МОДЕЛИРОВАНИЕ PLC КАНАЛА В СИСТЕМАХ КОММЕРЧЕСКОГО УЧЕТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

АННОТАЦИЯ

Целью работы является изучение влияния помех на передачу информации по PLC каналу. Для достижения выполняются следующие задачи: создание двух моделей автоматизированных информационно-измерительных систем коммерческого учета электроэнергии, модели импульсной помехи и ее ликвидация на стороне приемника цифровым БИХ-фильтром.

Ключевые слова: Электроэнергия, Power Line Communication, импульсные помехи, цифровой фильтр, модель, АИИС КУЭ.

Введение

Последние несколько лет в автоматизированных информационно-измерительных системах коммерческого учета электроэнергии (АИИС КУЭ) активно используются технологии передачи данных по силовым сетям – Power Line Communication (PLC).

Для исследования ее свойств применяют построение математичес­кой модели. Данного вида модели имеют два стандартных представления.

Технология PLC имеет недостаток – большое количество разно­образных помех в сетях 0.4 кВ. Для очищения сигнала применяются цифровые и современные модификации аналоговых фильтров. Эти две проблемы описываются данной статьей.

Моделироване PLC канала

Чтобы создать всю коммуникационную систему связи ПЛК, необходимо, кроме моделей линии, моделировать источники помех и рассматривать модель системы связи включая передатчик и приемник цепи связи. Для моделирования ПЛК системы связи можно создать две модели PLC - среда с многоканальным передача сигнала и двух­портовый, описываемый каскадными параметрами. Модель системы связи ПЛК будет создана путем соединения этих отдельных моделей. На основе моделирования всей этой модели с различными моделями линии она будет можно проанализировать конкретную линию электропередач с точки зрения создания различных комбинаций технологий ПЛК, модуляции, кодирования и т. д., чтобы получить наилучшие параметры данных передачи в данных системах.

Существует два основных подхода к моделированию линий электро­передач. Первая возможность моделирования линии электропередач с помощью отдельных блоков - двухпортовых сетей, описываемых каскадными параметрами, которые характеризуется входными и вход­ными напряжениями и токами связи с помощью двухпортовой сети.

Второй описывает линию электропитания как среду с передачей многоканального сигнала параметры такой линии получены из топологии распределительной сети или на основе измерения.

Каскадная модель двухпортового соединения

Линия электропередачи часто представлена несколькими различ­ными частями, поэтому целесообразно моделировать ее с помощью средств двух портов и указать его с помощью каскадных параметров. Каскадная форма для описания двух портов основана на общем двухпортовом рисунке 1.

Рисунок 1. Двухпортовое соединение для определения каскадных параметров линии

В первую очередь параметры одинаково распределены по всей линии и с достаточной точностью могут быть использованы расчетные параметры, а именно напряжение и ток в один момент времени одина­ковы во всех частях линии. С помощью указанных двух портов можно заменить всю линию или точную часть линии. Чтобы моделировать другие характеристики или подключенные устройства, можно блоки­ровать блоки в каскаде и получить целую часть цепи электросети.

Модель с несколькими каналами

Линия электропитания может рассматриваться как многоканальный канал. Многоканальная передача вызвана непревзойденным полным сопротивлением ветвей. Модель использует «классическую» модель замены линии электропередачи, описывается хорошо известными отно­шениями, которые здесь не обязательно указывать. Линия электро­передачи показывает значительную неоднородность, которая приводит к отражениям, передаче по многолучевому каналу и, следовательно, к множественному приему сигналов. На рисунке 2 изображена модель, представляющая многоканальную передачу. Сигнал, передаваемый от источника s (t), поступает на приемник r (t) через N различных путей. Каждый путь i определяется определенной задержкой τi и коэф­фициентом затухания Ci. После этого линия электропитания может быть описана импульсной характеристикой:

Рисунок 2. Модель среды с многоканальной передачей

Теперь рассмотрим многопутную модель передачи с известной топологией. Сопротивление импеданса и прерывание линии вызывают отражения сигнала и, следовательно, многоканальную передачу. На рисунке 3 показана передача линии электропередачи с одной ветвью. Все льготные показатели описываются коэффициентом отражения, и для упрощения мы предполагаем, что передатчик и приемник соответствуют импедансу [2, с. 2].

Рисунок 3. Топология сети с одной ветвью

Сравнение моделей

Моделирование обоих подходов было выполнено по топологии упрощенной модели. На рисунке 4 показана характеристика модуляции и фазы и импульсная характеристика для модели каскадной двух­портовой многолучевой модели передачи. На рисунке 5 показаны одни и те же характеристики для модели передачи с несколькими путями. На обоих графиках частотной характеристики модуля (рисунке 4 (а) и рисунке 5 (а)) очевидна локальная крайность функций, вызвавших несогласованные ветви на линиях. Фазовая частотная характеристика была очень схожей для обоих подходов и достигла одинаковых значений. Групповая и фазовая задержка была очень похожа на очевидные локальные экстремумы на тех же частотах для обоих подходов.

Рисунок 4. Результаты моделирования линии с одной ветвью для каскадной двухпортовой модели. (a) Масштабы и фазовые ответы. (b) Импульсная реакция

Рисунок 5. Результаты моделирования линии с одной ветвью для многопутной модели передачи. (a) Масштабы и фазовые ответы. (б) Импульсный отклик

Фазовая задержка является линейной для идеального канала пере­дачи. Линейность фазовой задержки может быть описана групповой задержкой или оболочкой этой задержки [2, с. 7].

Виды помех

Основные характеристики линий электропередач, которые влияют на PLC – шум (помехи), несоответствие импеданса, которые зависят от нагрузок, присоединенных после счетчика электроэнергии, изменение помехи во времени и затухание в канале связи.

На рисунке 6. показана структурная модель блока канала связи PLC, в которую включены описанные параметры и характеристики. Параметры помехи представлены в виде временной переменной линей­ного фильтра, описанного частотными параметрами, а шум показан как процесс дополнительной случайной интерференции [1, с. 57].

Рисунок 6. Модель PLC канала

Цифровая фильтрация шумов

Фильтры, находящие применение в обработке сигналов, бывают:

1. Аналоговыми и цифровыми;
2. Пассивными или активными;
3. Линейными или нелинейными;
4. Рекурсивными или не рекурсивными [3, с. 6].

Цифровая обработка сигналов решает задачи обнаружения и определения параметров информативных сигналов и изображений, искаженных шумами и помехами. Для этой цели используются различные средства:

1. Цифровые частотные фильтры (высокой частоты, низкой частоты, полосовые фильтры);
2. Накопление (временная фильтрация);
3. Сглаживание (медианные фильтры);
4. Оптимальные фильтры (фильтр Колмогорова-Винера, LMS и RLS-фильтры);
5. Адаптивные фильтры (функцию адаптивных фильтров могут выполнять фильтр Колмогорова-Винера, LMS и RLS-фильтры);
6. Фильтры для борьбы с шумами при нелинейных и нестацио­нарных процессах (фильтр Гильберта-Хуанга) [4].

Выводы и рекомендации по использованию PLC технологий

С помощью PLC технологии возможно реализовать систему АИИС КУЭ без прокладки новых кабелей, но для борьбы с шумами в канале связи необходимо устанавливать фильтр на стороне приемника для отсеивания шумов из передаваемого сигнала. В наши дни для решения этих задач используются цифровые фильтры. Моделирование PLC канала, помех и цифровых фильтров для уменьшения влияния помех позволяют изучать структуру сети и выявлять ее недостатки до прокладки в реальных условиях.

Список литературы:

1. Наинг Лин Зо. Исследование и разработка методов передачи данных в системах управления технологическими процессами с использованием PLC сети. Москва, 2015. - с. 57.
2. The Modeling of Power Line for PLC in Smart Grids, J. Misurec, P. Mlynek, S. Bezzateev. 2017. – с.2, 7.
3. How to Deal with Impulsive Noise in OFDM-based PLC. Prita Dewi Mariyam, Filbert H. Juwono, Panca Dewi Pamungkasari and Dadang Gunawan; Banda Aceh. Indonesia, 18 October 2017. – с. 6.
4. Тутыгин В.С. Цифровая обработка сигналов [Электронный ресурс] // Лабораторный практикум: сайт. – URL: https://studfiles.net/preview/4156450/page:4 (Дата обращения: 5.04.2019).