电力线载波通信技术研究.pdf

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1、XXXX 工业学院工业学院毕毕 业业 论论 文文设计题目：电力线载波通信技术研究设计题目：电力线载波通信技术研究姓姓名名邓邓娟娟学学号号 071203212071203212院院（系）（系）数理科学系数理科学系专专业电子信息科学与技术业电子信息科学与技术指导教师李丹指导教师李丹20112011 年年 6 6 月月 1111 日日目目录录摘要 IAbstractII一绪论 1（一）电力线载波通信技术介绍 11 载波模型 12 载波调制解调技术 3（二）电力线载波通信技术的发展历程 4（三）电力线载波通信技术的特点 51 高压载波路由合理，通道建设投资相对较低 52 以单路载波为主 53 独特的耦

2、合设备 54 传输频带受限,传输容量相对较小 55 可靠性要求高 66 线路噪声大 67 线路阻抗变化大 78 线路衰减大且具有时变性 89 网络应用要求更高 8二高压电力线载波 10（一）定义 10（二）高压电力线载波的分类 101 模拟电力线载波机 102 数字化电力线载波机 103 全数字电力线载波机 104 继电保护收发信机 10（三）高压电力线载波通道的组成 101 耦合电容器 102 线路阻波器 113 结合设备 114 高频电缆 12（四）新技术环境下高压电力线载波面对的几个问题 121 急需制定高压数字电力线载波机的国家标准或行业标准 122 电力线载波通信设备的总体制式需要同

3、国际接轨 123 高压电力线载波通信设备的生产许可证管理 13三中压电力线载波 14（一）定义 14（二）中压电网的电力线通信通道分析 14（三）中压载波技术在配电网自动化的应用 141 遵循原则 142 各环节载波机连接模式 15（四）DLC-2100 网络载波机的技术特点 151 噪声平衡处理技术 152 交错式矩阵纠错法 153 离散多载波调制 164 回波抵消 165 自适应均衡 16四低压电力线载波 17（一）定义 17（二）特点 171 信号衰减大 172 随机性和时变性 173 噪声干扰强 17（三）基本原理 17（四）在国内的具体应用 181 家居智能化 182 自动抄表系统

4、193 新型智能化小区 19五电力线载波通信技术的发展前程 22（一）语音压缩技术 22（二）宽带电力线载波 22（三）超窄带载波技术 22（四）扩频技术 23结束语 24谢辞 25参考文献 267/32摘要摘要随着电子技术和网络技术的不断发展，运用电力线作为载体进行信号传输受到人们越来越多的重视,得到了越来越广泛的应用。电力线网络的特点是它覆盖的 X 围非常广，各种建筑物内都有接入。由于通信线路的特点是一种近距离的通信方式，它适合“最后一英里”的通信接入。电力线载波通信（PLC）是利用电力线作为介质传输信号一种通信手段，通常分为高压电力线（35 kV 及以上电压等级)，中压电力线（10kV

5、电压等级）和低压配电线（220V 用户线）三种通信方式。本文对电力线载波通信技术的发展历程和特点进行了阐述，讨论了我国电力线载波通信的现状，还特别的将高压电力线载波，中压电力线载波通信，低压电力线载波通信三种方式进行了讨论，最后对电力线载波通信技术的发展前程进行了展望。关键词：电力线载波通信；高压电力线；中压电力线；低压电力线I/32AbstractAbstractWith the fast developmentof electronic technology and network technology,theuse of power line carrier as a signal fo

6、rtransmission by the people more and moreattention has been increasingly widely used.The greatest advantage of the power-linenetwork is that it covers a very wide range.Various buildings have power lines access.Different fromthemonInternet,becauseofitsmunicationcharacter,thePLC(Power-line munication

7、)is a short-distance correspondence,it suits to the“lastmile”munications.Power line carrier-current munication(PLC)use electric signals transmission asa medium a munication method,usually consist of high voltage power lines(35 kVand above voltage level),medium voltage power lines(consumers 10kV volt

8、agegrade)and low voltage wires(220V)subscriber line with three kinds of municationmode.In this paper the power line carrier-current munication technology developmentcourse and characteristics are elaborated,and the present situation of power linecarrier-current munication in China is discussed,alsos

9、peciallyexpound high voltagepower lines carrier,medium voltage power line carrier-current munication,lowvoltage power line carrier-current munication three methods,finally power linecarrier-current munication technology development prospects are prospected.Key Words:Power line carrier-current munica

10、tion;high voltage power lines;mediumvoltage power lines;low voltage power lines一绪论一绪论用的鼎盛时期相比，电力线载波通信已从模拟通信发展成为数字通信，其应用由电力系统通信的主要通信方式改变为备用通信方式。电力线载波通信近二十年来的变迁和发展，在许多方面都产生了变化，主要表现在：1.电力载波机更新换代的发展，由模拟通信发展为数字通信，由单通道发展为多通道；2.电力线载波通信设备的使用由原来的基本通信方式变换为备用通信方式；3.电力线载波机传输的信息由语音和远动信号发展为更多的计算机，网络和监控系统的信息；4.电力系

11、统通信对电力线载波通信设备的通信容量，接口功能，信息采集，网管性能和质量水平提出了更高的要求。在这样的环境下，如何找到电力线载波通信设备的技术进步和应用需求的方向，充分发挥电力线载波通信的技术和应用的长处，更好的为电力下同运营服务，是我们在现阶段需要考虑的问题。（一）电力线载波通信技术介绍（一）电力线载波通信技术介绍电力线载波（Power Line Carrier PLC）通信是利用高压电力线（在电力载波领域通常指 35kV 及以上电压等级），中压电力线（指10kV 电压等级）或低压配电线（380/220V 用户线）作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。近年来高压电力线载波技术

12、突破了仅限于单片机应用的限制已经进入了数字化时代，并且随着电力线载波技术的不断发展和社会的需要，电力线载波通信这座被国外传媒喻为“未被挖掘的金山”正逐渐成为一门电力通信领域乃至关系到千家万户的热门专业。1 1 载波模型载波模型为了更好地理解载波通信的传输与发送的特点，首先要了解载波通信的基本原理,以载波接收实验为例,以便提供比较感性的实验材料。如图 1.1，1.2 的电路图。1/32图 1.1 实验电路图 1.2 发射接收部分电路图1（1）发射部分发射部分由 Q1，Q2 接成复合管的形式,组成频率为 135kHZ 的哈特利振荡器。由 C2，D1，D2，D3，C5 等构成电压为 30V 的电源部

13、分。当按下发射按钮P1 时，在 L1 的复变感应出的 135KHZ 的震荡信号通过 C1 注入电力线网络。（2）接收部分由发射部分过来的 135KHZ 的正弦波通过电力线路传播至接收部分（见图1.2）,通过 C1(图 1.1)并由 L1,C10 构成的选频电路取出 135KHZ 信号。该信号Q3 放大并整形至幅度为 12V 的方波信号。D7，D8 构成限幅电路，保证 Q1(图1.1)的基极峰值电压小于 1V，以防止电力线路网络中各种异样干扰脉冲损坏。Q3，D9 的作用是过滤掉信号中的负极性部分，并由 Q4 驱动发光二极管工作。C9 是用来保持输出部分的平稳，过滤掉信号中的残余部分。由上述电力线

14、载波模型可以看出，无论在电力载波的发射部分还是在接收部分,都使用了藕合电路来对信号进行处理。实验模型采用阻容藕合与电磁藕合相2/32结合的复合藕合技术。对藕合电路模型分析,可以得到如下式的双口网络的电压转移函数：H(w)U0U1wRC4(1 w LC)(wRC)222(1.1)根据电压转移函数,可对端口网络进行计算机仿真分析。着重分析在不同的低压电力线阻抗条件下的频率特性,这也是评价接口电路藕合性能的重要指标。仿真显示了当电力线电阻逐步增加时的频率响应曲线，如图 1.3 所示。由分析结果可以看出电力线阻抗越大,接口电路的通频带越宽,对信号的藕合性能就越好，但是选择性较差，电力线阻抗越小，接口电

15、路通频带越窄，对信图 1.3 电力线电阻增加时的频率响应曲线1号的藕合性能越差，但是选择性较好。选择低压电力线通信接口电路的中心频率可以兼顾藕合性和频率选择性两个方面的要求，并且满足载波发射高阻抗的要求，提高系统的抗干扰能力。使电路既有较高的载波信号的加载效率，又能够完全隔离电力网 50HZ 的工频信号。2 2 载波调制解调技术载波调制解调技术为排除电力线干扰,电力线主要采用窄带载波 FM 和扩频通信的方式。由于数据信号信噪比决定数据传输距离的远近,目前电力线载波通信依靠功能强大的载波模块,其所要完成的基本功能是调制和解调信号。FSK 广泛应用于中低速的远程数据通信,FSK 信号由频率调制器产

16、生不同的频率，常用的是f1 和 f2 两种频率。f1 代表码元 0,f2 代表码元 1。调制数据的码元决定频率调制器的输出频率。实现 FSK 的方法有：选择法，调制法，数字调频法，其中数字调制法最先进的方法，原理框图为3/32晶振脉冲形成可变分频固定分频D/AFSK调制信号输入图 1.4 数字调制法最先进的方法原理框图扩频通信技术利用与传输数据无关的码，对被传输信号扩展频谱，使其占有远远超过传送信息所必须的最小带宽，在接收机中利用同一码对接收信号进行同步相关处理，以解扩和恢复数据。扩频通信属于宽带通信技术，通常的扩频号带宽与信息带宽之比将高达几百甚至几千倍。（二）电力线载波通信技术的发展历程（

17、二）电力线载波通信技术的发展历程电力线载波通信系统是以电力传输线作为传输载波信号的媒介，这看来似乎是一种实施并推广的方案，但是电力线不是理想的载波信号传输媒介。电力线对载波信号有很大的衰减，同时电力线上有很多用电装置产生的干扰，其干扰的总功率可能远远超过载波信号的功率，有时高达数百倍，因此在电力线上建立可靠的通信系统非常具有挑战意义。如果没有良好的系统设计，往往会导致通信完全失败或者仅能以很低的数据传输率进行通信。早期的电力线载波通信技术多以分立元件和通用的集成电路芯片来实现。由于硬件资源有限，不能利用先进的数字信号处理技术来产生复杂的载波信号以及处理接受到的载波信号，更不用说在电力线上组成大

18、规模的通信网络，所以早期的载波通信系统多仅能实现“点对点”的简单通信以及小规模的系统。随着集成电路技术的发展，先进的电力载波技术逐渐采用专用的集成电路芯片来实现，并且从简单的专用芯片发展到具有内嵌多个 CPU 内核的多功能系统芯片。先进的载波通信芯片具有强大的计算机处理能力，使得大规模通信网络的实现及管理成为可能。对于我国的电力线载波技术的发展，5060 年代，我国开始研制自己的ZDD-1 型电力线载波机，未能实现产品化。后经不断改进，形成了具有中国特色的 ZDD-5 型电力线载波机。该设备为 4 门用户，两级调幅，具有自动增益控制电路和音频转接接口，呼叫方式采用脉冲制式。该机代表的模拟制式电

19、力线载波机得到了广泛的运用。70 年代，力线载波机技术已趋于成熟，以 ZDD-12，ZJ-5，ZBD-3 机型为代表，在技术指标上得到了较大的提高，并成为我国应用时间最长的主流机型。80 年代中期，电力线载波技术开始了单片机和集成文化的革命，产生了小型化，多功能的载波机。在这一阶段，主要的技术进步为单片机自主盘替代了布线逻辑的自主盘。到了 90 年代中期，以SNC-5 电力线载波机为代表，在国内首次采用了数字4/32信号处理技术，将载波机音频至中频部分的信号处理试用 DSP 器件来完成，实现了软件调试，滤波，限幅和自动增益控制。这类载波机可称之为数字化电力线载波机2。由此开始，电力线载波界进入

20、了载波机的数字电力线载波机的技术研究。90 年代末期，采用新西兰生产的 M340 数据复接器，结合电力线载波机得高频部分为一体的全数字多路复接的载波机问世。这一成果提高了载波机的通信容量，从根本上初步解决了载波机通信容量小的技术，从而为电力线载波市场代理了空前的机遇。近十年来，包括清华大学、XX 交通大学和华中科技大学在内的高校和科研单位及国内相关公司对低压电力载波通信进行了大量研究，并取得了一定的成果。国内前期的研究主要侧重于利用国外已有的固化 PLC 调制技术和芯片进行扩展开发。近几年针对国内配电网的信道特性所进行的调制技术的研究及载波芯片研制取得了突破。但是目前国内相关的法律法规及政策还

21、不健全，如何充分开发和利用宝贵的电力网络资源，实现低压电力载波通信高速、安全和大规模的应用，仍需要很长一段时间的研究和摸索3。（三）电力线载波通信技术的特点（三）电力线载波通信技术的特点1 1 高压载波路由合理，通道建设投资相对较低高压载波路由合理，通道建设投资相对较低高压电力线路的路由走向沿着终端站到枢纽站,再到调度所,正是电力调度通信所要求的合理路由,并且载波通道建设无须考虑线路投资,因此当之无愧成为电力通信的基本通信方式。电力线载波通道往往先于变电站完成建设,对于新建电站的通信开通十分有利。为此,只要妥善解决电力线载波信道的容量问题,载波通信的优势就会显现出来。在中压配电网载波和低压用户

22、电网载波中,节省线路建设费用,无须考虑破坏家庭已装修环境,也仍然是载波通信的优势。2 2 以单路载波为主以单路载波为主电力系统从调制通信的需要出发，往往要依靠发电厂，变电站同母线上不同走向的电力线，开设电力线载波来组织个方向的通信。由于受到使用频谱的限制，通信方向的分散以及从组网的灵活性考虑，电力线载波通信大量采用单路载波设备。3 3 独特的耦合设备独特的耦合设备电力线上的电压高，电流大。载波通信必须通过高效，安全的耦合设备才能与电力线路相连。这些耦合到设备既要使载波信号有效传播，又要不影响工频电流的传输，还要能方便地分离载波信号与工频电流。此外，耦合设备还必须防止高电压，大电流对载波设备的损

23、害，确保安全。4 4 传输频带受限传输频带受限,传输容量相对较小传输容量相对较小在高压电网中,一般考虑到工频谐波及无线电发射干扰,电力线载波的通信5/32频带限制在 40 500 kHz 之内,按照单向占用 4 kHz 带宽计算,理想情况下一线路可安排 115 条高压载波通道。但由于电力线路各相之间及变电站之间的跨越衰减有限(13 43 dB),不可能理想地按照频谱紧邻的方式安排载波通道。因此,真正组成电力线载波通信网所实现的载波通道是有限的。尽管载波频谱的分配上研究了随机插空法、分小区法、分组分段法、频率阻塞法及地图色法和计算机频率分配软件,并且规定不同电压等级的电力线路之间不得搭建高频桥路

24、,使载波频率尽量得以重复使用,但还是不能满足需要。近来光纤通信的发展和全数字电力线载波机的出现,稍微缓解了载波频谱的紧 X 程度。在10kV中压配电网和低压用户配电网中,除了新上的载波信号之外,不存在其他高频信号,并且一般为多址传输,因此通道容量问题并不突出。5 5 可靠性要求高可靠性要求高电力线载波机要求具有较高的可靠性,一是在电力系统中传输重要调度信息的需要，另一是电压隔离的人身安全需要。为此,电力线载波机在出厂前必进行高温老化处理,最终检验必须包含安全性检验项目。为此,国家质检总局从 80年代开始即对电力线载波机(类)产品实行了强制性生产许可证管理4。目前,管理的 X 围已包括各种电压等

25、级的载波机、继电保护收发信机、载波数据传输装置(如配网自动化和抄表系统的载波部分)和电力线上网调制解调器。目前大多数高压及中压电力线载波机生产企业已按照生产许可证的要求建立了较为完善的质量体系。6 6 线路噪声大线路噪声大电力线路作为通信媒介带来的噪声干扰远比电信线路大得多(见图1.5),在高压电力线路上,游离放电电晕、绝缘子污闪放电、开关操作等产生的噪声比较大,尤其是突发噪声具有较高的电平。6/32图 1.5 水平排列电力线通道杂音波形(a)中相耦合;(b)边相耦合;(c)分裂相耦合;(d)工频电压波形根据国外资料描述,电力线的噪声特性可分为 4 种类型：1)具有平滑功率谱的背景噪声,其噪声

26、的功率谱密度是频率的减函数,如电晕噪声。其噪声特性可以用带干扰的时变线性滤波模型来描述。2)脉冲噪声,由开关操作引起,这种噪声与电站操作活动的关系较大。3)电网频率同步的噪声,主要由整流设备产生。4)与电网频率无关的窄带干扰,主要由其他电力设备的电磁辐射引起。一般电晕噪声电平大致为:220 kV,-25 dB;110kV,-35 dB(带宽为 5 kHz)。在工业区、沿海地区、高拔地区、新线路、升压线路上噪声电平还将增高1dB左右。因此,电力线载波机一般都采用较大的输出功率电平(37 49 dBm)来获得必要的信噪比。7 7 线路阻抗变化大线路阻抗变化大高压电力线阻抗一般为 3004008,在

27、线路上呈波动状态,现场实测表明,在波动幅度达到 1P 2 左右时,对载波通道衰减将产生严重的影响。在通道加工不合理、不完善、存在容性负载以及分支线时,会加剧载波通道的阻抗变化甚至中断通信。低压用户配电网载波通道的阻抗变化更大(见图 1.6),这使得载波装置不能采用固定的阻抗输出。7/32图 1.6 低压用户配电网阻抗特性(两曲线是在同一低压电力线网的不同地点测得的)8 8 线路衰减大且具有时变性线路衰减大且具有时变性高压电力线载波通道衰减与频率的平方根成正比(见图 1.7),且具有时变性。工频运行方式的改变、分支线的长短以及绝缘子污秽刮、强风、下小雨、线图 1.7220kV 对称高压线路衰减特

28、性路冰凌及阻波器调谐线圈性能等多种因素会对载波通道的衰减产生影响。为此,电力线载波机必须设置大于 30dBX 围的自动增益调整电路5。一般来说,从 500kV 到 220V(电压等级从高到低),电压越低线路衰减越大,时变性越强,建立通道越困难。有时在中压或低压配电网载波通道的衰减大到难以实现通信的状况时,设计人员不得不采用特殊的通信方式或设计多通道电路来自动进行选择。9 9 网络应用要求更高网络应用要求更高现代通信对电力线载波的要求也更侧重于网络方面,需要将原先仅限于通道8/32的概念扩展为网络概念以往的电力线载波机主要靠自动盘和音转接口实现小X围的联网。而将载波机与调度机协同考虑,实现载波机

29、协同变电站调度机的组网应用,以及适当设置能够与通信网监测系统接口的数据采集变送器,应当是近几年考虑的问题。电力线载波在中、低压线路上的应用在开始阶段就是建立在网络应用的基础之上的。9/32二二 高压电力线载波高压电力线载波（一）定义（一）定义高压电力线载波通信技术，指应用于35kV 及以上电压等级的电力线载波通信技术。载波线路状况良好，主要传输调度、远动、高频保护及其它监控系统的信息。（二）高压电力线载波的分类（二）高压电力线载波的分类在高压电力线载波设备中，根据国家质监总局电力线载波机产品生产许可证换（发）证实施细则6可分为四类：1 1 模拟电力线载波机模拟电力线载波机采用模拟调制方式（如S

30、SB 单边带调制）将频率搬移到线路频带进行传输，其线路频谱传输的信号为模拟信号。2 2 数字化电力线载波机数字化电力线载波机采用模拟调制方式（如 SSB 单边带调制）将频率搬移到线路频带进行传输，其线路频谱传输的信号为模拟信号。在频率搬移过程中，采用数字信号处理（DSP）技术。3 3 全数字电力线载波机全数字电力线载波机采用数字编码技术，并利用数字调制方式将多路输入信号经数字处理后还到线路频带进行传输，其线路传输的信号为已调制的数字信号。4 4 继电保护收发信机继电保护收发信机利用高压电力线作为媒介进行继电保护信号传输的设备7。（三）高压电力线载波通道的组成（三）高压电力线载波通道的组成电力线

31、载波通信是利用电力线作传输媒介的一种通信方式，为使电力线兼用于载波通信目的，需要装设耦合装置，包括耦合电容器(或电容分压器)、线路阻波器、结合设备及高频电缆等，8如图 2.1 所示耦合装置使载波信号进入电力线，使其从电力线引出时损耗较小，使通信设备和电力线的工作电压、操作过电压、雷电过电压隔开，减少一次设备对载波信号引起的分流损失，并使通道的线路阻抗不受电力系统操作的影响。1 1 耦合电容器耦合电容器主要用于工频(50Hz 或 60Hz)高压及超高压交流电力线路中，以实现高频载波通讯、测量、控制、过电压保护及抽取电能等目的。耦合电容器(或电容分压器连接在结合设备和电力线之间，具有承受高电压的性

32、能。耦合电容器的费用随电容量的增加而增加很多，耦合装置的通频带宽度又决于耦合电容器的电容量。因此，建议对于 220kV 以下线路选用 10000pF；220及以上线路选用 5000pF9。10/32图 2.1 电力线载波电路的结构92 2 线路阻波器线路阻波器阻波器一般由电感形式的主线圈、调谐元件及保护元件组成，串联在高压电力线上载波信号连接点与相邻的电力系统元件(如母线、变压器等)之间。跨接于主线圈的调谐元件，经适当调谐可使阻波器在一个、多个载波频率或载波频带内呈现较高的阻抗，而工频阻抗则可忽略不计。高频阻波器是并联谐振回路，其谐振频率为线路的载波频率，对线路上的高频载波信号呈现很大的阻抗，

33、目的是为了阻止高频电流流向母线，使高频电流只在本线路上流动，尽可能多的工作讯号送向对端负载。但高频阻波器对工频电流和其他非谐振频率不起阻碍作用。用于提高线路阻波器阻塞效果的调谐元件有几种电路。一种具有单频调谐性能，在一个载波频带内呈现高阻塞阻抗。另一种具有双频调谐性能，在两个不相邻的载波频带内呈现高阻塞阻抗。还有一种具有宽频带调谐性能，在一个较宽载波频带内呈现高阻塞阻抗。为保证阻塞效果，建议按电阻分量法调谐，一般分流损失国家标准不应超过 2.6dB，这相当于阻波器阻塞电阻为线路特性阻抗倍数的情况。3 3 结合设备结合设备用于电力线载波通道中，串接在耦合电容器低压端和通信终端机之间，和耦合电容一

34、起实现载波信号传输和工频电流的隔断。适用于载波通信通道，能抵消耦合电容低压端对地的杂散电容。结合设备与耦合电容器一起，在电力线和高频电缆之间传输载波信号。11/32结合设备由以下基本元件组成：接地刀闸：在维修和其他需要的情况下，将结合设备的初级端子直接有效地接地，保证设备和人身安全；避雷器：限制来自电力线的瞬时过电压；排流线圈：为通过耦合电容器的工频电流提供接地通路；调谐元件(包括匹配变量器)：与耦合电容器一起组成高通、带通滤波器或其他网络，以提高载波信号的传输效率。4 4 高频电缆高频电缆高频电缆接在结合设备的次级端子和载波机之间，按照载波机载波输出输入端不同阻抗的要求，可以用不对称电缆(同

35、轴电缆)，也可用对称电缆。同轴电缆的阻抗值一般为 75；对称电缆的阻抗值一般为 150。我国主要采用同轴电缆。采用同轴电缆时，屏蔽层的接地有不同的方法。如电缆处于同一个接地网 X 围内，有两种接地方法：一种是将同轴电缆屏蔽层的两端都接地，另一种是只在载波机一端将同轴电缆的屏蔽层接地。（四）新技术环境下高压电力线载波面对的几个问题（四）新技术环境下高压电力线载波面对的几个问题1 1 急需制定高压数字电力线载波机的国家标准或行业标准急需制定高压数字电力线载波机的国家标准或行业标准目前高压电力线载波机执行的是国家标准 GB/7255-1988“单边带电力线载波机”，该标准等效于国家电工委员会 IEC

36、 制定的 IEC 495:1993“单边带电力线载波机”标准。另外，由于国内电力线载波机多复用远动信号，为此电力行业补充了 DL/T745-2001“复用型单边带电力线载波机远动信号接口”标准。这些标准对电力线载波机的输入输出特性，存储及运输条件，工作条件，电磁兼容特性，复用信号通道等性能参数进行了规定。在当时制定标准的年代当中，未考虑到数字电力线载波机的参数条款。当今在全数字电力线载波机已经广泛应用的现状下，在数字电力线载波机的制式，参数以及原来的某些测试项目均已不适合或不适用。2 2 电力线载波通信设备的总体制式需要同国际接轨电力线载波通信设备的总体制式需要同国际接轨国内电力线载波机由于沿

37、袭以往的基本形式，绝大部分为传输语音+远动信号，带自动盘；而国际上通行的电力线载波机制式为基本型：语音+保护；复用型：话音+保护+远动，并且不带自动盘。这种差异的产生原因可能是考虑到载波机带自动盘减缓独立运行比较方便，保护信号不随载波机传输而采用专门的继电保护收发机传输比较可靠等等，这些观点在当时被理解为符合中国国情。但是在当前国际化市场下和国内载波技术发展和质量提高的形式下，电力线载波机不再限于点对点独立运行，而要考虑组网运行和实现多功能，并且在制式上同国际接轨，为实现电力线载波机设备跨出国门创造条件。12/323 3 高压电力线载波通信设备的生产许可证管理高压电力线载波通信设备的生产许可证

38、管理根据国家质监总局电力线载波机产品生产许可证换（发）证实施细则的规定，电力线载波机产品属于国家强制性生产许可证管理的产品，凡是在中国境内产生并在境内销售电力线载波机产品的企业，必须到当地质量技术监督局生产许可证办公室提出申请，并到电力工业通信设备质量检验测试中心检验，接受生产条件审查组的生产条件审查。13/32三三 中压电力线载波中压电力线载波（一）定义（一）定义中压电力线载波是指用于 10kV 电压等级的电力线载波通信技术。载波线路状况较差，主要传输配电网自动化信息和大用户抄表记录。（二）中压电网的电力线通信通道分析（二）中压电网的电力线通信通道分析研究中压电力网络对中高频载波信号的传输问

39、题是电力线通信技术应用环节的核心问题之一。中压电网的通信是配电自动化的关键，是电力线通信得以广泛推广的重要领域，更是对新一代电力线通信技术突出性能的检验。传统的高压线路载波技术以实现长距离的两点通信为目标，为此，在线路两端加设阻波器，在防止区内信号泄漏的同时也避免区外信号及噪声进入本区段。这种点对点的封闭式的通信不适合现代工业控制及民用领域的应用要求。配电网载波通信的理想模式应当是开放式、网络化通信，全网不加设阻波器，阻波器的存在将成为配电网电力线通信网络化的主要障碍。配电网载波通信以配电网的智能控制装置为网络节点，利用配电线路固有的拓朴结构构成总线网进行通信，是一种基于计算机网络的数字网络载

40、波技术。无阻波器后对通信增加了很多难点，如线路波阻抗不定；配电网分支,接太多太乱；信号在整个中压网络上扩散；中压网上的电磁干扰不阻挡地进入通信通道。只要针对中压电网的特点分析其通道特性，并采取相应的特殊措施，中压电力线通信将会取得理想的效果10。（三）中压载波技术在配电网自动化的应用（三）中压载波技术在配电网自动化的应用配电网通信的特点是：点多、通信节点分布极其分散、单个节点的数据量少。配网通信技术是实现配电系统自动化的关键技术之一,它的要求是选择和建设一个先进、可靠、经济、易于运转和维护的数据通信系统。中压载波通信很好的满足了这样的要求：它价格较低,不需要任何其他的物理连接投资,所有供电点的

41、电气连接确保了通信连接；专网通信,信息在电力线路上传输,便于维护管理,其他通信方式都需要在配电网外建立通信网,安装、维护、管理、检修都需要大量的人力、物力。易于实现分层分区的总线式网络,扩展容易,可直接将装置并人系统。通信网与配电网络结构完全一致,因此通信信道与配电网的可靠性完全一致。此外,配电载波网能随配电网运行方式变化而及时改变通信网结构,这是采用其他信道难以实现的技术优势。1 1 遵循原则遵循原则在载波通道设计中必须遵循以下几条规则：（1）一台主载波机最多可同时接4 只电感耦合器，（一台主载波可同时带 4条馈线），根据 XX 配网的通讯要求（每个通讯链路轮询通讯时间是 3 分钟），每台主

42、载波可管理 1518 个站点；14/32（2）从站载波机做多可同时接 4 只电感耦合器；（3）线路主载波的位置和数量可根据就近原则，主站载波点与从站载波点之间尽可能的减少桥接电房的数量，从而减少桥接安装的工作量。2 2 各环节载波机连接模式各环节载波机连接模式（1 1）主载波机和主站之间）主载波机和主站之间主载波机通过网口与以太网交换机建立连接，或者是多台主载波机通过RS232 串口线与串口服务器进行连接，再由串口服务器与以太网交换机连接。当主站有命令下发时，主载波机收到命令后转化成载波信号后广播至各从载波机，从载波机把命令还原为数字信号传给配网自动化终端，对应的终端响应并通过载波机将数据回传

43、到主载波机处，再回到主站。而在这些业务数据双向传输的同时，载波通信的网管数据也定时的由主载波机收集并打包至交换机，由交换机分配到载波通信网管通道。（2 2）主载波机和从载波机之间）主载波机和从载波机之间搭建全透明通信桥梁，主载波机、从载波机都通过耦合设备与电力线建立连接，在同一电力线这个物理通道下，载波机可以在 50210KHz 的 X 围内以 8KHz为间隔，同时建立 20 个逻辑通道，每个逻辑通道的有效通信速率为 6.25Kbps。对于配网自动化终端设备的通信情况，一个逻辑通道 6.25Kbps 的速率可以满足数十台 FTU、DTU 的通信要求。不同的物理通道之间相互独立。（3 3）从载波

44、机和配网自动化终端设备之间）从载波机和配网自动化终端设备之间采用 RS232、RS485（或者根据实际需要增加其他接口）与 FTU、DTU 相连，端口速率可调。（四）（四）DLC-2100DLC-2100 网络载波机的技术特点网络载波机的技术特点DLC-2100 网络载波机采用了离散多载波调制、格状编码调制、回波抵消、自适应均衡、前向纠错、线路编码、码分多址、噪声平衡处理等多项先进技术，在通信速率、误码率、无中继传输距离、接收灵敏度、抗雷击、抗高温等多项技术指标都较同类产品有明显的提高。1 1 噪声平衡处理技术噪声平衡处理技术基于我们对配网的研究积累，除了对相关方面的研究外，重点对噪声进行了处

45、理。并对连续噪声和离散噪声的特性进行了分析，认为在两个足够近的频点上具有最为接近的噪声能量。对于离散噪声，其来源主要是负荷瞬变引起的。我们采用共生辅助频点来提取信号。2 2 交错式矩阵纠错法交错式矩阵纠错法对应于某种调制方式，线路解调后其误码特征并不完全相同，采用本方案后，我们对十几条线路分时段进行了长达二年的错误图样收集，其中一特现场使用表明，其效果非常好。当然它是以牺牲一定的速度作为代价的。实际上，解决配网15/32载波信号提取是一个综合性的解决方案，不能仅靠几个创新点解决全部难点。良好的阻抗匹配、前导同步、型码优选、均衡通带分离等等都是需要精心创造和设计的部分。只有将它们综合运用，才能最

46、终保障通讯的正常建立。3 3 离散多载波调制离散多载波调制普通的 FSK 与 PSK 调制方式只采用一种中心频率，不能很好地避让吸收峰；我公司 DLC2100 电力线多址数字通信机在 4KHZ 的带宽 X 围内，将带宽分为各 1.3KHZ 的 3 个频段，按 2：1 的原则确认正确波形。4 4 回波抵消回波抵消对于电磁反射的干扰，我们采用与中心频率很接近的一个副频率在接收端来消除噪声干扰，提取正确的调制信号。5 5 自适应均衡自适应均衡由于采用了先进的数字电路设计，载波机的输入输出阻抗随着线路的变化而调整，增益的自适应性非常可靠，其速度和灵敏度都有保证。16/32四四 低压电力线载波低压电力线

47、载波（一）定义（一）定义低压电力线是指利用已有的低压配电网作为传输媒介，实现数据传递和信息交换。其诱人之处在于它利用已有的低压配电刚作为信息传输的载体，从而避免了新的通信网络的建设和投资。（二）特点（二）特点与中、高压电力线的载波通信不同，低压配电网由于直接面向用户，这一固有的特点使其通信环境极其恶劣。总的来说低压电力线载波通信技术具有以下几个特点:1 1 信号衰减大信号衰减大总的来说，信号的衰减随着传输距离的增加而增加，信号的衰减与频率、工频电源的相位有关，一般来说，随着频率的增加，信号的衰减也将增加而在某些特殊的频段，由于反射、谐振及传输线效应等的影响，衰减会出现突然剧增。2 2随机性和时

48、变性随机性和时变性低压电力线直接面向用户的特点导致其干扰具有随机性和时变性，这是低压载波通信面临的又一挑战。由于用户负荷的随机接入和切除，网络结构的变化以及不可抗拒的自然因素，如雷电等的影响，使得其干扰表现出很强的随机性和时变性，从而难以找到一个准确的数学模型来加以描述。3 3 噪声干扰强噪声干扰强已有的研究结果表明，噪声的大量存在是实现数据在低压电力线上优质传输的主要障碍之一。一般来说，影响电力通信质量的噪声主要有以下 3 种：背景噪声分布在整个通信频带；周期性噪声包括周期性的连续干扰和周期性的脉冲干扰；突发性噪声电设备的随机接入或断开而产生。研究表明，脉冲干扰对低压电力线载波通信的质量影响

49、最大。有文献统计算，脉冲干扰的强度最大可达40dBm，如此强的干扰将给通信带来致命的伤害，以至于在接收端根本无法识别出发送的信号。（三）基本原理（三）基本原理低压电力线载波通信系统的原理框图如图所示。该系统由三个部分组成：终端设备部分，管理中心部分，低压电力线部分。17/32图 4.1 低压电力线载波通信系统11系统以低压电力线作为信号传输的媒介，实现终端设备和主控计算机之间的双向或单向通信。终端设备的信号经过采集等处理后再调制成适合电力线上传输的电力信号，通过耦合电路耦合到电力线上进行传输。由于衰减太大，该电力信号不能直接跨越变压器进行远距传输，一定程度上限制了系统的通信距离12。所以管理中

50、心部分和终端设备部分通常处在同一变电站 X 围内。管理中心有专门的接收设备，接收的电力信号先进行解调及其它处理，再通过 GPRS 或者串口方式将其送到主控计算机。主控计算机会通过程序做进一步的分析和处理，从而实现了主控计算机对终端设备的监测。同样，主控计算机也可通过逆向路径实现对终端设备的控制。（四）在国内的具体应用（四）在国内的具体应用低压电力线载波通信技术利用了四通八达的电力供电网络来行数据通信，具有不占用无线频道资源、无需布线、省工省钱、维护简单的优点。随着社会的发展和电力网络的开放，低压电力载波通信技术在我国的应用也越来越广泛。目前其典型的应用包括家居智能化领域、自动抄表领域以及新型智