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低压电力线路载波通信干扰耦合抑制系统设计
摘要：针对低压电力线路载波通信存在通道内干扰,受到干扰耦合特征影响,导致通信不稳定的问题,设计了低压电力线路载波通信干扰耦合抑制系统｡通过通信干扰耦合滤波器,滤除噪声和带外干扰｡引入抑制干扰耦合的断路器装置,抑制滤波器对载波信号旁路影响｡设计串行干扰消除接收端,完成不同数据流空间分集｡重建耦合干扰信号,提取干扰耦合特征｡利用稀疏采样,有效抑制通信干扰副瓣电平,获取通道接收到的回波信号,确保抑制波能够完成全部匹配｡构建耦合抑制器,扩展抑制器抑制频谱,获取处理增益结果,实现通信干扰耦合抑制｡实验结果表明,在背景和脉冲噪声下,所研究方法的电压波动幅度分别为±6.3 V和±6.8 V,降低了74.8%和63.8%的电压波动幅度,具有较好的通信干扰耦合抑制效果｡
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在低电压输电线路中,载波通信是以载波形式传送模拟､数字信号的通信模式｡其因传输特性特殊复杂且受多种扰动影响,通信可靠性难以保障,严重制约系统稳定运行｡因此,对载波通信干扰抑制进行研究具有重要意义｡
文献[1]提出基于改进变分模态分解的抑制方法,该方法依据电力线载波传输信道特性建立含多普勒与多途传输的模型,模拟发射信号后,利用变分模式对其预处理与分割,以协同抑制通信干扰｡文献[2]提出了基于rpca的抑制算法,采用rpca方法将回波信号在距离多普勒域分为低秩区与稀疏区,根据距离多普勒域低秩区与高阶区的特点,实现回波与背景信号的有效分离｡通过rpca正则化参数的优化选择和相关性分析,可以有效地抑制通信干扰｡然而,受载波通信中电磁感应､辐射串扰等因素影响,载波通信干扰抑制效果不佳｡为此,设计了低压电力线路载波通信干扰耦合抑制系统｡
1､系统硬件结构设计
1.1低压电力线路载波通信干扰耦合滤波器
在低压电力线路载波通信中,首先由信号发生器生成载波,然后通过射频电缆向外发送,之后再经过耦合滤波器将载波传输到输电线信道中[3]｡耦合滤波器能够隔离交流电流,滤除带外杂波,改善接收端的信噪比｡
基于此,设计的低压电力线路载波通信干扰耦合滤波器如图1所示｡
图1低压电力线路载波通信干扰耦合滤波器结构示意图
图1中,c1､c2､c3表示电容,l1､l2表示电感,d1､d2､d3､d4均表示二极管,r1､r2分别表示输入阻抗和输出阻抗,v表示电源｡
电路采用在主路上增加电容来隔离通信设备中的直流分量和电缆中的高频电流,从而形成三阶t型滤波器[4]｡该电容提高了滤波器的滤波能力和220v电源功率比｡在此电容中添加了串联电感,使其产生谐振,从而使高通滤波器变为带通滤波器｡带通滤波器只对单频信号进行滤波,有效地防止了带外干扰｡改进后的滤波器通过新型变换式滤波电路,有效减小系统的峰值电压｡最后,引入一个由d1､d2或d3､d4组成的暂态抑制二极管,用来在后面的电路中起到浪涌保护的作用,使其不会被高压击穿｡
1.2抑制干扰耦合的断路器装置
为了减小由用户负荷切入切出所造成的阻抗改变以及馈入电网的噪声对电力线载波通信的冲击,使用能够对用电负荷噪声进行抑制的低压断路器,有效地抑制旁路用电用户负载在工作与切断过程中所产生的噪声[5-6]｡
以铁氧体磁环､电感和高压安全电容器为主要元件,构建用于降低用电负载噪声的开关装置｡该设备供电用的感应线经过一个磁环,缠绕成一个低频滤波电感,其参数一般是2~3个线圈,感应量基本在1Mh以内,不会影响到供电｡在相线上引入高压保护电容,与绕组电感组成lc低通滤波电路,可以有效地抑制负载噪声,同时避免高频载波对系统的干扰｡
1.3串行干扰消除接收端
受信道估计误差和反馈比特数的约束,发送方仅能得到一部分信道的状态信息,无法消除部分信道状态信息携带的干扰,因此,串行干扰消除接收端如图2所示｡
图2串行干扰消除接收端
假定在mimo系统中,有多个发送天线和多个接收天线mimo信号,通过矢量编码器将信号分为分离的子数据流[7-9]｡随后将两个信号分别发送至不同天线,最后把串行信号转换为垂直信号,并将串行数据转换为纵向传输,确保每个数据流映射到一根固定传输天线上[10]｡采用串列干涉抵消技术,可以达到从1到多个信号之间的空间差异性｡
2､载波通信干扰耦合抑制策略
2.1基于消除接收端通信干扰耦合特征提取
由于低压电力线路载波通信信号具有类噪声特征,因此需要重建耦合干扰信号｡低压电力线路载波通信在耦合干扰情况下,接收的信号是由背景噪声和脉冲噪声组成的,假设需要进行检测的噪声频率为Γ,则采集到的系数耦合干扰信号为:
式中,Ψ表示耦合干扰信号稀疏字典[11];Β表示耦合干扰信号的系数;X1､X2分别表示背景噪声､脉冲噪声分量大小[12]｡重建过程中,若用噪声频率表示各元素分块关联系数,结合稀疏采样原理,其结果较小甚至近于0;若将各元素分块划分为干扰信号,每个单元相关系数值较大且为非负实数,此特性可作为特征矢量用于消除耦合干扰｡
2.2基于特征提取的载波通信干扰耦合抑制
对于每个接收信道,将在相同的时间周期中收到每个波形的回波,因而,信道收到的回波信号被表达为:
式中,eN表示第N个接收通道的回波信号[13]｡结合干扰耦合抑制方法,对耦合干扰信号分离与采样,由此得到的第N个接收通道的输出,可用如下公式表示:
式中,lM表示M个发射信号波形的编码长度[14];⊗表示卷积计算｡
第N个接收通道的干扰信号分离与输出结果,可用如下公式表示:
式中,l表示共轭矩阵;q表示共轭转置矩阵[15]｡在匹配抗扰波时,由于噪声积累,导致了波形间相互影响,使得副瓣间距的增大,从而极大地减小了合成副瓣电平值｡
将干扰耦合抑制器d建立在稀疏抽样基础上,表示每个被抑制信号发送波形的回声抑制噪声｡在对d求解过程中,为了保证抑制波完全符合要求,就必须对其进行扰动耦合的抑制｡
基于此,构建的耦合抑制器可表示为:
式中,a表示低压电力线路载波通信中的干扰耦合信号[16]｡将其转换成一个列矢量值,就可以提取出被抑制的干扰信号｡
为提升抑制效果,耦合抑制器对频谱进行扩展抑制,其处理增益可由如下公式表示:
式中,b表示频谱扩展带宽;F表示内存频率｡通过该公式可表明耦合抑制器抑制频谱扩展程度,由此设计的干扰耦合抑制频谱扩展容限为:
式中,s表示传输信道带宽;n表示信噪比;wQ表示通信损耗｡通过该公式可知,扩频处理增益增大后,抑制容限范围也提高｡
3､实验分析
3.1实验环境设置
为验证设计的低压电力线路载波通信干扰耦合抑制系统的有效性,使用pYTHON编程工具和eCLIPSE开发平台,设计低压电力线路载波通信实验系统如图3所示｡
图3低压电力线路载波通信实验系统
将噪声设置为背景噪声和脉冲噪声两种｡在背景噪声和脉冲噪声下,电压波动幅度越小,表明方法抑制效果越好｡
3.2抑制效果分析
使用文献[1]方法､文献[2]方法和所研究方法,对比分析抑制效果｡在背景噪声下,不同方法的抑制效果如图4所示｡
图4背景噪声不同方法抑制效果对比分析
由图4可知,与文献[1]方法和文献[2]方法相比,所研究方法在通道内电压波动幅度约为±6.3v,降低了约74.8%｡
在脉冲噪声下,不同方法的抑制效果如图5所示｡
由图5可知,与文献[1]方法和文献[2]方法相比,所研究方法在通道内电压波动幅度约为±6.8v,降低了约63.8%｡综合上述分析可知,所研究方法具有较好的通信干扰耦合抑制效果｡
4､结束语
针对低电压输电线路中存在的噪声､干扰等问题,设计了低压电力线路载波通信干扰耦合抑制系统｡利用稀疏采样技术,提取信号特征,分析干扰信号并在传输线上实现了对通信干扰的抑制｡实验结果表明,所研究方法具有较好的抑制效果｡
参考文献:
[1]董丹丹,孙宁.基于改进变分模态分解的电力线宽2023,39(5):129-135.
[2]林赟,时清,王彦平,等.基于rpca的地基sar近距强耦合信号抑制算法研究[j].电子与信息学报,2023,45(4):1321-1329.
[3]冯奕军,冼庆祺.配用电泛在业务盲区通信子载波干扰抑制方法[j].沈阳工业大学学报,2021,43(4):378-383.
[4]张培玲,赵可可.基于单频通信的低压电力线通信系统设计与实现[j].中国电力,2023,56(3):118127,136.
[5]金肃静,张小环,靳浩伟,等.多机构负载敏感液压系统冲击耦合干扰抑制方法研究[j].机床与液压,2022,50(20):169-173.
[6]王越,许方敏,曹海燕.tdd模式下无小区大规模mimo系统的导频干扰抑制[j].电信科学,2022,38(5):87-94.
[7]李俊泓,魏振兴.基于imc-eso的电机调速系统抑制干扰方法研究[j].电气传动,2021,51(23):3-9.
[8]李冬霞,王雪,刘海涛,等.基于ebsbl-bo算法的l-dacs系统干扰抑制方法[j].信号处理,2022,38(10):2192-2200.
[9]杜冰,李家旺,王先梅,等.基于干扰对齐的ngso星座系统同频干扰抑制[j].通信学报,2021,42(12):144-151.
[10]杜子韦华,张晓琴,朱洪斌,等.高频电磁干扰对传输线耦合全波建模方法[j].强激光与粒子束,2023,35(2):66-72.
[11]刘高辉,任倩楠.基于学习字典和符号同步信息的ofdm信号带内多路单载波通信干扰抑制方法[j].信号处理,2021,37(5):788-795.
基金资助:国家电网有限公司总部科技项目(5108-202218280A-2-389-XG);
文章来源:梁薇,王丹丹,陈亚天,等.低压电力线路载波通信干扰耦合抑制系统设计[J].电子设计工程,2025,33(05):178-181+187.
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2025-03-12
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