中压配网电力线载波通信组网及自适应阻抗匹配算法研究

This project, based on the global hot issue of intelligent power distribution network construction and next-generation power line communication (PLC), is established to realize the intelligent control and management of distribution network and to construct a reliable and economical, flexible and resilient information and communication network for it.Under the above conditions, a new topic to conduct the research on networking method and adaptive impedance matching algorithm of power line communication over medium voltage distribution networks based on OFDM technology is proposed. The specific contents are as follows: (1) For the mixed characteristic channel model of PLC network of medium voltage distribution network, the transmission path and channel characteristics of OFDM carrier signal and the principle of signal coupler in cable line is studied, which is focused on the transmission mechanism and corresponding analytical model of carrier signal in cable network containing multi-loop network cabinets. (2) This project studies dynamic adaptive impedance matching control method among multiple communication nodes based on correlation characteristic matrix in medium voltage distribution network carrier information physical system network. (3) This project studies the dynamic adaptive constructing network method of PLC system under typical topological structure or structure after network reconfiguration of medium voltage distribution network ,as well as the subjects of security situation awareness of PLC and the encryption algorithm of signal channel. The development of the project will provide a scientific basis for the application of the PLC technology in the medium voltage distribution network, which is of great theoretical significance and practical value for the construction of the intelligent distribution network communication platform.

本项目以我国智能配电网建设及新一代电力线载波通信全球研究热点问题为背景，为实现配电网的智能控制与管理，亟需构建一个可靠、经济、灵活和弹性的信息通信网的前提下，提出进行研究基于OFDM技术的中压配电网电力线载波通信组网与信道自适应匹配算法这一新课题。具体研究内容如下： 1）中压配电网PLC网络的混杂特性信道模型，研究OFDM载波信号的传输路径及信道特性、电缆线路的信号耦合器原理，重点研究载波信号在含有多环网柜电缆线路的传输机理及其分析模型；2)研究基于关联特性矩阵的中压配电网载波信息物理系统网络模式下各通信节点间的自适应阻抗匹配调控方法;3）研究中压配电网典型拓扑结构下及网络重构过程中载波通信系统的动态自适应组网方法，以及载波通信网络安全态势感知和信道加密算法等问题。课题的开展将为载波通信技术在中压配电网中应用提供科学依据,对我国智能配电网通信平台的建设具有重要的理论意义和实用价值。

本项目以我国智能配电网建设及新一代电力线载波通信全球研究热点问题为背景，为实现配电网的智能控制与管理，亟需构建一个可靠、经济、灵活和弹性的信息通信网的前提下，提出研究基于OFDM技术的中压配电网电力线载波通信组网与自适应阻抗匹配算法课题。本项目主要完成了以下四方面内容：（1）构建了中压配电网载波通信系统的信道数学模型，提出了用于电缆线路的卡式电感耦合器耦合模型及架空-电缆混联线路的信道建模方法；（2）提出了中压配电网载波系统网络模式下自适应阻抗匹配调控策略；（3）提出了中压配电网载波通信系统自适应组网方法及基于射频指纹的安全认证方法；（4）研制了基于OFDM技术的中压配电网载波通信装置。经过本项目研究，取得以下一些重要结果：（1）提出了一种适用于电缆线路的卡式电感耦合器耦合模型，载波信号经卡式电感耦合器后在电缆铠装层的信号强度最大，屏蔽层次之，三相缆芯最小。（2）针对架空-电缆混联中压配电网，提出了输入阻抗法和BLT方程法两种信道建模法；分析了线路类型及长度、分支数目、接地电阻、耦合方式等对传输特性的影响。（3）提出了基于Smith圆图的阻抗匹配法，实现了单通信节点多载波频点下的功率最大输入；提出了网络模式下多通信节点间的自适应阻抗匹配调控策略，解决了多通信节点间的阻抗失配问题。（4）提出了中压配电网载波通信系统静动态结合的自适应组网方法及基于射频指纹的安全认证方法，实现了配电网载波通信系统安全可靠通信。（5）平台仿真和载波通信样机实验验证了所提模型、调控策略及组网方法的正确性和有效性。以上成果已在国内外核心期刊上发表论文14篇，SCI检索3篇，EI检索6篇，授权发明专利4项，培养硕士研究生7名。本项目研究对载波通信技术在中低压配电网中的应用提供了科学依据，为其实用化应用奠定了基础，对我国智能配电网通信平台的建设具有重要的理论意义和实用价值。