基于时间分集技术的交流系统能量信息一体化传输方法

本发明涉及电力线通信领域，特别是一种基于时间分集技术的交流系统能量信息一体化传输方法。

背景技术：

1、随着功率半导体技术的发展，基于电力电子化配电设备的交直流混合配电系统成为解决有源配电网中多向多能流控制的有效解决方案。电力电子变换器作为能源互联网的关键枢纽设备，具备能量流动双向、潮流灵活调节、谐波无功可控和端口故障隔离等功能，近年来得到越来越多的关注。同时，由于系统优化运行往往由多个变换器参与协调控制，变换器之间还需要具备外部通信和数据传输功能。

2、目前，多变换器间的协同或需要专门的通信设备及链路，或通过下垂控制通过感知频率/电压变化实现简单的功率分配。由于电力电子装置包含了信号调制的功能，在对电能实现变换和控制的同时，已经具备了信息传输的潜能。通过能量-信息一体化传输(energy-information integrated communication，eic)实现“软件替代硬件”，对降低的电力系统通信设备成本、提高电力系统通信可靠性等方面具有重要意义。

3、功率信息一体化调制已经在直流微网得到广泛的研究，取得卓越成效。但很少有信息传输的研究针对交流微网中变换器。相比于直流微网，交流微网中存在的非线性负载必然会引起电网波形的畸变，甚至在电流变化率高时会出现电压骤变导致该点含有大量的高频谐波，对信息解调造成影响，从而增加信息传输的误码率。然而目前输配电网仍然以交流为主，因此针对能量-信息一体化调制技术在交流系统中的应用提出提升交流系统eic传输可靠性的方法具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种基于时间分集技术的交流系统能量信息一体化传输方法，针对交流系统能量信息一体化传输过程中的通信可靠性问题，本发明采用时间分集传输技术，提升交流系统通信可靠性，在保证信息可靠传输的前提下，采用时间分集传输技术的系统相比于不采用时间分集传输技术的系统，交流母线谐波更低，提升了电能质量。

2、本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

3、一种基于时间分集技术的交流系统能量信息一体化传输方法，

4、以单相交流系统为背景，单相交流系统包括变换器，变换器包括dc-ac变换器和ac-dc变换器，采用通信调制方法，在dc-ac变换器和ac-dc变换器控制环节加入调制后的信息载波实现交流系统能量信息一体化通信；

5、采用时间分集传输技术，将需要传输的信息划分为一系列信息包，将信息包进行编码后多次重复传输，并在解调时进行叠加。

6、作为本发明所述的一种基于时间分集技术的交流系统能量信息一体化传输方法进一步优化方案，dc-ac变换器和ac-dc变换器采用单相全桥结构，以单相dc-ac变换器为供电设备、单相ac-dc变换器为受电设备，构建交流系统能量信息一体化通信网络；dc-ac变换器和ac-dc变换器都通过对应控制器向交流母线传输信息。

7、作为本发明所述的一种基于时间分集技术的交流系统能量信息一体化传输方法进一步优化方案，所述通信调制方法采用功率/数据双载波调制，采用额外的正弦波作为信号载波，首先将数据信号调制到数据载波，然后再叠加到功率参考信号上，最后通过pwm调制扰动占空比实现信号发送。

8、作为本发明所述的一种基于时间分集技术的交流系统能量信息一体化传输方法进一步优化方案，具体步骤如下：

9、步骤一、单相交流系统中同时存在k个变换器发送信息，每个变换器就是一个用户，记fcri为第i个变换器vsci占用的数据载波频率、mi为第i个变换器vsci通信的载波幅值、uac为交流母线电压幅值，1≤i≤k且i为整数；

10、步骤二、考虑调制原理限制，数据传输的码元周期tb必须大于fcri最小值对应的一个载波周期；

11、

12、考虑电能质量限制，约束公式(2)左侧第一项为数据调制引起的谐波、第二项为功率调制过程的固有谐波thdp，这两项之和低于母线谐波的允许值thdmax以保证电能质量；

13、

14、其中，为第i个变换器数据载波在接收侧的幅值；

15、数据载波的幅值需要大于交流母线固有谐波thdp的幅值，约束公式(3)左侧为信息幅值、约束公式(3)右侧为谐波幅值；

16、

17、其中，kd为裕度系数，d为时间分集传输接收侧叠加后的信息增益；

18、步骤三、考虑单相交流系统对传输速率的要求，以最大化信息传输速率vbit为优化目标设计通信参数：fcri、n、tb和mi，其中，n为时间分集传输的重复次数；

19、maxvbit＝1/(n·tb)

20、其中，vbit为信息传输速率；

21、优化方法的约束考虑公式(1)、(2)、(3)的限制；

22、

23、步骤四、信息调制过程首先询问单相交流系统的母线电压谐波的允许值thdmax以及总用户数k，根据步骤一～三进行优化计算得到fcri、mi、n和tb；

24、然后，根据计算得到的fcri、n、tb和mi，变换器将基带数据通过反傅里叶变换过程进行调制，调制后的基带数据由变换器发送到母线；交流母线上的数据接收设备接收调制后的基带数据时首先对母线电压滤波，保留数据载波频段分量，数据接收设备接收到调制后的基带数据后等待直到数据接收设备接收到调制后的基带数据的所有分集，数据接收设备在接收到调制后的基带数据的所有分集时进行合并叠加，得到合并后的波形，对合并后的波形进行傅里叶分析。

25、作为本发明所述的一种基于时间分集技术的交流系统能量信息一体化传输方法进一步优化方案，kd取1.2～1.5。

26、本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

27、(1)本发明所提出的适用于交流系统的能量信息一体化调制技术，不需要额外的通信线路和载波机等通信设备，只需在变换器的本地控制器中增加通信算法，并通过现有电力线路进行信息传输，最后在接收端的控制器进行信息解调，即可实现交流系统能量信息一体化的调制、传输以及解调过程，控制和通信算法简单且降低了硬件成本。

28、(2)本发明所提出的基于时间分集技术的交流系统能量信息一体化传输方法，由于目前能量信息一体化传输技术主要应用于直流系统，没有重点考虑交流系统中高频谐波对信息传输的不良影响；所述基于时间分集技术的传输方法对影响信息传输的谐波定量分析，设计了基于时间分集传输的通信参数，提升了交流系统能量信息一体化传输的可靠性，一定程度上填补了这方面的空白。

技术特征：

1.一种基于时间分集技术的交流系统能量信息一体化传输方法，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的一种基于时间分集技术的交流系统能量信息一体化传输方法，其特征在于，dc-ac变换器和ac-dc变换器采用单相全桥结构，以单相dc-ac变换器为供电设备、单相ac-dc变换器为受电设备，构建交流系统能量信息一体化通信网络；dc-ac变换器和ac-dc变换器都通过对应控制器向交流母线传输信息。

3.根据权利要求1所述的一种基于时间分集技术的交流系统能量信息一体化传输方法，其特征在于，所述通信调制方法采用功率/数据双载波调制，采用额外的正弦波作为信号载波，首先将数据信号调制到数据载波，然后再叠加到功率参考信号上，最后通过pwm调制扰动占空比实现信号发送。

4.根据权利要求1所述的一种基于时间分集技术的交流系统能量信息一体化传输方法，其特征在于，具体步骤如下：

5.根据权利要求4所述的一种基于时间分集技术的交流系统能量信息一体化传输方法，其特征在于，kd取1.2～1.5。

技术总结本发明公开了一种基于时间分集技术的交流系统能量信息一体化传输方法，涉及电力线通信领域。本发明的主要方法包括信息载波幅值的计算，数据载波频率的选取，分集集数计算时间分集调制、解调算法设计，实现交流系统能量信息一体化可靠传输。本发明方法针对交流系统通信，由于目前对于交流系统能量信息一体化通信可靠性的研究较少，该方法为交流系统电力线通信提供了一种新的通信策略。本发明无需额外的通信硬件设备和通信线路，利用现有的控制器以及交流电力线即可实现信息的发送、传输和接收，降低成本，并且通过时间分集传输技术提升系统通信可靠性。技术研发人员：蒋玮,彭乐,郑磊受保护的技术使用者：东南大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29