面向10kV配电网运行监测的电力线通信关键技术研究

摘要

通信技术在配电网运行监测领域起着非常重要的作用。基于电力线通信技术实现对配电网的运行监测与控制，具有一定的优势，它可以充分利用配电网现成的物理网络进行通信和数据传输。然而，由于配电网线路存在严重的电磁干扰、信道衰减等问题，影响了电力线通信的可靠性。本文针对电力线通信的关键技术在理论上进行了深入研究，并结合我国10kV配电网特点，研制了适合于我国配电网应用的电力线通信系统，并实现了对配电网运行的监测。论文的主要工作及成果如下： 通过对10kV配电网线路进行实际测量，详细分析了10kV配电网电力线信道的衰减特性和噪声特性，以及对电力线通信的影响；在此基础上，提出了采用窄带多载波正交频分复用技术，作为10kV配电网电力线通信调制技术的方法。在分析了该技术原理、特点和实现方法的基础上，设计了基于ARM和FPGA的专用OFDM调制解调器单元。 根据电力线信道的特点，提出了基于判决反馈的信道估计方法，这种方法使用前一个OFDM符号计算得到的信道估计值去均衡下一个接收符号，形成一个集判决，反馈，信道估计为一体的回路。该方法能够较好地跟踪信道的变化，计算量小、实时性高、容易实现。它不需要加入导频符号，能够进行连续信道估计，大大提高了系统传输效率。将该信道估计方法用于电力线通信系统中，取得了较好的效果。此外，针对PLC信道存在强突发性干扰和衰落，本文还提出了有效对抗信道频率衰落的自适应信道估计方法，通过采取信道估计，提高了OFDM通信解调的可靠性。 针对实际10kV配电网电力线信道噪声的特点，以及对电力线通信性能的影响，提出了一种适合10kV配电网电力线通信的信道编码方法，通过将改进的BCH码与改进的随机分组交织编码相结合，有效地降低了电力线通信的误码率，采用该方法可以连续纠错64bit突发错误。基于ARM微处理器，用软件方法实现了包括纠错编码、交织编码在内的信道编码。 在深入研究了10kV配电网电力线通信的若干关键技术的基础上，研制了适用于10kV配电网运行监测的电力线通信系统。以此为通信平台构建了10kV配电网运行监测系统。本论文所研制的“电力线通信测控系统”和“一体化载波通信智能开关”已经申请国家发明专利。 在深入分析10kV配电网线路的典型干扰及其对监测设备影响的基础上，采取了行之有效的硬件和软件抗干扰措施，提高了整个系统的运行可靠性。 对所研制的10kV配电网运行监测系统，依据《中华人民共和国电力行业标准》DL/T790和DL/T721的要求，进行了测试和现场试验。设计的系统经过1年来的现场实际运行，证明通信可靠，监测准确，达到了对10kV配电网运行监测的要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1课题研究背景和意义

1.1.1我国配电网运行状况及存在的问题

1.1.2课题研究的目的和意义

1.2课题的研究现状及存在的问题

1.2.1电力线通信技术应用及发展概况

1.2.2 PLC通信关键技术研究现状及存在的问题

1.2.3 10kV配电网运行监测对PLC通信系统的基本要求

1.3论文的主要研究工作

第二章 适合于10kV配电网运行监测的PLC通信调制技术研究

2.1基于实测数据的10kV PLC信道频率特性分析

2.1.1 10kV配电网PLC信道频率特性测试

2.1.2影响10kV配电网PLC信道频率特性的因素分析

2.1.3 10kV配电网PLC通信对调制技术的要求

2.2 OFDM调制技术理论分析

2.2.1 OFDM调制技术的特点

2.2.2 OFDM调制技术的原理

2.2.3 10kV配电网PLC通信应用OFDM技术时需要解决的问题

2.3一种适合于OFDM调制的改进DFT算法SIFT算法研究

2.3.1 SIFT算法的基本原理

2.3.2 SIFT算法和FFT算法比较

2.4基于FPGA的OFDM单元核心算法的实现

2.4.1 SIFT算法的FPGA硬件实现总体结构和原理描述

2.4.2 SIFT主要模块的实现

2.4.3整个算法的综合仿真

2.5基于判决反馈的OFDM系统信道估计算法

2.5.1 OFDM系统中信道估计算法概述

2.5.2基于判决反馈信道的估计算法

2.5.3仿真试验

2.6有效抵抗PLC信道突变衰减的自适应信道估计方法

2.6.1基本LMS自适应信道估计算法

2.6.2对抗低压电力线信道突变衰减的有效算法LMSI

2.6.3性能仿真

2.7本章小结

第三章 适应于10kV配电网PLC通信的信道编码技术研究

3.1 10kV PLC信道噪声测试与分析

3.1.1实际10kV配电网PLC信道噪声测试

3.1.2 10kV PLC信道噪声分析

3.1.3 10kV配电网PLC通信对信道编码的要求

3.2一种适合于软件实现的改进BCH编译码器的设计

3.2.1 BCH编码算法设计

3.2.2 BCH码译码算法设计

3.3能纠3 bit误码的二进制BCH码新型译码器研究

3.3.1译码算法原理

3.3.2译码器实现方法

3.3.3适合于连续译码的BCH译码器研究

4.3.4译码器性能分析与比较

3.4一种改进的随机分组交织器

3.5基于ARM微处理器的PLC通信专用信道编码器的设计

3.5.1编码单元的组成和工作原理

3.5.2 BCH编解码的软件实现

3.5.3交织/解交织的软件实现

3.5.4整个信道编码器单元的性能分析

3.6本章小结

第四章 基于PLC通信的10kV配电网运行监测系统设计

4.1基于PLC通信的配电网运行监测系统总体方案设计

4.1.1 10kV配电网运行监测系统组成及拓扑

4.1.2 10kV配电网运行监测系统各部分的功能

4.2 PLC通信系统的组成及整体功能分析

4.3专用调制解调模块的设计

4.3.1专用调制解调模块的原理

4.3.2 OFDM基带调制单元的设计

4.4通信规约在PLC通信中的应用

4.5 10kV配电网馈线自动化对FTU的要求

4.5.1 10kV配电网馈线自动化解决方案

4.5.2馈线自动化终端实现的功能

4.6基于PLC通信的FTU系统设计

4.6.1 FTU硬件设计

4.6.2 FTU软件及相关算法设计

4.7 FTU系统中的保护算法和测量算法分析

4.7.1保护算法分析

4.7.2测量算法分析

4.7.3主要电气参数计算

4.8本章小结

第五章 10kV配电网运行监测系统可靠性设计与试验测试

5.1 10kV配电网运行监测系统可靠性设计研究

5.1.1 10kV线路典型干扰分析

5.1.2硬件抗干扰措施研究

5.1.3软件抗干扰措施研究

5.2配电网运行监测系统的测试

5.2.1 PLC通信系统的测试

5.2.2监测终端FTU/TTU的测试

5.3配电网运行监测系统现场试验分析

5.3.1现场测试试验方案

5.3.2试验内容

5.4本章小结

第六章 结论及展望

参考文献

致 谢

附录

个人简历、在学期间参加的科研工作及学术论文发表