用电电器对低压电力线信道衰落特性的影响研究
发布时间：2020-10-28 03:45
由于电力线网络无处不在,电力线载波通信被认为是智能电网和能源互联网中最有发展前景的技术之一,具有十分巨大的市场价值。但电力线并非理想的信息传输介质,其信道特性非常复杂,表现为信道衰减严重、噪声干扰强烈、负载复杂多变。电力线载波通信技术的发展必须建立在对电力线信道特性充分了解的基础之上,而目前国内外缺乏对电力线信道负载阻抗特性的研究。此外,电力线载波通信产品的研发必须进行各种测试,但大量的现场测试会耗费巨大的人力和物力。本文以此为出发点,对用电电器负载的阻抗特性进行测量和分析,并研究用电电器负载阻抗对低压电力线载波通信信道特性的影响。此外,为给电力线载波通信产品提供更加便捷有效的测试环境,本文设计并实现了一种低压宽带电力线信道仿真器,该信道仿真器能够对接入不同用电电器负载的电力线信道场景进行模拟。首先,本文对电力线载波通信技术进行了简要的介绍并对低压电力线信道的特性进行了分析,然后对目前国内外主流的电力线信道建模方法进行了总结。其次,本文提出了一种基于矢量网络分析仪的时频二维阻抗测量方法,并通过该方法对各类用电电器的阻抗特性进行了测量和分析,结果显示不同的用电电器由于其电路结构和工作原理不同导致其呈现出不同的阻抗特性。再次,本文通过自下而上的电力线信道建模方法分析了用电电器负载对低压电力线载波通信信道特性的影响,结果表明用电电器负载是影响低压电力线载波通信信道特性的关键因素之一。最后,本文基于System Generator平台设计了一种低压宽带电力线信道仿真器并通过FPGA进行了实现,该信道仿真器不仅能够对接入了不同用电电器负载的低压宽带电力线信道场景进行模拟,还能够满足双向通信需求。该电力线信道仿真器的实现能够为电力线载波通信产品的测试提供便捷有效的硬件平台支撑。
【学位单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM73;TN913.6
【部分图文】：
通信接口机光纤专网GPRS/CDMA无线公网230MHz无线专网中压电力线载波专网道通信接口机通信接口机通信接口机集中器645规约集中器645规约专变终端645规约宽带载波宽带载波RS-485...... ...RS-485载波预付费电能表（376.1协议） 载波预付费电能表（376.1协议） 计量装置居民及低压一般工商业用户 专变用户户端
抗共同决定[42-43]。在不同的环境下，电力线网络的拓扑结构和线缆材质不尽相同，接入电网的负载也种类繁多，这导致了低压电力线网络的输入阻抗千变万化，使得信号发送端的输出阻抗难以与电力线网络的输入阻抗保持匹配，从而影响电力线信号的耦合效率，对电力线载波通信造成影响。即便在相同的环境下，接入电网的负载类型、数量以及负载的工作状态也不尽相同，这也会导致电力线网络的输入阻抗发生变化，影响电力线信道的传输特性。其中各类用电电器负载的随机接入切出和工作状态的变化是造成特定场景下的电力线网络输入阻抗发生变化的主要原因。文献[34]指出不同类型的用电电器具有不同的阻抗特性，其中加热类电器主要呈现为纯阻性负载，开关电源类用电电器主要呈现为容性负载，电机类用电电器主要呈现为感性负载。图 2.2 给出了部分用电电器在 2MHz-30MHz 的阻抗测量结果图，为了排除外界环境对测量结果的干扰，所有测量均在屏蔽暗室内进行。
图 2. 4 负载阻抗与输入阻抗之间的关系2.2 自上而下的电力线信道模型最早采用的自上而下的电力线信道模型是1999年Philipps H在文献[17]中提出的多径传输模型。由于高频电力线载波信号会在阻抗不匹配的电力线节点处发生折射和反射等现象，导致信号发送端发送的电力线载波信号会经过多条路径到达信号接收端，而电力线载波信号经过不同的路径到达信号接收端时，其衰减和时延各不相同，信号接收端接收到的信号是经过各条路径之后到达信号接收端的信号的叠加。电力线载波信号经过的每条路径可以通过时延 和复因子 进行表示，所以电力线多径传输模型的时域表达式可以通过如下公式进行描述：1( ) ( )iiNjiih t e t ρ δ τ== ∑ (2.12)
【参考文献】
本文编号：2859533
【学位单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM73;TN913.6
【部分图文】：
通信接口机光纤专网GPRS/CDMA无线公网230MHz无线专网中压电力线载波专网道通信接口机通信接口机通信接口机集中器645规约集中器645规约专变终端645规约宽带载波宽带载波RS-485...... ...RS-485载波预付费电能表（376.1协议） 载波预付费电能表（376.1协议） 计量装置居民及低压一般工商业用户 专变用户户端
抗共同决定[42-43]。在不同的环境下，电力线网络的拓扑结构和线缆材质不尽相同，接入电网的负载也种类繁多，这导致了低压电力线网络的输入阻抗千变万化，使得信号发送端的输出阻抗难以与电力线网络的输入阻抗保持匹配，从而影响电力线信号的耦合效率，对电力线载波通信造成影响。即便在相同的环境下，接入电网的负载类型、数量以及负载的工作状态也不尽相同，这也会导致电力线网络的输入阻抗发生变化，影响电力线信道的传输特性。其中各类用电电器负载的随机接入切出和工作状态的变化是造成特定场景下的电力线网络输入阻抗发生变化的主要原因。文献[34]指出不同类型的用电电器具有不同的阻抗特性，其中加热类电器主要呈现为纯阻性负载，开关电源类用电电器主要呈现为容性负载，电机类用电电器主要呈现为感性负载。图 2.2 给出了部分用电电器在 2MHz-30MHz 的阻抗测量结果图，为了排除外界环境对测量结果的干扰，所有测量均在屏蔽暗室内进行。
图 2. 4 负载阻抗与输入阻抗之间的关系2.2 自上而下的电力线信道模型最早采用的自上而下的电力线信道模型是1999年Philipps H在文献[17]中提出的多径传输模型。由于高频电力线载波信号会在阻抗不匹配的电力线节点处发生折射和反射等现象，导致信号发送端发送的电力线载波信号会经过多条路径到达信号接收端，而电力线载波信号经过不同的路径到达信号接收端时，其衰减和时延各不相同，信号接收端接收到的信号是经过各条路径之后到达信号接收端的信号的叠加。电力线载波信号经过的每条路径可以通过时延 和复因子 进行表示，所以电力线多径传输模型的时域表达式可以通过如下公式进行描述：1( ) ( )iiNjiih t e t ρ δ τ== ∑ (2.12)
【参考文献】
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本文编号：2859533
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