一种交流系统多用户能量信息一体化传输方法

本发明涉及电力线通信领域，特别是一种交流系统多用户能量信息一体化传输方法。

背景技术：

1、作为能源互联网的重要组成部分，柔性配电系统能充分发挥电力电子装置的快速响应特性，大量减少电能变换环节，可实现在源荷双端强不确定性条件下对配电网的快速、灵活、连续和精准的功率调控。柔性配电设备(flexible distribution equipment,fde)需要通过节点/线路间的能量互联互济实现电能质量治理、故障恢复、新能源消纳等局部和全局控制目标，其控制远比传统电力电子化配电设备单一的电压变换和交直流转换复杂。在fed的多端口设备间以及多fde间存在大量通信需求，从而实现协调控制和能量路由。

2、目前，智能配电网中的各类分布式设备之间的协同主要是通过专设的通信线路或者下垂控制实现的。有线通信方式信息传输容量大，但需要额外的硬件设备和信息通道；下垂控制无需通信设备及线路，但无法实现真正的信息交互，设备间协同程度有限。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、目前，能量信息一体化传输技术的研究主要集中在直流微网中，很少有研究针对交流微网并聚焦多用户全双工通信。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，提出实现多用户全双工通信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交流系统多用户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多用户通信问题，本发明采用频分正交多址技术，实现交流系统通多用户全双工通信；在保证信息可靠传输的前提下，采用频分正交多址技术可以实现交流系统中任意两个用户间的全双工通信。

2、本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

3、一种交流系统多用户能量信息一体化传输方法，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变换器的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；

4、所述单相交流系统中每个变换器为一个用户，每个用户占用的相互正交的频段进行通信，任两个用户的通信频段相互解耦独立，能够实现用户间双向通信。

5、作为本发明所述的一种交流系统多用户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，构建交流系统多用户能量信息一体化通信网络；dc-ac变换器和ac-dc变换器都利用本地控制器中加入通信算法，通过交流母线传输信息。

6、作为本发明所述的一种交流系统多用户能量信息一体化传输方法进一步优化方案，利用正交频分多址技术实现交流系统用户间双向通信，考虑数据载波频率和幅值的限制，数据载波频率的限制由频分正交原理决定，数据载波幅值的限制由信道增益决定。

7、作为本发明所述的一种交流系统多用户能量信息一体化传输方法进一步优化方案，数据载波频率的限制具体如下：

8、记mi、fcri、di(t)分别为第i个变换器vsci的数据载波幅值、频率以及要基带二进制数据，i＝1、2、3、……、l，l为变换器总数；gi(t)为第i个变换器调制的信息，第i个变换器vsci调制后的信号表达式为：

9、gi(t)＝mi sin(2πfcrit+di(t)π)

10、其中，t为时间常量；

11、为了让这些调制后的信息gi(t)彼此解耦，需要满足正交条件：在一个码元周期tb内，第i个变换器vsci的频率fcri、第j个变换器vsc j的频率fcrj的数据载波两两正交，i＝1、2、3、……、l，j＝1、2、3、……、l，i≠j；

12、

13、其中，为第i个变换器数据载波的相位，为第j个变换器数据载波的相位；

14、计算得到δf，δf表示fcri、fcrj之间间隔：

15、

16、其中，n是整数，因此正交频分复用技术ofdm成立的条件是：各数据载波频率fcri、fcrj之间间隔必须是码元周期倒数1/tb的正整数倍。

17、作为本发明所述的一种交流系统多用户能量信息一体化传输方法进一步优化方案，

18、作为本发明所述的一种交流系统多用户能量信息一体化传输方法进一步优化方案，数据载波幅值的限制具体如下：

19、针对交流侧采用lc滤波器的dc-ac变换器以及交流侧采用l滤波器的ac-dc变换器，其中，zl_supi和zl_loadj分别为第i个dc-ac变换器、第j个ac-dc变换器与交流总线之间的线路阻抗，lsupi、csupi分别为第i个dc-ac变换器的滤波电感、电容，lloadj为第j个ac-dc变换器输入电感；

20、当第k个变换器vsck发送信息时，k＝1、2、3、……、l，根据戴维南等效定理，将其他变换器的信息等效电压源置零，得到等效电路；将vsck后级变换器及其至总线的线路阻抗等效为与zl_supk串联的阻抗zk_ij：

21、

22、其中，i、j≠k，s为拉普拉斯算子，zl_supk为第k个变换器与交流总线之间的线路阻抗；

23、信号gk(t)通过传输信道在接收侧的电压g’k(t)为：

24、

25、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：

26、(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。

27、(2)本发明所提出的基于频分正交多址技术的交流系统多用户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的研究主要集中提升传输速率和安全性，没有重点考虑交流系统中多用户通信的需求。所述基于频分正交多址技术的多用户传输方法对传输信道进行建模，根据正交频分复用原理设计了数据载波频率，实现交流系统能量信息一体化传输的多用户全双工通信。

技术特征：

1.一种交流系统多用户能量信息一体化传输方法，其特征在于，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变换器的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；

2.根据权利要求1所述的一种交流系统多用户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，构建交流系统多用户能量信息一体化通信网络；dc-ac变换器和ac-dc变换器都利用本地控制器中加入通信算法，通过交流母线传输信息。

3.根据权利要求1所述的一种交流系统多用户能量信息一体化传输方法，其特征在于，利用正交频分多址技术实现交流系统用户间双向通信，考虑数据载波频率和幅值的限制，数据载波频率的限制由频分正交原理决定，数据载波幅值的限制由信道增益决定。

4.根据权利要求3所述的一种交流系统多用户能量信息一体化传输方法，其特征在于，数据载波频率的限制具体如下：

5.根据权利要求4所述的一种交流系统多用户能量信息一体化传输方法，其特征在于，

6.根据权利要求3所述的一种交流系统多用户能量信息一体化传输方法，其特征在于，数据载波幅值的限制具体如下：

技术总结本发明公开了一种交流系统多用户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，基于频分正交多址的多用户通信算法设计，实现交流系统能量信息一体化多用户全双工通信。本发明方法针对交流系统多用户通信，由于目前针对多用户能量信息一体化通信可靠性的研究难以实现多用户全双工通信，该方法为交流系统多用户通信提供了一种新的控制策略。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，并且通过正交频分多址技术实现交流系统多用户全双工通信。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