配电网双向工频通信装置的研制
一、前言
电力网是规模庞大的能源供应有线网络，利用现有的电力网作为信道，通过电力线对连接在电网上的设备设施进行监测、控制和抄录传输数据，实现数据传递、信息交换和自动控制，已经成为电网自动化的迫切需要。
由于电力线的主要功能是传送50 Hz工频电能波形，有别于光纤、同轴电缆、双绞线等专用的通信媒质，不能兼顾数据通信的技术要求。特别是低压电力线，其环境是一种恶劣的信道环境，线上存在大量噪声，负载多，配置情况复杂，信号衰减特性和干扰特性异常复杂，而且随机性、时变性大。因此通过电力线来可靠地传输数据，遥控监测远端设备，技术难度很大。目前，电力线载波通信由于电网特性参数的随机多变性、噪声干扰和负载衰减等因素，效果并不理想，特别是在电网用电高峰期，负荷较大的时候，有效通信信号完全被噪音信号所淹没，被负载吸收殆尽，无法进行正常的通信。因此如何克服电力线的特性参数随机多变性、噪声干扰和负荷衰减等因素的影响，实现高可靠性远距离的数据通信，为配电网自动化提供可靠的通信手段，成为一项具有十分挑战性的课题。
双向工频自动通信（Two Way Automatic Communication System，简称TWACS）,是近年来为了克服上述问题而提出来的一种基于电力配电网络的新型通信技术。TWACS的信号调制原理是采用工频电压基波过零调制的方法实现信号的调制和解调，其核心思想是利用电网电压和电流波形的微小畸变来携带信息。由于双向工频自动通信调制信号频率范围一般在200hz~600hz之间。因此能够直接跨变压器台区实现双方的直接通信而不需要中继环节，没有驻波和盲区现象。通信信号在远距离传输过程中，不会因线路阻抗的影响而产生太大的衰减，这是载波方法所无法比拟的。TWACS通信不需要改造现有的电力配电网络，无需增加中继环节，可以直接进行跨变压器台区通信，这种通信方式具有低成本、信号调制功率小、抗干扰能力强、信号衰减小、
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传输距离远、所需设备少的特点。适合于传输速率要求不高的远距离监测控制、自动抄录传输数据和配电网自动化等场合，可应用于集中抄表、无功补偿投切自动控制、远程负荷控制管理、电力设备监测管理等方面。具有广泛的应用前景和很高的实用价值。
二、项目研究的材料与方法
双向工频电力通信系统主要以配电网络(220V和380 V线路)为通信介质，使用50Hz作为输人输出信号的载波频率通道，利用工频电压基波过零调制的方法，形成过零点附近电网电压和电流波形的微弱畸变来携带信息，实现数字双向通信。由于调制信号频率很低，因此能够直接台区变压器下的通信，甚至能跨变压器台区实现信号的远距离传输，不需改造现有的配电网络和增加中继环节，具有抗干扰能力强、可靠性高、信号衰减小、传输距离远等特点，受线路阻抗、负荷或结构变化的影响小。适合于对传输速率要求不高的集中抄表、无功补偿投切控制、负荷控制管理、电力设备监测管理等应用领域。按照配电网应用的实际情况，双向工频电力通信系统可以分成跨变压器台区通信和不跨变压器台区通信两大类型。
本项目的技术解决方案是：双向工频自动通信（Two Way Automatic Communication System，简称TWACS）,是近年来为了克服上述问题而提出来的一种基于电力配电网络的新型通信技术。TWACS的信号调制原理是采用工频电压基波过零调制的方法实现信号的调制和解调，其核心思想是利用电网电压和电流波形的微小畸变来携带信息。由于双向工频自动通信调制信号频率范围一般在200hz~600hz之间。因此能够直接跨变压器台区实现双方的直接通信而不需要中继环节，没有驻波和盲区现象。通信信号在远距离传输过程中，不会因线路阻抗的影响而产生太大的衰减，这是载波方法所无法比拟的。TWACS通信不需要改造现有的电力配电网络，无需增加中继环节，可以直接进行跨变压器台区通信，这种通信方式具有低成本、信号调制功率小、抗干扰能力强、信号衰减小、传输距离远、所需设备少的特点。适合于传输速率要求不高的远距离监测控制、自动抄录传输数据和配电网自动化等场合，可应用于集中抄表、无功补偿投切自动控制、远程负荷控
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制管理、电力设备监测管理等方面。
三、项目研究过程 1、系统组成及基本原理
双向工频通信系统的通信区域均在配电变压器低压一侧，系统由位于配电变压器低压一侧的主机及位于用户受控端的从机模块组成，主机和从机模块间采用半双工通信模式。
主机到从机模块（下行信号）：调制信号为微弱畸变电压信号。由直接并联在配电变压器低压侧的主机可控硅调制电路进行电压过零调制产生瞬时电流脉冲，通过配变短路阻抗的效应，产生一微弱畸变电压信号叠加在220V电压上，信号随电压基波传输。用户数据采集模块通过检测电压基波的微小畸变解码，解析主机传送过来的信息，完成信息的接收。
从机模块到主机（上行信号）：调制信号仍为微弱畸变电压信号，与下行信号调制完全相同。由直接并联在配电变压器低压侧的用户采集模块可控硅调制电路进行电压过零调制产生瞬时电流脉冲，由于配变短路阻抗效应，产生一微弱畸变电压信号叠加在220V电压上，信号随电压基波传输，形成微弱畸变上行电压信号。主机通过通过检测电压基波的微小畸变解码，将该信号采集识别，完成信息的接收。
系统工作原理见图1。
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工频通信装置的研制
