王少軍

摘 要：隨著社會經濟的發(fā)展和科學技術的進步，電力通信信號檢測技術也在不斷發(fā)展。近幾年，跨臺區(qū)電力通信技術被廣泛應用，相應的信號檢測方式也發(fā)生了較大的變化，傳統(tǒng)的信號檢測方式已經不適用于日益變化的通信技術。因此，迫切需要一種新型技術滿足當前配電網絡通信技術的要求?；ハ嚓P技術比傳統(tǒng)的信號檢測技術更加可靠，而且其現(xiàn)場應用效果也非常好。

關鍵詞：互相關技術；電力通信；信號檢測；配電網通信技術

中圖分類號：TM762 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.05.126

跨臺區(qū)電力通信是一種將配電網作為傳播媒介的新型電力通信技術手段。借助這種新型的通信技術，能夠在現(xiàn)有配電網絡中實現(xiàn)無中繼、無橋接設備在跨變壓器臺區(qū)不同電壓等級之間的數(shù)據交換。一般情況下，這里的電壓等級是指10～220 kV的電壓。這種通信技術的調制信號頻帶為200～600 Hz，它能夠自主完成數(shù)據的半雙工交換，并且可以不借助配電變壓器完成相關工作。由于跨臺區(qū)電力通信技術采用了查分接收技術和過零調制發(fā)送技術，所以，它具有很強的抗干擾能力，能夠實現(xiàn)超遠距離的傳輸。由相關研究可知，我國電網情況比較復雜，如果只依靠傳統(tǒng)方法檢測基于時間變化量的信號，那么，在高耗能地區(qū)檢測通信信號時，誤碼率會非常高，而且還會影響檢測結果的可靠性。因此，在噪聲大的環(huán)境中調制信號，將相關技術融入跨臺區(qū)電力檢測工作中，不僅能夠提高檢測系統(tǒng)的輸出信噪比，還能夠增強其適應能力和抗干擾能力。

1 跨臺區(qū)電力通信

跨臺區(qū)電力通信與配電網電力載波通信有很大的不同，它主要是由處于二次變電站的主變電站和用戶采集模塊組成的。通信介質使用的是10 kV和200 kV的線路，而調制信息則是由電網波形的微弱畸變表現(xiàn)出來的?？缗_區(qū)電力通信信號主要分為上行電流信號和下行電壓信號。上行電流信號是指從采集模塊到主站傳輸這一階段的信號，它表示的是用戶數(shù)據，而信息傳輸則利用的是電流波形的形變；下行電壓信號主要位于變電所到采集模塊這段傳輸區(qū)域內，1位信息用2個相鄰的電壓周期波形表示，它是主站的命令傳輸信息。跨臺區(qū)電力通信調制信號如圖1所示。由圖1可知，通過主站調制變壓器電網母線的電壓波形經過0°點30°角時有微弱的畸變，如果將其表示在時間軸上，可以把它們看作△t1和△t2.

用傳統(tǒng)方法檢測調制信號時，首先要整理電壓全波。在3個不同的電平下，即V1，V2，V3，電壓通過電平后會得到多個不同的時間信息，可以將其記為t1，t2，t3……然后觀察電壓經

過電平后的時間變化，以此判斷調制信號的相關情況。

雖然傳統(tǒng)的檢測方法比較簡單，算法也比較簡單，容易實施，但是，它不具備抗干擾能力，數(shù)據的準確性很容易受到電網頻率波動、檢測系統(tǒng)時間基準變化等因素的影響。另外，使用這種方法時，選取的測試點比較少，僅有的測試點很難反映出系統(tǒng)的適應性。因此，要想提高接收數(shù)據的準確性，增強檢測方法的抗干擾能力，就要不斷探索新的檢測方法。本文介紹的相互關技術能夠針對跨臺區(qū)電力通信調制信號的特征進行有針對性的檢測，而且檢測數(shù)據的可靠性也非常高。

圖1 跨臺區(qū)電力通信調制信號示意圖

2 互相關技術的工作原理

在分析測試結果時，互相關一直都是非常重要的概念之一。簡單來講，互相關是指變量之間的線性關系，即2組數(shù)據之間的相互依存關系。假設互相關函數(shù)為Rxy（f），則它可以表示為：

（1）

式（1）中：T為積分限；x、y為具體數(shù)據；t為時間；f為函數(shù)關系；d為信號。

離散化計算公式為：

. （2）

式（2）中：N為采樣點個數(shù)；n為時間序列；m為時延序列。

在操作過程中，經常會用互相關系數(shù)dxy（f）表示2個信號之間的相關性，具體公式為：

dxy（f）= ≤1. （3）

式（3）中：e為常數(shù)。

由相關分析可知，當dxy（f）=1時，x與y是完全相關的；當dxy（f）=0時，x與y是完全獨立的，它們之間沒有任何關系。

借助互相關函數(shù)不僅能夠檢測噪聲中的信號，還能夠提高輸出信號的噪聲比。假設觀測所得信號x（n）是由真正信號s（n）和白噪聲u（n）組成，即x（n）=s（n）+u（n），而y（n）=s（n），則x（n）與y（n）之間的互相關就可以表示為：

. （4）

式（4）中：s（n+m）為時間序列和時延序列的真正信號；dss（m）為時延序列的真正信號相關性；dus（m）為白噪聲與信號時延序列的相關性；dsu（m）為信號與白噪聲時延序列的相關性。

由于信號與白噪聲之間不是相關關系，因此，后面的2項數(shù)值會非常小，可以忽略不計。這時，就可以提取混雜在噪聲中的信號。互相關檢測主要用于提取噪聲中夾雜的微弱信號，它是基于互相關函數(shù)的同頻相關性工作的。因為不同頻、不相關信號的性質不同，所以，濾波效果也不同。另外，在整個操作過程中，涉及到的互相關函數(shù)只適用于隨機信號或功率信號，而且與它相對應的處理信號一定是處于某一頻率的周期信號。當然，對于非周期性信號，可以借助相應的調制方法將它們變?yōu)橹芷谛孕盘枺缓笤僮骱罄m(xù)處理。維納-辛欽定理中提到，處在平穩(wěn)隨機過程中的互相關函數(shù)與互譜密度是傅里葉變換關系，它能夠借助功率譜估計和分析跨臺區(qū)通信中的信號，以此解決信號檢測中存在的問題。雖然互相關函數(shù)的算法非常簡單，但是，它的運算量非常大，相當于序列長度的平方。信號卷積函數(shù)與互相關函數(shù)僅差一個負荷，可以充分利用FFT技術提高其運算速度。只有這樣，才能夠將互相關技術應用到信號檢測中。

3 互相關技術的應用

在互相關檢測技術中，乘法和積分運算是借助相敏檢波器完成的。其中，所選用乘法器的性能會直接影響數(shù)據的測量精度，所以，在檢測過程中，要重點把握乘法器的性能。互相關原理可以應用于對跨臺區(qū)電力通信系統(tǒng)的信號檢測工作中。由相關工作可知，通信系統(tǒng)采集模塊的調制信號和主站調制信號的波形都是確定的，因此，可以在信號的接收端對比、分析接收信號的波形和發(fā)送信號的波形，分析兩者之間的相似度，以此判斷接收到的數(shù)據中是否含有信號發(fā)送端發(fā)出的信號。為了獲得發(fā)出端信號的波形，可以采取2個方法，即在發(fā)送端的信號調制點直接采集，或是在接收端利用多周期疊加的方法提取、分離接收到的信號，然后再把獲得的數(shù)據存儲在專門存儲數(shù)據的存儲器中，以便完成互相關函數(shù)的計算。

在上述內容中，已經簡要分析了電力通信信號的相關內容。通過分析了解到，下行電壓信號是把2個連續(xù)的電壓周期定義為1位，再加上2個周期中調制信號只可能存在于其中一個周期中，所以，可以用“0”和“1”表示調制信號所處的周期。由前后電壓周期的差可以得到時域采樣數(shù)據中的調制信號數(shù)據信息。在此，以50 Hz的電壓波形為基準，對比發(fā)送端實際發(fā)送的調制信號圖形與接收端實際采集到的信號圖形。由曲線形狀可知，接收端信號與發(fā)送端信號關系密切，但是，它們都會受到電網噪聲的干擾。在這種情況下，工作人員很難借助測量時間的變化量提取信號，實現(xiàn)對通信信號的檢測。其實，在實際工作過程中，電網對通信信號的干擾比較大，比如大電流電機的啟停、家用大功率電器高頻擾動和電網中的諧波，都會影響跨臺區(qū)電力通信數(shù)據的正常傳輸。

圖2是相關波形圖經過必要的處理后轉換而來的，利用它可以判斷發(fā)送端信號與接收端帶有噪聲信號的關系和發(fā)送端信號與接收端純噪聲信號的關系。由相關分析可知，經過互相關技術的處理后，數(shù)據和信號的信噪聲比提升了20 dp。這樣，就可以輕松地將信號從噪聲中分離出來，從而得到工作人員所需的信號數(shù)據。

為了讓人們更加清楚地認識到互相關技術與傳統(tǒng)的信號檢測技術的不同，本文分別用2種不同的檢測方法檢測居民區(qū)和工業(yè)區(qū)跨臺區(qū)電力通信系統(tǒng)的信號，并取統(tǒng)計樣本1 000組，具體的分析結果詳見表1.所對比的2種方法分別為借助測量時間變化的信號檢測方法和基于相關函數(shù)的信號檢測方法。由表1中的數(shù)據可知，基于互相關函數(shù)的信號檢測方法準確率更高。

4 結束語

跨臺區(qū)電力通信技術與傳統(tǒng)的配電網通信技術有很大的不同，它不再依靠載波傳輸信號，而且能夠實現(xiàn)跨配電變壓器臺區(qū)的遠距離通信。利用互相關技術的新型信號檢測方法有效解決了跨變壓器臺區(qū)電力通信系統(tǒng)在高耗能區(qū)域、低信噪比環(huán)境中通信誤碼率比較高的問題。這種檢測技術的廣泛應用在提高信號檢測的準確度、實現(xiàn)信號的有效傳輸方面發(fā)揮了巨大的作用。

參考文獻

[1]盧文冰，羅應立，閆迎.基于時頻分析與互相關技術的工頻通信下行解調[J].電工技術學報，2011（04）：192-199.

[2]康玉梅，朱萬成，陳耕野，等.基于小波變換的巖石聲發(fā)射信號互相關分析及時延估計[J].巖土力學，2011（07）：2079-2084.

[3]吳來杰，馬斌，路桂英.數(shù)字互相關技術在交流電法儀中的應用[J].工礦自動化，2013（12）：69-72.

[4]馬斌，羅柏文，陳奇，等.互相關技術在海底沉積物電阻率測量中的應用[J].湖南科技大學學報（自然科學版），2013（03）：31-34.