可控电信号技术在低压电力线呼叫系统中的应用研究.pdf

第４０卷第２１期２０１２年１１月１日电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＶｌ０１．４０Ｎｏ．２１ＮＯＶ．１，２０１２可控电信号技术在低压电力线呼叫系统中的应用研究雍静，牛亮亮（输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学），重庆４０００３０）摘要：提出一种全新而有效地将可控电信号技术实施在低压电力线上的呼叫系统方案。在需要发出呼叫请求的终端利用晶闸管对系统电源造成可控短路，从而通过电网电压波形的畸变来携带信息，在接收端对信息进行提取和识别，并在此基础上对请求端作出定位，以此来实现请求端对接收端的呼叫功能。通过理论、仿真和实验分析对方案的可行性进行了论证，得出信号强度和频率随系统及线路参数的变化特点，给出了晶闸管触发角最为合适的工作参数，对信号的检测算法进行分析，并得出可以对信号作出判别的有效判据关键词：呼叫系统；可控电信号：电力线路；低压系统ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎａｃａｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅｖｏｌｔａｇｅｓｉｇｎａｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅＹＯＮＧＪｉｎｇ，ＮＩＵＬｉａｎｇ－ｌｉａｎｇ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｏｗｅｒＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔ＆ＳｙｓｔｅｍＳｅｃｕｒｉｔｙａｎｄＮｅｗＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ），Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００３０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｅｗａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｃａｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓｃｈｅｍｅｗｈｉｃｈｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅｖｏｌｔａｇｅｓｉｇｎａｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｎｔｏｌｏｗ．ｖｏｌｔａｇｅｓｙｓｔｅｍｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｉｔｍａｋｅｓａｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅｓｈｏｒｔ－ｃｉｒｃｕｉｔｔｏｐｏｗｅｒｂｙｔｈｙｒｉｓｔｏｒａｔｔｈｅｔｅｒｍｉｎａｌｗｈｉｃｈｎｅｅｄｓｔｏｒｅｑｕｅｓｔａｃａｌ１．Ｔｈｅｃａｌｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｓｃａｒｒｉｅｄｂｙｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｗａｖｅｆｏｒｍｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ．Ｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｓｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄａｎｄｅｘｔｒａｃｔｅｄａｔｔｈｅｒｅｃｅｉｖｅｒ，ｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｄｅｎｄｉｓｌｏｃａｔｅｄａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｔｈｅｎｔｈｅｃａｌｌｆｕｎｃｔｉｏｎｉｓｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｓｃｈｅｍｅｉｓｅｖａｌｕａｔｅｄｕｓｉｎｇａｎａｌｙｔｉｃａｌ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｆｉｅｌｄｔｅｓｔｓ．Ｔｈｅｃｈａｎｇｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｗｈｉｃｈｓｙｓｔｅｍａｎｄｌｉｎｅｉｍｐｅｄａｎｃｅａｒｅｔｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒｓｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｓｉｇｎａｌｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄ￣ｅｑｕｅｎｃｙａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ａｓｕｉｔａｂｌｅｆｉｒｉｎｇａｎｇｌｅｆｕｒｔｈｅｔｈｙｒｉｓｔｏｒｉｓｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅｃｒｉｔｅｒｉｏｎｏｆｔｈｅｓｉｇｎａｌｓｄｅｔｅｃｔｉｏｎｉｓａｌｓｏｏｂｔａｉｎｅｄａｎｄｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｉｎｌａｂ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ；ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅｖｏｌｔａｇｅｓｉｇｎａｌ；ｐｏｗｅｒｌｉｎｅｓ；ｌｏｗ－ｖｏｌｔａｇｅｓｙｓｔｅｍ中图分类号：ＴＭ７３文献标识码：Ａ文章编号：１６７４．３４１５（２０１２）２１．００６７．０７０引言呼叫系统在服务行业中应用广泛，呼叫系统的有无以及好坏，对人们的生活质量会产生很大影响，有时甚至会危及人们的生命。传统的呼叫系统普遍采用专用线路传输方式，此类呼叫系统需另外布线，一个呼叫终端设置一根专线，造成其布线安装繁琐，维护不便，性价比很低［１ｌ。由于传统呼叫系统的种种局限，出现了无线式呼叫系统，其通过无线信号发射模块发出呼叫信号基金项目：中央高校基本科研业务费资助（ＣＤＪＸＳ１１１５００２０）；输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室自主研究项目（２００７ＤＡ１０５１２７０９３０１）传输至信息处理中心，经处理后发送至大屏幕显示板。无线式呼叫系统虽然不存在布线问题，但它的可靠性差，而且无线电波会给其他设备带来干扰，尤其在医院中，有时会危及到人的生命，所以目前无线呼叫系统的使用也受到限制Ｌ２Ｊ。基于上述情况，近年来有学者提出了基于电力线载波技术的呼叫系统。低压电力线载波通信是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术，其最大特点是不需要重新架设传输网络，只要有电线，就能进行数据传递ｐ。但由于低压配电网直接面向用户，这一固有的特点使其通信环境极其恶劣，如：负荷情况复杂，噪声干扰强且具有时变性，信号衰减大，信道容量小等［。因此，要实现高性能的低压电力线载波通信有相当大的困难。．６８一电力系统保护与控制可控电信号技术是电力电子技术应用的一个新的研究领域，目前已在电力系统实时监测方面得到较大应用［６Ｊ川。本文利用可控电信号技术并对其思想进行延伸及改进，以此来完成呼叫系统的设计，使其在信息接收中心得到呼叫请求的同时也能对请求端作出定位。论文分别从实施原理、系统参数、信号特点及检测算法方面分析该方法的可行性。１实施原理本文所述呼叫系统采用一种可控电信号技术来得以实现，其核心思想是利用电网电压波形的畸变来携带信息：以低压配电线路作为通信信号的载体，通过控制末端信号发送装置，将信号叠加在基波电压上，在首端利用信号接收装置对电压波形中包含的信号进行识别，并且在识别的基础上对末端信号源作出定位，以此来实现末端对首端的呼叫功能。典型实施方案如图１所示。该实施方案包括既有低压电力线路、通过插座安装连接的即插即用末端信号发送装置和首端信号接收装置。图１呼叫系统典型实施方案Ｆｉｇ．１Ｔｙｐｉｃａｌｓｃｈｅｍｅｏｆｃａｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ１．１可控电信号发送装置将电源在电压正向过零点前后的一小段时间里进行短路，进而造成电压波形的失真，即通过对电源进行可控短路来实现信号的发送。可控电信号发送装置置于需要作出呼叫请求的线路末端，可做成一个即插即用模块通过末端插座与系统相连，装置的结构如图２（ａ）所示。由于晶闸管具有价格便宜、触发角可控的特点，故将其作为产生可控电信号的元件，ＣＬｅＦ还包括晶闸管控制器和电压检测装置。调整晶闸管的触发角使其在电压过零前的一段时间开始导通，所得到的晶闸管端电压波形如图２）所示。可以灵活控制晶闸管的导通方式。首先，在满足系统电能质量的同时可尽可能减小晶闸管的触发角，以产生特征明显利于检测的信号。另一方面，还可以灵活控制晶闸管的导通频率，将可控电信号最终转换为一系列不同的二进制码，使其载入各个呼叫源的地址信息，以实现对呼叫源的定位。Ｃａ）呵控电信号发送装鬣结构（ｂ）产生波形图２可控电信号发送装置结构及产生的波形图Ｆｉｇ．２Ｓｔｍｃｍｒｅｏｆｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅｓｉｇｎａｌ－ｓｅｎｄｉｎｇｄｅｖｉｃｅａｎｄｒｅｓｕｌｔｉｎｇｗａｖｅｆｏｒｍ１．２信号接收装置信号接收装置安装于呼叫系统所辖范围的配电箱进线侧，即将来服务台所处点，用于检测系统中是否有呼叫请求发出，并对呼叫源进行定位，其内部结构如图３所示。ｊ首端信号：接收装置图３信号接收装置结构Ｆｉｇ．３Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｉｇｎａｌｒｅｃｅｉｖｅｒ本方案的一个重要特点在于信号是通过两个相邻周期的电压波形相减得到的。如图４所示，以两个工频周期为一个单位，控制晶闸管的通断，仅将两个相邻周期电压中的一个进行失真处理，这样，两个相邻电压波形相减即得到所要提取的信号，以此“”来表示二进制数字１；如果相邻两个周期中均无“”电压失真，则表示无信号发出，用二进制数字０来表示。每个单位可表示一位二进制码，连续几个周期进行信号调制，则可产生一串多位二进制码，通过对每串二进制码进行编码，用不同的编码来表示不同的呼叫源地址，从而可以根据译码信息对不同的呼叫源作出定位。例如８位二进制码最多可表示图４用相减法来提取信号Ｆｉｇ．４Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｓｉｇｎａｌｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ雍静，等可控电信号技术在低压电力线呼叫系统中的应用研究—一６９２个呼叫源，每次发信号需占用１６个工频周期，即一０．３２ｓ。为了便于对呼叫源的地址编码信号进行识别，将二进制编码的首位作为信号传入的标码位，本文“”称其为首码，其不作为数据位进行译码，将其“”始终设置为１。当信号接收装置检测到首码出现时说明有呼叫源发出信号。一个包含８位数据位及一位首码位的二进制编码如图５所示，其最多可表示２个呼叫源，在实际运用时可根据呼叫源的多少来增减数据位的长度。’首码数据位图５呼叫源地址编码结构Ｆｉｇ．５Ｃｏｄｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｃａｌｌｓｏｕｒｃｅ系统中连接有多个呼叫源，为了避免两个或两个以上呼叫源同时发出呼叫请求时造成的首端误检测，为每个呼叫源处的信号发送装置设置一个标志“”位，其初始状态为０。当系统中有呼叫信号时，连接在系统中的信号发送装置通过检测后均将自身“”的标志位设置为１，并延续一小段时间，此段时问可固定为地址编码所占用的时ＩＮＴ，例如，图５中的地址编码所对应的时间为Ｔ＝０．３６ｓ。本研究采用排队式信号发送模式：当呼叫源处有呼叫请求时，其信号发送装置先检测自身的标志位，若标志位为“”０，说明系统中此时无信号进行传送，信号正常“”发送；若标志位为１，说明此时系统中有信号在进行传送，排队等候时间再次对标志位进行检“”测，判别依据与前述过程相同，直到检测到０标志位时才发出信号。１．３呼叫系统实施流程呼叫系统的实施流程图如图６所示。首先，信号发送端通过电压检测装置检测线路上是否承载有信号，若有信号在传送，则延迟预设时间再进行检测；若无信号在传送，则通过控制晶闸管向线路中加载本发送端的地址信号。接着，信号接收端对线路进行循环检测，若检测到有信号传入，则对其进行提取、转换和译码，并通过显示器显示出来，同时发出音频信号通知工作人员进行响应，完成呼叫过程。本研究所提方案的明显优势在于：“”１）代表二进制数字１的有用信号是相邻两周期电压波形相减后得到的，由于两相邻周期相隔时问极短，相减后会消除背景噪声对有用信号的干扰；线路是否承载信号／／＼／是进行显示、响应ｌ图６呼叫系统实施流程图Ｆｉｇ．６Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃａｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ２）利用现有的电力线路进行数据传输，信号发送端采用即插即用的发送装置，更加经济、简单易行；３）电信号产生时间及特征可控，既可使系统响应具有预见性，同时也更容易被识别。２晶闸管参数确定本方案的核心思想是通过对电源的可控短路来实现信号在线路中的加载，与晶闸管触发角大小相对应的是对电源短路时间的长短，因此晶闸管触发角不可随意设置。其设置下限应满足相关标准对电能质量的要求，上限应使得信号被有效识别。ＩＥＥＥ标准化协调委员会认为：合格电能质量的概念是指给敏感设备提供的电力和设置的接地系统均是适合于该设备正常工作的１１。电能质量的实质是电压质量，评价电能质量的主要指标有电压偏差、电压波动和闪变、三相电压不对称度、谐波和频率偏差＿】引。本研究中，根据系统电压失真的特点，主要从电压波动和谐波两方面来进行分析。在有效值为２２０Ｖ的标准电压波形基础上实施信号加载，通过Ｍａｔｌａｂ进行仿真及计算。为了便于实施，控制晶闸管的触发角５。间隔进行变动，分别对１６０。、１６５。、１７０。、１７５。的情况进行了分析，所得结果如表ｌ所示。ＧＢ１２３２６．２００８中规定，电压波动用电压变动ｄ和电压变动频度ｒ两个指标来衡量Ｌ１引。电压变动ｄ是指电压方均根值曲线（将每半个基波电压周期方均根值与时间的关系绘制成的曲线）上相邻两个极．７０．电力系统保护与控制值和ｉ之差对系统标称电压的百分数，即：—Ｕｍ＿ａｘ－－－Ｕｍｉｎ×１００％（１）Ｎ。本研究中的电压波动具有随机不规则性，故不考虑，。对于低压系统中的随机性不规则电压波动，表１中给出了电压变动限值及在各触发角下造成的电压变动大小。可以看出表中所列晶闸管触发角情况下，电压变动均符合标准要求。表１晶闸管在不同触发角情况下对电能质量的影响ＴａｂｌｅｌＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙｗｈｅｎｔｈｙｒｉｓｔｏｒａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｉｒｉｎｇａｎｇｌｅｓＧＢ１４５４９．９３关于电网谐波电压主要从电压总谐波畸变率、奇次和偶次谐波电压含有率三个方面来加以限定ｌｌ，其限值及各个触发角下的值如表１所示。由表１可知，只有当晶闸管触发角１７０。时才符合国标对于电压谐波方面的要求。由上述分析知，当晶闸管以１７０。及以上触发角运行时，可满足相关标准对电能质量的要求。触发角上限的确定依据是使得信号能够被有效识别，这会涉及到信号的检测算法，因此，本参数将会在第４节检测算法分析中，通过模拟实验进行说明。３信号特点分析３．１信号理论表达式的寻求为了寻求信号的理论表达式，一个典型的系统结构如图７所示。负载１信号发送装嚣负载２负载３图７典型的系统结构图Ｆｉｇ．７Ａｔｙｐｉｃａｌｃａｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ信号发送装置置于线路中间，其上下游均有带负载的插座，假设在信号发送装置没有工作时其两端的电压为Ｕｏ＝４２【，Ｎｓｉｎ（２）式中，为信号发送装置处的额定电压有效值。当信号发送装置工作时，其两端的实际电压如图８中虚线所示，利用相减法所提取出的信号波形ｉｌ如图８中实线所示。图８信号发送装置工作时其两端实际电压及所提取出的信号波形图Ｆｉｇ．８Ｗａｖｅｆｏｒｍｓｏｆｔｈｅｅｘｔｒａｃｔｅｄｓｉｇｎａｌａｎｄｔｈｅａｃｔｕａｌｖｏｌｔａｇｅ—ｏｆｔｈｅｓｉｇｎａｌｓｅｎｄｉｎｇｄｅｖｉｃｅｗｈｉｃｈｉｓｗｏｒｋｉｎｇ根据电路的等效替代定理，所需信号的获取过程相当于在信号发送装置处加入一虚拟电压源，同时将系统电源取消，原系统中利用相减法在各处所提取的信号，相当于在新的等效电路中，在虚拟电压源激励下所求得的各处电压值。图７所示系统的等效电路图如图９所示。为了简化分析，信号发送装置上游处的负载１以及系统和线路的电阻全部忽略。墨、１、２、３、４、５分别为系统及各条线路所对应的正序感抗，Ｚｄｚ、Ｚｄ３为下游两负载的阻抗，Ｕｏ。ｉｇｎａｌ、Ｕ１。ｉｇｎａｌ、ｕ２。ｉｇｎａ１分别为与原系统中所对应的３处所提取出的电压信号值。ｌ蜀２蜀３４图９等效电路图Ｆｉｇ．９Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｄｉａｇｒａｍ若信号发送装置中的晶闸管以触发角碍通，则信号发送装置处所提取出的信号表达式为Ｕｏｓｉｇｎａｌ＝∈４２ＵＮｓｉｎ（＿ａｔ，［７ｃ十】（３）上游所提取出的信号表达式为雍静，等可控电信号技术在低压电力线呼叫系统中的应用研究ｒｒｓｒ一ｇｎ一Ｕｏ＿ｇｎ一广＿“ｆ４）Ｌｓｉｎ，∈聊＋］一ｓ＋ｌ１＋ｌ２由于线路感抗３、４与负载阻抗Ｚｄ２、Ｚｄ３相比非常小，故下游所提取出的信号。ｉｌ基本接近≈于ｌ０＿ｓｉｇｎａ１，即ｕ２＿ｓｉｇｎａｌｕｏｓｉｇｎａ１。由公式（４）知，上游信号受系统及线路感抗的影响，会有所衰减，为了对其受扰情况进行直观地分析，定义信号强度ｋ为所分析信号的峰值与信号发送装置处载波信号峰值的比值，即：：【，０＿ｐ。ａｋ十五１＋×１００％（５）其中，Ｌｐ。ａｋ＝ｉｎＳ。Ｔ．ｎ１１Ｔ１２当系统及线路的电阻成分不可忽略时，上述表达式需变化，但其方法依然适用。３．２信号的受扰因素分析通过Ｍａｔｌａｂ仿真对系统及线路阻抗对上游信号的影响进行分析。仿真模型依据图７所示的系统结构来建立，系统中各元件的参数如下：电源为ＡＣ２２０Ｖ，５０Ｈｚ；系统阻抗由高压侧系统、变压器和母线阻抗组成，各部分均取典型值，得Ｚｓ＝２．９５＋ｊ１３．３８ｍＱ；线路采用交联聚氯乙烯导线，截面选５０ｍｍ，单位阻抗为１．０５３＋ｊｏ．１５８ｍｆ￣／ｍ，线路１长度设为１００ｍ，其余均为１０ｍ；由于负载对信号影响很小，系统中所涉及的３个负载均用２００ｗ的纯阻性负载代替；对信号发送装置中的晶闸管触发角为１７０。和１７５。的情况分别进行分析。以上述仿真数据作为基准值，在此基础上对系统及线路阻抗值进行变动，分别分析两者对上游信号强度ｋ及信号频率厂的影响，其中，线路阻抗主要考虑线路１阻抗Ｚ１的变化。上游信号强度ｋ受系统参数的影响如图１０所示。由图１Ｏ可知，１７０ｏ触发角时的信号强度要普遍大于１７５。。ｋ随系统阻抗的增大而增大，随线路阻抗的增大而减小，但变化幅度相差不大。系统阻抗越大、线路越短，ｋ越大，越容易被识别。上游信号频率厂受系统参数的影响如图１１所示。厂利用所分析信号持续的时间段长度来计算。由图１１可知，相比线路阻抗，系统阻抗对厂影响更大。１７０。触发角时，厂的范围分布在６００￣９５０Ｈｚ；１７５。触发角时，厂的范围分布在１０００１９００Ｈｚ。参数／％参数／％（ａ】１７（１。角虫发角（ｂ１１７５。触发角图１０不同触发角情况下信号强度受系统参数的影响Ｆｉｇ．１０Ｓｉｇｎａｌｓｔｒｅｎｇｔｈｓａｓａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｓｙｓｔｅｍｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｉｒｉｎｇａｎｇｌｅｓ参数／％参数／％（ａ）Ｉ７０。触发角（ｂｊＩ７５。触发角图１１不同触发角情况下信号频率受系统参数的影响Ｆｉｇ．１１Ｓｉｇｎａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓａｓａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｓｙｓｔｅｍｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｉｒｉｎｇａｎｇｌｅｓ４检测算法分析４．１实验装置两个相邻电压波形相减得到待分析信号后，采“”“”用何种指标对信号１或０进行有效判别至关重要。为此，本研究采用模拟实验取得发送信号，在此基础上对几种检测算法进行分析，所设计的模拟实验如下。上游处电压探头测…Ｌ一………－－一Ｉ信号发送装嚣ｆａ）实验原理图（ｂ）信号发送装置图１２实验原理及实物图Ｆｉｇ．１２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｅｑｕｉｐｍｅｎｔ图１２所示为实验原理及实物图，其中图１２（ａ）为实验原理图。信号发送装置经长约１５０ｍ线路连接在电源两端，分别对信号发送装置处、上游处接收到的信号进行考察，即Ｕｏ＿ｓｉｇｎ１和Ｕ１＿ｓｉｇｎａｌ。数据采集部分均利用ＮＩｃＤＡＱ．９１７４、ＮＩ９２１５模块作为一７２．电力系统保护与控制硬件，利用电压探头分别对两处的电压进行测取，在ＰＣ机上利用ＬａｂＶＩＥＷ８．５编写程序作为软件来对电压波形进行记录，采样频率设为１２．８ｋＨｚ。实验中的信号发送装置由晶闸管及其控制电路组成，其外观结构如图１２（ｂ）所示。将晶闸管的触发角微为１７０。、１７５。分别进行分析。４．２实验结果及检测算法分析由于信号的载入是处于每个周期中１８０。前后的一小部分，为了减小噪声对信号检测的影响，在每次相减所得到的信号中，用一个长半个工频周期的窗将其９０。～２７０。部分原样取出用于分析。当１７０。时，实验所得信号发送装置处的电压波形及利用相减法提取出的信号如图ｌ３所示，在图１３（ａ）第一个周期中载入信号。图１３（ｂ）所示信号前半部分为图１３（ａ）中前两个周期波形相减所得，后半部分为图１３（ａ中后两个周期波形相减所得。４００２０００２ｏｏ４００６０４０２ＯＯ２０ｔ／ｓｆａ）相减前的电压波形６ｆｌＷｉｎｄｏｗｓ（９０。～２７０。）ｌ—————一ｒ０～ｈ００００．０ｌ０．０２００３００４ｓ（ｂ）相减后的信号波形图１３１７０。时信号发送端的电压及所取信号波形图Ｆｉｇ．１３Ｗａｖｅｆｏｒｍｓｏｆｔｈｅｖｏｌｔａｇｅａｔｓｉｇｎａｌ－ｓｅｎｄｉｎｇｔｅｒｍｉｎａｌａｎｄｔｈｅｅｘｔｒａｃｔｅｄｓｉｇｎａｌｗｈｅｎ６＝１７０。由前述仿真分析知，所取信号的频率会受系统及线路参数的影响，１７０ｏ时，厂的范围分布在６００９５０Ｈｚ；１７５。时，厂的范围分布在１０００１９００Ｈｚ。因此，可以仅将此频率范围内的频谱分量值取出进行运算来作为特征值，即。ｈ。在对信号进行分析时所取的信号总长度为Ｏ．０１Ｓ，频谱分析时基波频率选为１００Ｈｚ，故１７０。时，将５～９次谐波分量值取出进行计算作为特征值，即，。＝（６）１７５。时，将ｌ３～ｌ７次谐波分量值取出进行计算作为特征值，即Ｕｒｍ。：（７）设置阈值ｈｔｈｒ，当ｈ＞。ｈｔｈｒ时为有信号情况；。ｈ＜ｈ＿ｔｈ时为无信号情况。所得结果如图１４所示。由于远离信号发送装置，上游处接收到的信号会有所消弱，因此上游处信号的检测应作为最不利情况考虑，分析结果如图１４（ａ）所示。ｌ口有信号Ｉ无信号Ｉｊ１７０１７５触发角）ｆａ）上游处—Ｌ＿＿＿有信号ＩＩ无信号＿＿Ｉ・＿ｆＪ１７０ｌ７５触发角／）ｆｂ）信号发送装置处‰图１４实验中各种情况－ＦＩ￣￣Ｊ。ｈ值Ｆｉｇ．１４Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖａｌｕｅｓｏｆ己ｈｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｓｅｓ≥由分析结果知，在保证电能质量（触发角１７０。）的前提下，有、无信号时特征值。ｈ的差别，在１７０。触发角下要明显大于１７５。，故将微为１７０。更为合适。１７０。时，上游处有、无信号时的。ｈ值分别为５．３２Ｖ、０．２５Ｖ，信号发送装置处分别为７．５２Ｖ、０．２６Ｖ，即有信号时的ｈ值总是远大于１Ｖ，无信号时的ｈ值总是远小于１Ｖ，故可将ｈｔｈｒ＝ｌＶ作为判别信号有无的一个阈值。本检测算法对信号的处理相当于加了一个滤波器，滤除了其中的低频与高频成分，减少了噪声对信号判别的影响，检测效果较以往的算法要好ｌｌ。５结论本文将可控电信号技术用于呼叫系统，提出一种新型的呼叫系统方案：以低压配电线路作为通信信号的载体，通过控制末端信号发送装置，将信号叠加在基波电压上，在首端利用信号接收装置对电压波形中包含的信号进行识别，并在此基础上对末端信号源作出定位，以此来实现末端对首端的呼叫功能。通过仿真对信号特点进行了分析，得出信号强度和频率会随系统及线路参数的变化而改变。对信号发送装置的参数进行了分析，得出晶闸管最为合适的工作状态为触发角１７０ｏ。提出一种有效的信号检测算法，通过模拟实验得出可将乙，ｍ。ｈｔｈｒ＝＝１ｖ作为判别信号有无的一个阂值。为了将本研究所提出的方案加以推广利用，接下来的工作中将从简单性、实用性和经济性角度出发，对信号发送与接收装置进行更进一步的研究。８６４２Ｏ之Ｊ门雍静，等可控电信号技术在低压电力线呼叫系统中的应用研究．７３．参考文献［１］熊甲，雷英俊，徐敏，等．基于低压电力线的病房呼叫系统［Ｊ１．医疗卫生装备，２００９，３０（１１）：４－６．ＸＩＯＮＧＰｉｎｇ，ＬＥＩＹｉｎｇ￣ｕｎ，ＸＵＭｉｎ，ｅｔａ１．Ｗａｒｄｃａｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｐｏｗｅｒｌｉｎｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＭｅｄｉｃａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＪｏｕｒｎａｌ，２００９，３０（１１１：４－６．［２］邬春明，王艳茹．基于低压电力线载波技术的病房呼叫系统［ＪＪ．电子技术应用，２００５，３１（９）：６０．６３．——ＷＵＣｈｕｎｍｉｎｇ．ＷＡＮＧＹａｈｒｕ．Ｃａｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎ—ｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｐｏｗｅｒｃａｇｉｅｒｔｅｃｈｎｉｑｕｅ［Ｊ】．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆ—ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｉｑｕｅ，２００５，３１（９）：６０６３．［３］陈风，郑文刚，申长军，等．低压电力线载波通信技术及应用【Ｊ】．电力系统保护与控制，２００９，３７（２２）：１８８．１９５．—ＣＨＥＮＦｅｎｇ，ＺＨＥＮＧＷｅｎｇａｎｇ，ＳＨＥＮＣｈａｎｇ￣ｕｎ，ｅｔａ１．Ｌｏｗ－ｖｏｌｔａｇｅｐｏｗｅｒｌｉｎｅｃａｒｒｉｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ—ＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２００９，３７（２２）：１８８１９５．［４］张尧，任登峰，张安琳，等．基于Ｚｉｇｂｅｅ技术的无线一低压载波通信系统设计方案［Ｊ］．电力系统保护与控带』，２０１０，３８（１０）：１１０．１１３．——ＺＨＡＮＧＹａｏ，ＲＥＮＤｅｎｇｆｅｎｇ，ＺＨＡＮＧＡｎｌｉｎ，ｅｔａ１．Ａ—ｓｏｌｕｔｉｏｎｆｏｒｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｃａｒｒｉｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＺｉｇｂｅｅｗｉｒｅｌｅｓｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ】．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ—ＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１０，３８（１０）：１１０１１３．［５］ＦｅｒｒｅｉｒａＨＣ，ＧｒｏｖｅＨＭ，ＨｏｏＯｅｎＯ，ｅｔａ１．Ｐｏｗｅｒｌｉｎｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ：ａｎｏｖｅｒｖｉｅｗ［Ｊ】．ＩＥＥＥＡＦＲＩＣＯＮ４ｔｈ，１９９６，２：５５８．５６３．［６］陈晓辉，杨凌霄．双向工频通信信号在配电网中传输特性的仿真分析［Ｊ］．继电器，２００６，３４（１１）：４０．４３．——ＣＨＥＮＸｉａｏ－ｈｕｉ，ＹＡＮＧＬｉｎｇｘｉａｏ．Ｔｗｏｗａｙｐｏｗｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ（ＴＷＡＣＳ）ｓｉｇｎａｌｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ】．Ｒｅｌａｙ，２００６，３４（１１）：４０－４３．［７］ＬｏｎｇＸ，ＸｕＷ，ＬｉＹＷ．Ａｎｅｗｔｅｃｈｎｉｑｕｅｔｏｄｅｔｅｃｔｆａｕｌｔｓ—ｉｎｄｅｅｎｅｒｇｉｚｅｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｆｅｅｄｅｒｓ－－ｐａｒｔｈｓｃｈｅｍｅａｎｄａｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｆａｕｌｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓｏｎＰｏｗｅｒ—Ｄｅｌｉｖｅｒｙ，２０１１，２６（３）：１８９３１９０１．［８］ＸｕＷ，ＺｈａｎｇＧＢ，ＬｉＣ，ｅｔａ１．Ａｐｏｗｅｒｌｉｎｅｓｉｇｎａｌｉｎｇｂａｓｅｄｔｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒａｎｔｉ－ｉｓｌａｎｄｉｎｇｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆ—ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｇｅｎｅｒａｔｏｒｓｐａｒｔＩ：ｓｃｈｅｍｅａｎｄａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓｏｎＰｏｗｅｒＤｅｌｉｖｅｒｙ，２００７，２２ｆ３）：１７５８一ｌ７６６．［９］ＷａｎｇＷＣ，ＺｈｕＫ，ＺｈａｎｇＰ，ｅｔａ１．Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆａｕｌｔｅｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｌｉｎｅｕｓｉｎｇｔｈｙｒｉｓｔｏｒ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｇｒｏｕｎｄｉｎｇ［Ｊ】．ＩＥＥＥＴｒａｎｓｏｎＰｏｗｅｒＤｅｌｉｖｅｒｙ，２００９，—２４（１１：５２６０．［１０］谢倩，陈劲操．用于电能质量分析的模拟电网信号发生器设计［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１０，３８（１６）：—ｌ３７１４２，１４９．—ＸＩＥＱｉａｎ，ＣＨＥＮＪｉｎｃａｏ．Ｄｅｓｉｇｎｏｆａｇｅｎｅｒａｔｏｒｐｒｏｄｕｃｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｅｄｓｉｇｎａｌｓｏｆｔｈｅｐｏｗｅｒｇｒｉｄｆｏｒｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄ—Ｃｏｎｔｒｏｌ，２０１０，３８（１６）：ｌ３７１４２，１４９．［１１］肖湘宁，徐永海．电能质量问题剖析［Ｊ】．电网技术，—２００１，２５（３）：６６６９．—ＸＩＡＯＸｉａｎｇ－ｎｉｎｇ，ＸＵＹｏｎｇｈａｉ．Ｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｉｔｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ［Ｊ】．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，—２００１，２５（３）：６６６９．［１２］雍静．供配电系统【Ｍ】．北京：机械工业出版社，２００３．ＹＯＮＧＪｉｎｇ．Ｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＭａｃｈｉｎｅＰｒｅｓｓ，２００３．［１３］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．ＧＢ／Ｔ—１２３２６２００８电能质量电压波动和闪变【ｓ］．北京：中国标准出版社，２００９．ＧｅｎｅｒａｌＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎｏｆＱｕａｌｉｔｙＳｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ，’ＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎａｎｄＱｕａｒａｎｔｉｎｅｏｆｔｈｅＰｅｏｐｌｅｓＲｅｐｕｂｌｉｃｏｆ——Ｃｈｉｎａ．ＧＢ／Ｔ１２３２６２００８Ｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙｖｏｌｔａｇｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎａｎｄｆｌｉｃｋｅｒ［Ｓ】．Ｂｅｒｉｎｇ：ＣｈｉｎａＳｔａｎｄａｒｄＰｒｅｓｓ，２００９．［１４］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．ＧＢ／Ｔ１４５４９．９３电能质量公用电网谐波［ｓ】．北京：中国标准出版社，１９９４．ＧｅｎｅｒａｌＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎｏｆＱｕａｌｉｔｙＳｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ，’ＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎａｎｄＱｕａｒａｎｔｉｎｅｏｆｔｈｅＰｅｏｐｌｅｓＲｅｐｕｂｌｉｃｏｆ—Ｃｈｉｎａ．ＧＢ／Ｔ１４５４９９３Ｑｕａｌｉｔｙｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｅｎｅｒｇｙｓｕｐｐｌｙｈａｒｍｏｎｉｃｓｉｎｐｕｂｌｉｃｓｕｐｐｌｙｎｅｔｗｏｒｋ［Ｓ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＳｔａｎｄａｒｄＰｒｅｓｓ，１９９４．［１５］张鹏．新型小电流接地选线装嚣信号处理算法的研究［Ｄ】．济南：山东大学，２００７．ＺＨＡＮＧＰｅｎｇ．Ｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｓｉｇｎａｌｄｉｓｐｏｓｉｎｇａｒｉｔｈｍｅｔｉｃｏｆｔｈｅｎｅｗｌｉｎｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ［Ｄ］．Ｊｉｎａｎ：ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００７．收稿日期：２０１２－０１－１２；—修回日期：２０１２－０３０１作者简介：雍静（１９６４－），女，博士，教授，主要研究方向为电—能质量、电气安全；Ｅｍａｉｌ：ｙｏｎｇｊｉｎｇｃｑ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ牛亮亮（１９８７－），男，硕士研究生，主要研究方向为电能质量、电气安全。