188页) ・l88・ 计算机技术与发展 参考文献: 第21卷 簇树骨干网形成以后,借助LEACH的思想,所有 的普通节点搜索最近的簇首节点,与之相连,从而将所 有的节点都加入到簇树中来,最终的网络路径如图5 所示,保证所有节点产生的数据可以通过最短路径发 送给汇聚节点。 [1]孙利民,李建中.无线传感器网络【M].北京:清华大学出 版社,2005:7-8. 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