无线同步信息应用于变电站继电保护的分布式智能测试系统设计与实践

系统基于无线同步信息技术结合了先进的电子技术、信号处理、无线通信及计算机技术,旨在解决传统检验方法在操作复杂性、风险和灵活性方面的局限性。系统的实施流程包括从前期准备、测试执行到结果分析的多个阶段,每个阶段都经过精密设计以确保测试的高效性和安全性。该系统的设计理念、结构特点、工作原理及实际应用流程的细节描述,提供了一种有效的技术解决方案,以应对当前变电站继电保护检验领域面临的挑战,同时为未来电力系统的安全稳定运行提供了有力的技术支撑。

基于无线同步信息的继电保护分布式智能测试系统

用传统方法对新建或改造后变电站的继电保护接线正确性进行检验,需要一次系统带电并使相应的线路电流达到最小负荷电流。这不仅存在误操作风险,而且有时难以完成检验任务。为解决上述问题,提出了一种基于无线同步信息的继电保护分布式智能测试系统,包括四个关键部分:无线同步信息产生与传输子系统,其以母线电压互感器的二次侧A相电压作为参考相量,产生的同步信息通过433 MHz无线局域网络发布;短时输出交流电流高达1000 A的同步大电流发生器;用于同步记录继电保护装置输入端口的电压、电流波形数据的同步录波装置;对波形数据进行分析判断并自动给出测试结果的智能测试分析软件。阐明了所提分布式智能测试系统的结构、工作原理、实现方法以及在现场检验测试的应用流程。所提方法已经在实际运行中使用,具有较强的实用性。

虚拟多输入多输出无线电能与信息同步传输技术

在无线通信系统中,多输入多输出(MIMO)天线技术可有效提高信号传输速率和信道利用率。传统的能量调制式无线电能与信息同步传输(SWPIT)技术主要依赖单输入单输出线圈实现系统的供电和通信,难以实现多路并行通信。该文针对需要多信号接收器的无线供电场景,提出一种虚拟MIMO-SWPIT技术以满足多端通信的需求。所提系统可在两种状态下工作:当仅需无线供电时,系统工作在谐振状态进行高效电能传输;当需要通信时,通过控制逆变器开关信号的相移角和频率,在发射线圈中构造非标准正弦多载波(即虚拟多输入),以其中的基波和谐波分量作为通信载波传输信息。系统接收回路对基波和谐波所携带的信息进行解调(即虚拟多输出),同时谐波分量可用于负载供电。搭建的实验样机实现了稳定的电能与双通道信息并行同步传输,通信时电压波动低于3%,每路通道信息传输速率为4.0 kbit/s,验证了所提方案的可行性。

3FSK能量调制式无线功率与信息同步传输技术

针对无线功率与信息同步传输SWPIT(simultaneous wireless power and information transfer)技术中出现的共享通道传输可用谐振频率少,无法保证载波传输效率的问题,提出了一种基于双LCC电路实现3FSK调制的三频谐振的SWPIT技术。相较于传统的2FSK调制电路,所提电路优势在于:采用三谐振频带,系统载波均使用谐振频率,避免了对系统谐振频率的利用率低、传输效率低等缺陷;使系统在3种频率下正常工作,可实现全双工,提高了工作效率。所做的工作包括:低阶及高阶电路谐振腔的谐振条件分析;参数设计及频率选择;解调信号。同时,通过Simulink仿真及实验样机搭建了150、177和48 kHz的实验平台,验证了所提3FSK能量调制式技术的可行性。实验样机显示,在3种频率下,接收侧输出电压稳定且幅值为直流输入电压的4/π倍,达到恒电压输出的目标。

基于磁共振的引信用能量和信息无线同步传输方法研究

针对长距离(米级)条件下武器系统对能量和信息高效率、高质量同步传输的要求,为解决目前普遍采用的电磁感应装定方式仅适合短距离(毫米级)传输的问题,基于磁共振理论,提出利用一对处于磁共振强耦合状态的分离线圈实现装定器与弹药引信间的无线能量供给与信息同步装定。通过对所建磁共振无线能量传输系统电路模型的分析,推导出系统共振频率可能存在分叉现象,得到系统固有极值角频率的精确解析解。利用Orcad软件对无线传输系统进行频域和时域内传输特性的仿真分析,发现拾取线圈回路电流随系统工作频率变化十分敏感,共振条件下系统起振时间为微秒级。理论分析和仿真结果表明所提出的能量和信息无线同步传输方案有效可行。

基于频分复用的多端全双工无线能量信息同步传输方法

多端口无线能量路由器是一种新型电力电子系统,可实现多源多负载间的无线能量传输。除能量传输外,无线能量路由器还应具备同步传输信息的能力,所传信息包括源载状态、设备ID、电气参数等。文中面向多端口无线能量路由器,提出一种全双工无线能量信息同步传输方法,通过建立等效电路模型,分析不同工作模式下的信息传输路径增益,探讨关键元件参数对信息传输性能的影响。利用频分复用技术实现全双工传输时,针对某一端口存在多种频率的信息载波难以解调的问题,采用分频阻抗网络,通过对信息载波进行预处理,使其能够解调得到来自不同端口的信息。最后通过实验验证所提出方法的有效性。

近场磁耦合无线电能与信息同步传输技术的发展(下篇):电路拓扑

近场磁耦合无线电能传输(WPT)近十年以来已取得长足发展,在日常生活中WPT技术随处可见。实际工程应用中稳定可靠的WPT系统的电能发射端与接收端之间不仅需要建立能量传输通道,同时也需要建立数据通信链路以实现闭环控制和信息交互,故实际为电能与信息同步传输(SWPIT)系统。SWPIT系统可在已有磁耦合WPT电路拓扑的基础上,通过添加信息调制与解调电路实现传能与通信。该文回顾了近场磁耦合无线电能与信息同步传输技术中电路拓扑的发展,针对电路拓扑、信道优化等问题进行分析和归纳,最后展望了SWPIT系统的应用前景与发展趋势。

近场磁耦合无线电能与信息同步传输技术的发展(上篇):数字调制

随着近场磁耦合无线电能传输(WPT)技术的发展,WPT技术凭借其可靠、便捷和安全的应用优势,在各种不利于有线电能传输的场景中变得越来越受欢迎。电磁场既可以作为能量载体也可作为信息媒介,故本质上近场磁耦合链路可同时传输电能与数据(SWPIT),而不需要引入额外的射频通信链路。为提高通信速率并降低能量与信息传输的相互影响,SWPIT系统可基于电力电子器件的通断控制特性对待传信息进行数字调制。该文将回顾近场磁耦合无线电能与信息同步传输技术中数字调制的发展,针对信息调制原理、调制电路实现等问题进行分析归纳,最后总结SWPIT系统常用数字调制方案的优缺点与适用场合。

同步无线能量与信息传输网络研究现状

随着越来越多的人投入到无线能量传输技术的研究,无线能量传输已经可以无限延长无线通信网络的生命周期,即使在比较恶劣的环境下也可以得到有效的利用。而无线传输也已经渗入到我们日常生活的各个方面,包括我们现在使用的手机、宽带等。在本文中,我们对无线能量和无线信息两者的同步传输技术进行了论述,同时对同步无线能量和信息传输技术的发展现状,三种比较常见的同步无线能量和信息传输系统模型以及同步无线能量与信息传输构架进行了阐述,最后提出了现在同步无线能量与信息传输技术所存在的一些问题。

基于磁耦合谐振的无线能量传输系统

针对目前电磁感应无线能量传输方式有效传输距离近、传输效率低等问题,为实现小口径武器系统的无线能量与信息的同步、快速、高效传输,基于电磁耦合谐振理论,提出了一种三线圈磁耦合谐振自适应能量传输系统。利用磁耦合谐振互感模型,对能量传输系统三线圈拓扑电路进行了分析,并讨论了整个系统的传输功率、传输效率与线圈谐振频率、耦合系数之间的相互关系。基于锁相环优化控制理论,提出了传输系统自适应谐振最大功率控制策略,对储能电容接收功率和充电时间进行了优化。静态实验结果表明,利用上述理论设计的三线圈磁耦合谐振能量传输系统,性能可满足耦合距离20mm、相对运动速度2.5m/s及铁磁环境下能量的传输,这种新颖的传输系统可为新一代武器系统的信息交联设计提供一定的理论和技术支持。

有源RIS辅助SWIPT网络公平性资源分配算法

针对有源可重构智能表面(reconfigurable intelligent surface,RIS)辅助的同步无线信息与能量传输(simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT)系统,提出了一种考虑公平性的能量资源采集分配算法,以解决因乘性衰落导致的公平性能量采集性能较差的问题。在有源RIS辅助的SWIPT系统采用功率切割架构实现信息与能量的同步传输,构建了以所有用户中最小的采集能量最大化为目标函数,用户信干噪比、有源RIS和基站发射功率、功率划分因子等满足需求为约束条件的联合资源分配问题。利用交替优化、半正定松弛、连续凸近似、罚函数等技术将不能直接解决的非凸问题转换成标准凸问题,提出了一种交替迭代的公平性采集能量算法。数值仿真结果表明,所提优化算法能够显著提高用户中能量资源分配最少的用户处采集到的能量值,保障通信网络中能量资源分配的公平性。

磁耦合谐振无线携能通信系统建模与分析

摆脱有形介质的束缚,让信息与能量传输能够更加灵活方便一直是用户对于设备的潜在需求。文中基于磁耦合谐振方式提出一种无线能量与信息同步传输并形成信息回路反馈的方式,通过建立实验装置模型,验证系统方案的可行性,并对系统能量传输效率部分建立等效模型分析,通过仿真给出传输效率与距离的关系曲线,并通过对比仿真数据与实验数据,验证了等效模型分析的正确性。

基于SWIPT的协作中继系统动态时间分配策略

无线信息与能量同步传输技术为通信系统中能量受限型节点提供了解决方案,可延长节点生命周期。为研究时间分配对系统中断性能的影响,针对采用解码转发策略的SWIPT协作中继系统,研究构建系统信道容量模型,在满足系统最低传输速率的约束下,提出一种中继动态时间分配策略来优化传输。该策略首先对系统目的端节点的中断概率进行分析,推导得出系统中断概率与时间分配系数之间关系的表达式,然后以最小化中断概率为目的构建优化求解模型,利用迭代算法得到问题的解。仿真结果表明,与现有的传输策略相比,动态时间分配策略可以显著减少系统中断概率,能较好地改善系统传输性能,保障系统的可靠运行。

非线性能量收集下的鲁棒性波束赋形

在无线信息能量同步传输系统中,考虑实际电路实现中的非线性能量收集模型,提出了一种具有鲁棒性的波束赋形设计方案。为了提升系统用户间的公平性,对最小的用户信干噪比进行优化,并构建了一个非凸的优化问题。针对问题的非凸特性以及引入信道估计误差带来的限制条件,基于S过程对问题进行变形,并通过半定松弛技术对问题进行凸化,提出了一种基于二分法的迭代波束赋形算法。仿真结果表明,相比于非鲁棒性算法,所提的算法能够获得25!到50!的性能增益。因此,所提算法更加适用于实际系统中的非理想信道环境。仿真结果还表明所提算法相比于线性能量收集模型或迫零波束赋形等方法,能够取得更好的公平性能。

基于光伏供能的孤岛微电网无线传感网能量调度优化策略

可充电无线传感网(rechargeable wireless sensor network, RWSN)凭借其易部署、可扩展、自组网等特点,可全方位控制微电网源网荷储信息采集的深度和广度,提升微电网智能调度水平。孤岛微电网复杂的工作环境增加了传统人工运维以及移动充电装置补能的难度,因地制宜选取高密度光伏能量源构建面向孤岛微电网智能监测的分布式光伏供能无线传感网络(solar-powered wireless sensor network, SPWSN)能量自维持框架,研究光伏捕能簇头协同无线信息能量同步传输(simultaneous wireless information and power transfer, SWIPT)技术的能量调度策略,可以在全双工模式下为簇成员节点供能以满足网络监测需求。为实现网络能效最大化,提出了光伏捕能协同SWIPT能量调度优化算法,基于多层迭代解耦优化方法将强耦合非凸分数规划问题分解为光伏捕能簇头部署、簇头能量广播及时间分配、节点采样控制三个子问题进行优化求解。仿真结果表明,所提算法较现有算法在提高网络能效和光伏供能网络稳定性上有较大提升,满足信息采集系统的全时段监测需求,为孤岛微电网能量管理提供了一个绿色、高效、可持续的无人化信息采集系统。

独立不同分布Nakagami-m信道下选择合并分集信噪比的统计特性及其应用

本文推导了独立不同分布Nakagami-m(m为整数)衰落信道模型下接收端采用选择合并方式时信噪比的概率密度函数(probability density function,PDF)的闭式表达式.该表达式由有限多个幂函数与指数函数乘积的求和形式组成,可作为一个非常有用的数学工具来分析在独立不同分布Nakagami-m衰落信道下采用选择合并分集技术时的无线通信系统的中断概率、误符号率和遍历容量等性能,还可以用于研究物理层保密性能,比如保密中断概率(secrecy outage probability,SOP)和平均保密容量(average secrecy capacity,ASC).在单输入多输出(single-input multiple-output,SIMO)的无线通信系统中,本文以无线信息与能量同步传输(simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT)通信系统为例,利用所得信噪比的PDF表达式研究了该系统的保密性能,进一步得到SOP和ASC的闭式表达式,最后通过数值仿真和Monte Carlo仿真对推导得到的SOP和ASC闭式表达式的准确性和有效性进行了验证.