【摘 要】
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国内高速铁路营运里程持续保持快速增长,但与之配套的用电数据采集系统仍不完善。各铁路局供电部门对高速铁路沿线负荷的耗能情况存在获取困难、采集滞后等问题。同时铁路贯通线沿线部分变电所地理位置偏僻,无线通信信号较差,而架设专网通信成本高。电力线载波在现有电力线上直接通信,具有无需布线、建设成本低的优点。本文基于电力线载波研究铁路特有用电环境下的通信信道特性,提出适用于高速铁路的电力线载波通信方案,以满足
【基金项目】
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国铁集团高速铁路电力节能设计标准研究项目；
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国内高速铁路营运里程持续保持快速增长,但与之配套的用电数据采集系统仍不完善。各铁路局供电部门对高速铁路沿线负荷的耗能情况存在获取困难、采集滞后等问题。同时铁路贯通线沿线部分变电所地理位置偏僻,无线通信信号较差,而架设专网通信成本高。电力线载波在现有电力线上直接通信,具有无需布线、建设成本低的优点。本文基于电力线载波研究铁路特有用电环境下的通信信道特性,提出适用于高速铁路的电力线载波通信方案,以满足铁路数据采集需求。本文对铁路所用电力线和电力线中存在的各种噪声建立数学模型。基于传输线理论和回声模型,在时域和频域中分别对电力线信道进行数学建模。根据载波信号在信道中的频率响应,建立四信道和十五信道多径传输模型。采用Nakagami-m分布描述有色背景噪声的概率密度函数;基于噪声样本使用Middleton概率函数预测同一环境下随机性强的脉冲噪声特性。本文基于移频键控和正交频分复用两种调制方式的载波芯片分别搭建载波通信模块,在上位机完成对载波通信频率、波特率、过零传输等参数的控制。搭建实验环境,测试载波模块的抗干扰能力以及在不同线路衰减下的通信性能。根据对铁路10 kV贯通线的调研,获得贯通线所用电缆物理参数,计算其单位阻抗随频率的变化,在MATLAB Simulink中搭建电力线仿真模型,同时根据对沿线负荷调研结果设置仿真参数。仿真分析不同频率载波信号在贯通线传输的衰减特性。在高铁客站和维修工区内现场测试表明,采用移频键控或正交频分复用调制的载波模块,在72～150 kHz频段内以超过90%的成功率进行双向通信。测试表明由列车进出站引起的噪声主要集中于20 kHz以下频段。本文载波传输方案能满足高速铁路用电信息采集需求。
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