一种考虑变电站拓扑结构的中压配网电力线载波通信组网方案制造技术

本发明专利技术公开了一种考虑变电站拓扑结构的中压配网电力线载波通信(Power Line Communication，PLC)组网方案，首先按照中压配网拓扑结构建立PLC网络整体架构，每条配电出线对应一个具有中继节点的“主‑从”结构PLC子网；然后确定建立节点间链路的选频过程，利用双向信道特性的不对称性加快选频速度，通过两次频点测试与简单计算完成频点优选，算法中权重系数的调整可灵活控制双向信道质量；最后在母线上装设PLC中心节点，将子网主节点设置于线路中部并完成分层搜索子网组网过程。本发明专利技术的有益效果是可减弱变电站拓扑结构对PLC系统带来的不利影响，减少载波系统节点数量，提高PLC网络性能，有利于消除PLC子网并行运行时的信道冲突。

A Power Line Carrier Communication Networking Scheme for Medium Voltage Distribution Network Considering Substation Topology

The invention discloses a power line communication (PLC) networking scheme of medium-voltage distribution network considering the topological structure of substation. Firstly, the overall structure of PLC network is established according to the topological structure of medium-voltage distribution network, and each distribution line corresponds to a \master-slave\ structure of PLC subnetwork with relay nodes. Then, the frequency selection process of establishing the link between nodes is determined, and the bidirectional method is used. The asymmetry of channel characteristics accelerates the speed of frequency selection. The optimization of frequency points is completed by two frequency point tests and simple calculation. The adjustment of weight coefficients in the algorithm can flexibly control the quality of bidirectional channel. Finally, the central node of PLC is installed on the bus, the main node of the subnet is located in the middle of the line and the process of layered search subnet formation is completed. The beneficial effect of the invention is to reduce the adverse effect of substation topology structure on the PLC system, reduce the number of carrier system nodes, improve the performance of the PLC network, and help to eliminate the channel conflict of parallel operation of the PLC subnet.

【技术实现步骤摘要】
一种考虑变电站拓扑结构的中压配网电力线载波通信组网方案
本专利技术属于电力线通信
，涉及一种考虑变电站拓扑结构的中压配网电力线载波通信组网方案。
技术介绍
随着智能配电网研究的不断深入，大数据分析技术的逐步应用，对配电通信网提出了越来越高的要求。电力线载波通信(PowerLineCommunication，PLC)技术具有天然的通信信道及应用的灵活便利性，已成为中压配电通信网重要选择，在中压配网配电自动化领域具有很强应用潜力。城市中压配网由变电站10kV或35kV侧母线引出，配电半径通常为数公里，每条母线上接有几条甚至几十条出线，每条出线上跨接多个配变与分支线路，其拓扑结构较输电线路复杂很多。这种电压等级的配网结构造成中压配网PLC自身的特殊性：既不像高压PLC那样允许沿线装设阻波器，使载波信号限定在单根线路上；也不像低压配网PLC那样网络节点密集，单跳通信距离很短。在某变电站进行的PLC装置现场实测表明：变电站拓扑结构(母线所连大量配电出线、站内无功补偿设备等)、通信频点的选择、PLC网架结构的设计等均对中压配网PLC的通信距离、通信速率有较大影响。变电站中压配电母线引出的多条出线会引起载波信号的分流，其分流作用对PLC单跳通信距离的影响归因于对其信道特性的影响，目前PLC信道特性研究多集中于电压传输特性分析，而载波通信实际传输的是功率信号，采用电压传输特性分析不够准确。对于使用正交频分复用(OFDM，orthogonalfrequencydivisionmultiplexing)技术的载波装置，子载波频点的选择对通信质量影响很大，现有OFDM子载波频点选择算法由无线通信中的自适应信道认知算法演变而来，并未考虑中压配网PLC信道的特殊性及变电站拓扑结构带来的影响。现有中压PLC组网路由算法由以太网、低压PLC路由算法演变而来，仿真算例也以最大通信距离简单界定节点间能否建立链路，并未考虑中压配网实际信道特性与母线分流作用的影响。为减弱变电站拓扑结构对中压配网PLC网络的不利影响，本专利技术提出一种考虑变电站拓扑结构的中压配网电力线载波通信组网方案：1)提出一种使用OFDM技术时建立PLC网络链路的频点选择算法，该算法以功率传输特性分析为基础，利用双向信道的不对称性提高选频速度；2)提出一种与中压配网结构相适的PLC网络架构实现方案，该网络架构减弱了变电站母线分流对PLC子网主节点通信距离的影响，有利于提高PLC网络的实时性与可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种考虑变电站拓扑结构的中压配网电力线载波通信组网方案，解决了现有PLC通信网络由于未考虑变电站母线分流作用影响，导致建立网络链路时选频速度较慢，子网内主节点通信距离较短、从节点中继次数较多，子网间信道冲突剧烈的问题。本专利技术所采用的技术方案步骤如下：步骤1：根据中压配网拓扑结构建立PLC网络整体结构从母线引出的每条中压配电出线对应一个PLC子网，PLC子网采用“一对多”的主-从结构，以子网主节点为根节点形成树状中继结构网络，所有PLC子网主节点均接入站内配电自动化系统。步骤2：建立节点间通信链路的选频过程设OFDM载波芯片允许在0～500kHZ范围内的共M个频点中选择N个作为子载波通道，并且在0～500kHZ内均匀选取N个频点作为默认频点，按以下步骤建立两节点间链路：1)第一次频点测试。指定靠近母线侧的节点a为选频发起者，在默认频点下与节点b建立初始连接后，依次在M个子载波频点发送等强度信号，节点b记录能够解析出信号的频点(记为频点集fa→b)及其信号强度。2)第二次频点测试。节点b将频点集fa→b及其信号强度通过默认频点发送至节点a，随后节点b在fa→b的各个频点处发送等强度信号，节点a记录能够解析出信号的频点(记为频点集f双向)及其信号强度。至此，节点a得到双向可通信频点集f双向及其双向通信信号强度。若f双向中频点个数n不少于N个则认为两节点间可建立链路，否则认为两节点间不可建立链路。3)对于节点a、b间可建立链路的情况，节点a从f双向中优选N个频点，并通过默认频点告知节点b，频点优选过程完成。若n＝N则无需优选，设n＞N，依次计算f双向中各频点处的频点质量qi：qi＝αqi(a→b)+βqi(b→a)，i＝1，2…n(1)式(1)中qi(a→b)、qi(b→a)分别为f双向中第i个频点处a→b的信号强度、b→a的信号强度，α、β为信号强度权重系数，α+β＝1，可根据频点优选是侧重a→b的通信质量(α取值较大)，还是侧重b→a的通信质量(β取值较大)进行灵活调整。将频点质量qi由大到小排序，优选出qi值较大的N个频点，并取这N个频点的平均频点质量作为节点a、b之间的链路质量Qa→b。步骤3：确定子网主节点位置。在变电站中压配电母线上装设PLC中心节点，用于与该母线上所接所有出线的子网主节点相通信。对于每一条配电出线，测试出线主干线路上各PLC节点与中心节点间的通信情况，选择能够与中心节点相通信并且距离中心节点最远的PLC节点作为子网主节点。步骤4：每个PLC子网在各自的子网主节点控制下进行组网。采用分层搜索组网算法，按照链路质量优化链路完成子网内组网，按以下步骤进行：1)子网主节点广播搜索命令，子网内其它节点若能够解析出此信号则回应主节点，主节点收到回应后依次建立与各个节点间的链路，本次搜索到的为第1层节点。2)在主节点控制下，第1层各节点分别搜索子网内剩余未入网节点，搜索到的节点为第2层节点。3)若存在某个第2层节点能够与多个第1层节点之间建立链路，则选择链路质量最优的1层节点作为其上级中继。4)第2层节点继续向下搜索第3层节点并选择链路。以此类推，直至子网内所有节点。本专利技术的有益效果是考虑变电站母线分流对PLC系统的影响，指定靠近母线侧为选频发起者，利用双向信道的不对称性加快选频速度；将子网主节点设置在线路中部，减弱了母线分流对子网主节点通信距离的影响。附图说明图1是中压配网典型拓扑结构；图2是节点1、2之间的双向S曲线；图3是子网主节点位于线路中部时的组网结果；图4是子网主节点位于线路出口处时的组网结果。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明。附图1给出了一个典型的城市变电站10kV侧网络拓扑结构，按照实际线路型号，电缆取为YJV22-70mm2，架空线取为JKLYJ-120mm2。母线上接有出线L1～L31以及降压变压器10kV侧等效杂散电容C杂散，并通过电缆L32接入电力补偿电容C补偿。以出线L1为研究对象，其主干由电缆(l1、l2)-架空(l3、l4)-电缆(l5、l6)三段线路串联而成，长度分别为1km、3km、1.5km，每段主干线路中部均接有一条电缆分支，分支长度均为0.5km，电缆分支及主干线路末端均接有配变。设定：1)母线右侧L2～L31的30条出线中架空线、电缆各15条，长度均为3km，末端均接有一台配变；2)电力补偿电容C补偿容量取2400kVar，通过100m电缆接入母线；3)降压变压器10kV侧等效杂散电容C杂散＝7530pF；4)所有配变取为恒定阻抗500Ω。5)PLC装置看做恒压源Es与内阻抗Zs相串联，Zs＝50Ω。按照支路追加法建立该网络的PLC信道模型，并考虑各种附加衰耗求本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑变电站拓扑结构的中压配网电力线载波通信组网方案，其特征在于按照以下步骤进行：步骤1：根据中压配网拓扑结构建立PLC网络整体结构从母线引出的每条中压配网出线对应一个PLC子网，PLC子网采用“一对多”的主‑从结构，以主节点为根节点形成树状中继结构网络，所有PLC子网主节点均接入站内配电自动化系统；步骤2：建立节点间通信链路的选频过程设OFDM载波芯片允许在0～500kHZ范围内的共M个频点中选择N个作为子载波通道，并且在0～500kHZ内均匀选取N个频点作为默认频点，通过两次频点测试完成选频；步骤3：确定子网主节点位置对于每一条配电出线，选择线路中部的一个PLC节点作为子网主节点；步骤4：每个PLC子网在各自的子网主节点控制下进行组网采用分层搜索组网算法，按照链路质量优化链路完成子网内组网。

【技术特征摘要】
1.一种考虑变电站拓扑结构的中压配网电力线载波通信组网方案，其特征在于按照以下步骤进行：步骤1：根据中压配网拓扑结构建立PLC网络整体结构从母线引出的每条中压配网出线对应一个PLC子网，PLC子网采用“一对多”的主-从结构，以主节点为根节点形成树状中继结构网络，所有PLC子网主节点均接入站内配电自动化系统；步骤2：建立节点间通信链路的选频过程设OFDM载波芯片允许在0～500kHZ范围内的共M个频点中选择N个作为子载波通道，并且在0～500kHZ内均匀选取N个频点作为默认频点，通过两次频点测试完成选频；步骤3：确定子网主节点位置对于每一条配电出线，选择线路中部的一个PLC节点作为子网主节点；步骤4：每个PLC子网在各自的子网主节点控制下进行组网采用分层搜索组网算法，按照链路质量优化链路完成子网内组网。2.按照权利要求1所述一种考虑变电站拓扑结构的中压配网电力线载波通信组网方案，其特征在于：所述步骤2中，以靠近母线一侧节点作为选频发起者，利用母线分流导致的双向信道不对称性加快选频速度。3.按照权利要求1所述一种考虑变电站拓扑结构的中压配网电力线载波通信组网方案，其特征在于：所述步骤2中，通过两次频点测试完成选频的方法如下：1)第一次频点测试；设节点a、b之间建立链路，节点a为选频发起者；在默认频点下与节点b建立初始连接后，依次在M个子载波频点发送等强度信号，节点b记录能够解析出信号的频点(记为频点集fa→b)及其信...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳，薛晨，焦彦军，
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