一种基于支路追加法的配电网电力线载波通信信道建模法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于支路追加法的配电网电力线载波通信信道建模法，设配电网混联线路的信号输入节点连接载波信源支路、第一输电支路、第二输电支路，中间节点连接第一输电支路、第二输电支路、第三输电支路、第一负荷支路，信号接收节点连接第三输电支路、第二负荷支路；建立整个网络的PLC信道模型矩阵方程式，当配电网网络结构发生改变时在原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。本发明专利技术的有益效果是该建模方法适用于辐射型网络、手拉手网络及环网等结构，当网络结构发生改变时，只需在原矩阵方程基础上，增减矩阵中的相关行与列即可得修改后的新矩阵方程，建模方法原理清晰，模型精确，计算速度快。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通信
，涉及一种基于支路追加法的配电网电力线载波通信信道建模法。
技术介绍
配电通信网作为智能配电网建设的关键技术之一，可实现对分布式电源、微网、负荷的灵活控制，提高需求侧的供电可靠性和管理水平。配电网中压电力线载波通信的实现，对于完善更灵活、更简洁的智能配电网通信网络具有重要的实际应用价值。它有利于智能配电网各种功能(如配电网负荷控制、配电网线路设备监测、故障诊断以及配电自动化等)更加便捷的实现，是一种高效益的中压电力线通信方式，而且在智能配电网中应用广泛、便于推广。由于城市中压配电网拓扑结构复杂多变，沿线跨接多各配电变压器及分支线路，且输电线路多为架空线和电缆的混合线路，使得载波信号在配电网传输过程中极易出现折反射等现象，造成载波信号的频率出现选择性衰落。因此精确地建立有效的电力线载波通信信道模型，分析载波信号传输特性，对于新一代电力线载波通信技术的发展及应用具有重大的理论意义和实用价值。目前电力线信道的建模方法分为自顶向下和自底向上两种。自顶向下法又分为两类：一类是将电力线信道看成一个整体，通过各种参数拟合算法得到所需的各种参数；另一类是将传输线系统看作一个二端口网络，通过求解传输矩阵来建立信道模型。自底向上方法的基本思想是按照网络的实际接线，考虑阻抗不匹配点的反射和衰减来建立信道模型。自顶向下方法的模型参数是通过测量拟合得到的，不能实现对信道特性的预测。自底向上方法是按照网络的实际接线，考虑阻抗不匹配点的反射和衰减来建立信道模型，该建模方法计算量大，对前行波处理时进行了很大的简化，所获得的结果存在一定误差；并且该方法只适用于辐射型网络，无法应用于手拉手网络及环形网络。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于支路追加法的配电网电力线载波通信信道建模法，解决了目前电力线信道的建模方法获得的结果误差大，无法应用于手拉手网络及环形网络，当配电网网络结构发生改变时需要重新计算，计算量大的问题。本专利技术根据配电网实际拓扑结构，利用支路追加法，逐一追加网络中的全部支路，形成整个网络信道模型矩阵方程。通过矩阵方程中各未知变量的比值关系，求解载波信号的传输函数，分析信道的传输特性。所采用的技术方案是设配电网混联线路的拓扑结构包括信号输入节点、中间节点、信号接收节点，信号输入节点连接载波信源支路、第一输电支路、第二输电支路，中间节点连接第一输电支路、第二输电支路、第三输电支路、第一负荷支路，信号接收节点连接第三输电支路、第二负荷支路；整个网络的PLC信道模型矩阵方程式为： 1 Z S 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 a 1 0 - 1 b 1 0 0 0 0 0 0 0 0 c 1 0 0 - a 1 - 1 0 0 0 0 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于支路追加法的配电网电力线载波通信信道建模法，其特征在于：设配电网混联线路的拓扑结构包括信号输入节点、中间节点、信号接收节点，信号输入节点连接载波信源支路、第一输电支路、第二输电支路，中间节点连接第一输电支路、第二输电支路、第三输电支路、第一负荷支路，信号接收节点连接第三输电支路、第二负荷支路；整个网络的PLC信道模型矩阵方程式为：1ZS00000000000-10100100000a10-1b100000000c100-a1-1000000000001101010000-100ZT1000000a20-1000b200000c200000-a2-1000000a300000-1b30000c3000000-a3-1000000000001100000000-100ZT2U1ISU2I11I12If1I21I22U3I31I32If2=US00000000000]]>其中US为载波信号的信源电压，ZS为信源及耦合设备的等效阻抗，IS为信源输入配网的电流，U1、U2、U3分别为信号输入节点、中间节点、信号接收节点的电压，I11、I12为第一输电支路两侧电流，I21、I22为第二输电支路两侧电流，I31、I32为第三输电支路两侧电流，If1为第一负荷支路的电流、If2为第二负荷支路的电流，ZT1、ZT2分别为第一负荷支路和第二负荷支路的阻抗；ai＝ch(rili)，bi＝‑ZC1sh(rili)，ci＝sh(rili)/ZC1，(i＝1、2、3…)为第i条输电线路的特性阻抗，为第i条输电线路的传播常数，li为第i条输电线路的长度，Ri、Li、Gi、Ci分别为第i条输电线路单位长度的电阻、电感、电导和电容；矩阵方程式对应AX＝B的非齐次线性方程组形式，矩阵A为该方程组的系数矩阵，矩阵X为该方程组的变量矩阵，矩阵B为常数矩阵表示载波信源的注入电压，系数矩阵A的行列式D＝|A|≠0，该非齐次线路方程组有唯一解，即：U1=D1D,U2=D2D,...,If2=D12D;]]>其中：D为系数矩阵A的行列式；Di是把系数矩阵行列式D中的第i列元素用方程组右端的常数矩阵B代替后得到的行列式；对于电力线载波信号的传输而言，信号输入节点与信号接收节点间的电压传递函数H3：H3=U3U1=D3D1,]]>PLC信道的输入阻抗R1：R1=U1I11=D1D5.]]>...

【技术特征摘要】
1.一种基于支路追加法的配电网电力线载波通信信道建模法，其特征在于：设配电网混联线路的拓扑结构包括信号输入节点、中间节点、信号接收节点，信号输入节点连接载波信源支路、第一输电支路、第二输电支路，中间节点连接第一输电支路、第二输电支路、第三输电支路、第一负荷支路，信号接收节点连接第三输电支路、第二负荷支路；整个网络的PLC信道模型矩阵方程式为： 1 Z S 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 a 1 0 - 1 b 1 0 0 0 0 0 0 0 0 c 1 0 0 - a 1 - 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 - 1 0 0 Z T 1 0 0 0 0 0 0 a 2 0 - 1 0 0 0 b 2 0 0 0 0 0 c 2 0 0 0 0 0 - a 2 - 1 0 0 0 0 0 0 a 3 0 0 0 0 0 - 1 b 3 0 0 0 0 c 3 0 0 0 0 0 0 - a 3 - 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 - 1 0 0 Z T 2 U 1 I S U 2 I 11 I 12 I f 1 I 21 I 22 U 3 I 31 I 32 I f 2 = U S 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ]]>其中US为载波信号的信源电压，ZS为信源及耦合设备的等效阻抗，IS为信源输入配网的电流，U1、U2、U3分别为信号输入节点、中间节点、信号接收节点的电压，I11、I12为第一输电支路两侧电流，I21、I22为第二输电支路两侧电流，I31、I32为第三输电支路两侧电流，If1为第一负荷支路的电流、If2为第二负荷支路的电流，ZT1、ZT2分别为第一负荷支路和第二负荷支路的阻抗；ai＝ch(rili)，bi＝-ZC1sh(rili)，ci＝sh(rili)/ZC1，(i＝1、2、3…)为第i条输电线路的特性阻抗，为第i条输电线路的传播常数，li为第i条输电线路的长度，Ri、Li、Gi、Ci分别为第i条输电线路单位长度的电阻、电感、电导和电容；矩阵方程式对应AX＝B的非齐次线性方程组形式，矩阵A为该方程组的系数矩阵，矩阵X为该方程组的变量矩阵，矩阵B为常数矩阵表示载波信源的注入电压，系数矩阵A的行列式D＝|A|≠0，该非齐次线路方程组有唯一解，即： U 1 = D 1 D , U 2 = D 2 D , ... , I f 2 = D 12 D ; ]]>其中：D为系数矩阵A的行列式；Di是把系数矩阵行列式D中的第i列元素用方程组右端的常数矩阵B代替后得到的行列式；对于电力线载波信号的传输而言，信号输入节点与信号接收节点间的电压传递函数H3： H 3 = U 3 U 1 = D 3 D 1 , ]]>PLC信道的输入阻抗R1： R 1 = U 1 I 11 = D 1 D 5 . ]]>2.按照权利要求1所述一种基于支路追加法的配电网电力线载波通信信道建模法，其特征在于：在所述配电网混联线路中间节点处增加一条等效阻抗为ZT3、电流为If3的第三负荷支路，此时，中间节点的KCL方程：I12+If1+I22+I31+If3＝0；列写第三负荷支路的VAR方程：U2＝ZT3If3，矩阵方程变为：在中间节点追加第三负荷支路后，使得原系数矩阵增加一行一列，原变量矩阵和常数矩阵分别增加一行。3.按照权利要求1所述一种基于支路追加法的配电网电力线载波通信信道建模法，其特征在于：在所述中间节点、信号接收节点之间追加第四输电支路，I41、I42为第四输电支路两侧电流，此时，修改中间节点、信号接收节点的KCL方程：I12+If1+I22+I31+I41＝0,I32+If2+I42＝0；列写第四输电支路的电压、电流电报方程：U3＝U2ch(r4l4)-I41ZC4sh(r4l4)I42＝-I41ch(r4l4)+U2sh(r4l4)/ZC4矩阵方程变为：中间节点、信号接收节点间增加一条传输线路后，使得原系数矩阵增加两行两列，原变量矩阵和常数矩阵分别增加两行。4.按照权利要求1所述一种基于支路追加法的配电网电力线载波通信信道建模法，其特征在于：在所述信号接收节点处追加第四输电支路，相当于在网络中增加了一个第四节点，第四节点电压U4，I41、I42为第四输电支路两侧电流，此时，信号接收节点的KCL方程：I32+If2+I41＝0；后分别列写第四输电支路的电压、电流电报方程及第四节点的KLC方程：U4＝U3ch(r4l4)-I41ZC4sh(r4l4)；I42＝-I41ch(r4l4)+U3sh(r4l4)/ZC4I42＝0矩阵方程变为：信号接收节点处增加第四输电支路后，使得原系数矩阵增加三行三列，原变量矩阵和常数矩阵分别增加三行。5.按照权利要求1所述一种基于支路追加法的配电网电力线载波通信信道建模法，其特征在于：设网络中减少所述第二输电支路，第二输电支路包含的只与该输电线路有关的独立未知变量为I21、I22，网络减少了2个未知变量I21、I22，分别为变量矩阵中的第7个和第8个变量，故原矩阵方程分别删除第7、8行和7、8列，矩阵方程变为： 1 Z S 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 1 0 1 0 0 0 0 0 0 a 1 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳，王东，赵洪山，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北;13