CN101267229A - 用于电力线通信的传输线结构及其中使用的电力线开关 - Google Patents

用于电力线通信的传输线结构及其中使用的电力线开关 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用在通过供应供电电流的电力线来传输信号的电力线通信系统中的传输线结构和电力线开关设备。在该电力线开关设备中，开关部分被嵌入电力线中以连接或断开电力线。电力线滤波器与开关部分串联连接并且嵌入在电力线中，该电力线滤波器用于使得供电电流通过而截断电力线通信系统的信号。旁路电路与开关部分和电力线滤波器的串联结构并联连接，该旁路电路包括用于截断供电电流而使得电力线通信系统的信号通过的旁路滤波器。

Description

用于电力线通信的传输线结构及其中使用的电力线开关
技术领域
本发明涉及一种用于通过配电板和/或断路器进行平稳PLC(电力线通信)的传输线结构，还涉及一种在该用于电力线通信的传输线结构中使用的电力线开关。
背景技术
如今，通过遍布全国的电力线路进行数字通信的电力线通信正待实现。这种电力线通信主要应用于使用室内、局域布线或“最后一公里”连接线路的短距离通信网络，而不是应用于使用高压传输线的长距离电信通信(非专利文献1)。
非专利文献1：2007年2月23日在涉及高速电力线路传输通信的社区中搜索到的2005年12月的在线“报告”。其互联网地址为：http://www.soumu.go.jp/s-news/2005/pdf/051226_6_bt2.pdf。
然而，与高压传输线不同，室内和局域线路很可能由于其可能具有包括断路器中段(midstream)的开关和/或线路分支的线路结构而不适于进行通信。
这意味着，布线中的任何包括断路器的开关都会在开关闭合时使得电力线通信信号(PLC信号)得以传输，而在开关断开时随着电源的切断而使得PLC信号被切断。此外还有个问题，即电力线路中的分支使得分支点处的高频阻抗具有非常大的变化，这会导致PLC信号的传输品质下降。还有其它的问题，包括由于相同的PLC信号被传输至全部分支所导致的安全性问题，以及很可能由于相同信号传输至全部分支而使得可传输的通信数据容量下降所导致的拥塞问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于电力线通信的传输线结构，该传输线结构使得即便在使用具有开关和/或分支的电力线的情况下也能够平稳地执行电力线通信，以及提供一种在该用于电力线通信的传输线结构中使用的电力线开关。
按照本发明的第一方面，提供了一种用在通过供应供电电流的电力线传输信号的电力线通信系统中的传输线结构，该传输线结构包括：开关部分，其嵌入于电力线中用于连接或断开电力线；和旁路电路，其与开关部分并联连接并且配备有旁路滤波器，该旁路滤波器用于截断供电电流而使得电力线通信系统的信号通过。
按照本发明的第二方面，提供了一种用在通过供应供电电流的电力线传输信号的电力线通信系统中的传输线结构，该传输线结构包括：开关部分，其嵌入于电力线中用于连接或断开电力线；电力线滤波器，其与开关部分串联并且嵌入在电力线中，该电力线滤波器用于使得供电电流通过而截断电力线通信系统的信号；以及旁路电路，其与开关部分和电力线滤波器的串联结构并联连接，该旁路电路包括用于截断供电电流而使得电力线通信系统的信号的旁路滤波器通过。
按照本发明的第三方面，旁路电路还包括信号选择部分，该信号选择部分用于根据输入到旁路电路的信号的内容来选择使得电力线通信系统的信号通过或截断。
按照本发明的第四方面，提供了一种用在通过供应供电电流的电力线传输信号的电力线通信系统中的传输线结构，该电力线具有一条电源侧的上游线和从电源侧的上游线分支得到的多条负载侧的下游线，该传输线结构包括：电力线滤波器，其嵌入于每条负载侧的下游线中，用于使得供电电流通过而截断电力线通信系统的信号；和分支旁路电路，其与每个电力线滤波器并联连接并且具有连接在电源侧和每个负载侧之间的旁路滤波器，该旁路滤波器用于截断供电电流而使得电力线通信系统的信号通过。
按照本发明的第五方面，传输线结构还包括开关部分，其嵌入于每个负载侧的下游线中与电力线滤波器形成串联连接，并且与分支旁路电路并联连接，用于连接或断开每个负载侧的下游线。
按照本发明的第六方面，传输线结构还包括信号选择部分，其包括在分支旁路电路中，用于根据信号的内容将从电源侧的上游线输入的电力线通信系统的信号转发至一条或多条下游线中。
按照本发明的第七方面，提供了一种用在通过供应供电电流的电力线传输信号的电力线通信系统中的电力线开关设备，该电力线开关设备包括：开关部分，其嵌入于电力线中以连接或断开电力线；和旁路电路，其与开关部分并联连接，并且配备有用于截断供电电流而使得电力线通信系统的信号通过的旁路滤波器。
按照本发明的第八方面，提供了一种用在通过供应供电电流的电力线传输信号的电力线通信系统中的电力线开关设备，该电力线开关设备包括：开关部分，其嵌入于电力线中以连接或断开电力线；电力线滤波器，其与开关部分串联连接并且嵌入在电力线中，该电力线滤波器用于使得供电电流通过而截断电力线通信系统的信号；以及旁路电路，其与开关部分和电力线滤波器的串联结构并联连接，该旁路电路包括用于截断供电电流而使得电力线通信系统的信号通过的旁路滤波器。
按照本方面的第九方面，旁路电路还包括信号选择部分，该信号选择部分用于根据输入到旁路电路的信号的内容来选择使得电力线通信系统的信号通过或截断。
根据本发明，在用于连接/断开电力线的开关部分中提供旁路电路，使得即使在断开开关部分从而断开电力线的情况下也能够经由旁路电路使得电力线通信信号(PLC信号)通过，这样在电力供应断开时也能够维持电力线通信。
根据本发明，通过另外提供与开关部分串联的电力线滤波器，PCL信号能够始终经由旁路电路通过，从而允许PLC信号在相同条件下全时传输，不论开关部分的开/关状态如何。
根据本发明，提供旁路电路并进一步在旁路电路中提供信号选择部分，能够根据PLC信号的内容对其进行选择或分类，从而避免不必要的信息传输以确保和维持通信中的安全性并降低了通信中的拥塞。
附图说明
图1(A)和图1(B)是示出断路器的构造的框图，其构成了本发明的第一实施例。
图2(A)和图2(B)是示出断路器的构造的框图，其构成了本发明的第二实施例。
图3是示出配电板的构造的框图，其构成了本发明的第三实施例。
图4是示出了分支旁路电路的构造的框图，其构成了本发明的第三实施例。
具体实施方式
参照附图，其中描述了断路器的构造，其构成了本发明的第一实施例。此断路器被构成为能够不管触点的连接/断开状态如何都使得从初级侧到次级侧(反之亦然)的PLC(电力线通信)信号通过。
图1示出了一种断路器的构造，这构成了本发明的第一实施例。图1(A)所示出的是代表各部分功能的框图。断路器1具有连接至电力线初级侧(电源侧)的初级侧端101，和连接至电力线次级侧(负载侧)的次级侧端102。断路器具有并联在初级侧端101和次级侧端102之间的开关2和旁路电路3。开关2在初级侧端101和次级侧端102之间执行通常的电气连接。当供电电流超过额定电流值(例如20A)时，开关2能够切断(断开)连接。
PLC(电力线通信)信号具有例如2至30MHz的频率范围，而在日本，供电电流的频率为例如50Hz或60Hz。旁路电路3包括滤波器，其用于截断供电电流而使得PLC信号通过。
在开关2闭合时，供电电流和PLC信号都能够通过开关2。在开关2断开时，供电电流被截断而PLC信号从初级侧经旁路电路3到达次级侧(反之亦然)。
图1(B)例示了图1(A)中示出的断路器的实际电路结构。图中示出开关2为断开，也即电力线的初级侧和次级侧之间的连接是断开的。然而对于断路器来说，开关2是闭合的，也即电力线的初级侧和次级侧之间的连接是闭合的。当次级侧电流超过额定值时，开关2断开从电力线的初级侧到次级侧的连接。所述断开由未示出的电磁螺线管执行。
在图1(B)中，电容30构成了旁路电路3。电容30具有如上所述能够截断频率为50Hz或60Hz的供电电流而使得PLC信号通过的电容值。
在图1(B)中，使用双极开关作为开关2。然而，也可以在电力线的一侧(HOT侧)连接着的情况下使用单极开关。
图1所示的实施例例示了一种用作电力线开关的通用过流断路器。然而，电力线开关不限于过流断路器，而是可以使用包括泄漏断路器或手动开关(例如绝缘开关)等各种器件。本发明的这个实施例不限于开关和旁路电路的集成。在图1和图2中示出的实施例可以包括分别构成独立器件部分并彼此电连接的开关和旁路电路。
图2示出了断路器的构造，其构成了本发明的第二实施例。图2(A)是示出各部分功能的框图；图2(B)是示出断路器的一种示例电路结构的视图。
断路器11包括连接至电力线初级侧(电源侧)的初级侧端101和连接至电力线次级侧(负载侧)的次级侧端102。开关12和电力线滤波器13串联在初级侧端101和次级侧端102之间。旁路电路14与开关12和电力线滤波器13的串联结构并联连接。
开关12执行初级侧端101和次级侧端102之间的正常电气连接。当次级侧电流超过额定电流值(例如20A)时，开关12切断(断开)连接。
电力线滤波器13用于使得频率为例如50Hz或60Hz的供电电流通过，并截断频率范围为2至30MHz的PLC信号。电力线滤波器13包括：两个串联并嵌入电力线HOT侧的高频扼流线圈LH1和LH2；两个串联并嵌入电力线COLD侧的高频扼流线圈LC1和LC2；以及一个旁路电容C1，其连接在HOT侧的两个高频扼流线圈LH1和LH2之间的连接部与COLD侧的两个高频扼流线圈LC1和LC2之间的连接部之间。由于此构造，电力线滤波器13构成了低通滤波器LPF。电力线滤波器13的截断特性使其能够截断频率不低于2MHz的信号而使得频率不高于2MHz的信号通过。
旁路电路14由信号选择部分14B和旁路滤波器14A组成，其中旁路滤波器14A分别提供在信号选择部分14B的初级侧端和次级侧端。旁路滤波器14A包括连接至电力线HOT侧的电容C3、连接至电力线COLD侧的电容C4和高频变压器T1。电容C3、C4的与电力线侧端相反的一端分别连接至高频变压器T1的初级侧。高频变压器T1的次级侧连接至信号选择部分14B。
电容C3和C4均具有够截断频率为50Hz或60Hz的供电电流而使得频率范围为2至30MHz的PLC信号通过的电容值。这允许叠加在电力线上的PLC信号或者从信号选择部分14B输出的PLC信号通过这些电容，并且防止电力线所供应的供电电流传输至高频变压器T1。
高频变压器T1用于调节输出至信号选择部分14B和/或从中输出的PLC信号，并用于为信号选择部分14B隔离供电电压(电势)。这意味着，高频变压器T1初级侧上的电势值由于电容C3和C4与电力线的静电耦合而发生变化，但是此电势变化不会传输至变压器的次级侧。高频变压器T1利用电磁耦合将频率范围为2至30MHz的PLC信号从初级侧传输至次级侧以及从次级侧传输到初级侧。
信号选择部分14B判定是否将从电力线的初级侧(接线端101侧)输入的PLC信号(包)递送至与电力线的次级侧(接线端102侧)相连接的装置。如果信号选择部分14B判定将信号递送至连接到次级侧的装置，则其将信号输出至次级侧；而当其判定不递送时，则截断或丢弃该信号。这意味着信号选择部分14B在处理连续的高频信号电平形式的信号时将其截断，而在处理数字数据电平(例如数据包)形式的信号时将其丢弃。信号选择部分14B还判定是否将从电力线的次级侧输入的PLC信号递送至与电力线的初级侧相连接的装置。当信号选择部分14B判定将信号递送至与初级侧相连接的装置时，其将信号输出至初级侧；而当其判定不递送时截断或丢弃信号。
PLC信号在协议上没有限制，然而，上述的对信号的选择应当基于OSI参考模型的第二层(数据链路层)或第三层(网络层)中的标题信息来执行。这意味着信号选择部分14B具有并入诸如桥路(bridge)或路由器等装置中的数据包选择功能。
因此，通过电力线传输的PLC信号(数据包)不经过开关12就被输入断路器11中旁路电路14的信号选择部分14B。信号选择部分14B根据数据包的信息(包括目的地址)来判定是否使得该数据包通过。这降低了电力线上PLC信号的拥塞，并使得由于无条件的数据包传输而可能将数据包中信息无益地暴露给第三方的风险最小化。
图2中的实施例可以不需要信号选择部分14B。也即，旁路电路14可以仅由旁路滤波器构成，该旁路滤波器切断供电电流而仅使得PLC信号通过。由于这种构造也能够实现不论开关12的连接/断开状态如何均使得PLC信号通过，所以与图1的实施例相比，能够稳定通信状态。
图2所示的实施例例示了一种用作电力线开关的过流断路器。然而，电力线开关不限于过流断路器，而是可以使用包括泄漏断路器或手动开关(例如绝缘开关)等各种器件。本发明的这个实施例不限于开关、滤波器和旁路电路的集成。在图2中示出的实施例可以包括分别构成独立器件部分并彼此电连接的开关、滤波器和旁路电路。
图3是示出用于电力线通信的传输路径结构的框图，其构成本发明的第三实施例。此视图示出了配电板20的电路结构。在配电板20中，电源被分入4个下游电力线中，并且断路器21-1至21-4中的每一个分别被嵌入每个分支电力线中。
连接到配电板20的初级侧(电源侧)端101的电力线路26被分成4条下游线，每条下游线均分别经由断路器21-1至21-4中的一个连接至次级侧(负载侧)端102-1至102-4中的一个。
每个断路器21均包括一个开关22和一个电力线滤波器23。此构造类似于图2的实施例中的开关12与电力线滤波器13的构造，所以省略其具体信息。于是在此配电板20中PLC信号不经过断路器21。
另一方面，在配电板20的初级侧端101与4条分支电力线上的次级侧端101-1至101-4之间提供了不同于电力线路26的信号线路27。信号线路27将分支旁路电路24连接至初级侧端101，并将旁路电路24连接至次级侧端102-1至102-4。
图4示出分支旁路电路24的具体构造。分支旁路电路24包括：旁路滤波器241，用于在初级侧端101切断具有供电频率的电流而使得PLC信号通过；旁路滤波器242-1至242-4，用于在次级侧端101-1至101-4上切断具有供电频率的电流而使得PLC信号通过；以及信号选择部分240，用于对从5个旁路滤波器241和242-1至242-4输入的PLC信号(数据包)进行切换并将它们分别输出至各自的目标端(旁路滤波器)。
由于各个旁路滤波器241和242-1至242-4的构造类似于图2所示实施例中的滤波器14A，所以省略其具体信息。
信号选择部分240基于OSI参考模型的第二层(数据链路层)或第三层(网络层)中的标题信息来交换数据包。这意味着，信号选择部分240具有并入诸如交换集线器、第二层开关或多端口路由器等装置中的数据包选择功能。
由于上述构造，在配电板20中，来自上游线的电源被分入4条下游线，来自电源侧的一条线和负载侧的4条线的PLC信号(数据包)彼此进行交换并被转发至各个数据包的目标装置。因为所输入的数据包仅被转发至目标电力线，从而有可能降低各条电力线上PLC信号的拥塞，并使得由于无条件传输而将数据包中信息无益地暴露给第三方的风险最小化。
图3所示的实施例例示了一种配电板。如果用配电板之外的任何其它装置来分支电力线，则有可能通过使用分支旁路电路24来交换数据包。在这种情况下，各个分支线需要滤波器23而不是开关22。
上述图3中实施例的分支旁路电路24使用信号选择部分240来交换输入的数据包并将其仅输出至目标线路。该实施例也可以包括波形校正电路和放大器来代替信号选择部分240，从而使得从特定线输入的数据包能够被输出至全部其它线路。也就是说，可以具有转发集线器(repeater hub)的功能。
在上述图3中的实施例中提供了4条分支线。然而所提供的分支线的数量不限于4。在上述实施例中，通过单个分支旁路电路24来执行数据包交换。然而如果提供了较多数量的分支线，则可以通过多个分支旁路电路来执行数据包交换。

Claims (9)

1.一种用于电力线通信系统中的传输线结构，该电力线通信系统通过供应供电电流的电力线来传输信号，该传输线结构包括：
开关部分，其嵌入于电力线中来连接或断开电力线；和
旁路电路，其与开关部分并联连接并且配备有旁路滤波器，该旁路滤波器用于截断供电电流而使得电力线通信系统的信号通过。
2.一种用于电力线通信系统中的传输线结构，该电力线通信系统通过供应供电电流的电力线来传输信号，该传输线结构包括：
开关部分，其嵌入于电力线中来连接或断开电力线；
电力线滤波器，其与开关部分串联连接并且嵌入在电力线中，该电力线滤波器用于使得供电电流通过而截断电力线通信系统的信号；以及
旁路电路，其与开关部分和电力线滤波器的串联结构并联连接，该旁路电路包括用于截断供电电流而使得电力线通信系统的信号通过的旁路滤波器。
3.如权利要求2所述的传输线结构，其中旁路电路还包括信号选择部分，该信号选择部分用于根据输入到旁路电路的信号的内容来选择使得电力线通信系统的信号通过或截断。
4.一种用于电力线通信系统中的传输线结构，该电力线通信系统通过供应供电电流的电力线来传输信号，该电力线具有一条电源侧的上游线和从电源侧的上游线分支得到的多条负载侧的下游线，该传输线结构包括：
电力线滤波器，其嵌入于每条负载侧的下游线中，用于使得供电电流通过而截断电力线通信系统的信号；和
分支旁路电路，其与每个电力线滤波器并联连接并且具有连接在电源侧和每个负载侧之间的旁路滤波器，该旁路滤波器用于截断供电电流而使得电力线通信系统的信号通过。
5.如权利要求4所述的传输线结构，还包括开关部分，其嵌入于每个负载侧的下游线中与电力线滤波器形成串联，并且与分支旁路电路并联连接，用于连接或断开每个负载侧的下游线。
6.如权利要求4所述的传输线结构，还包括信号选择部分，其包括在分支旁路电路中，用于根据信号的内容将从电源侧的上游线输入的电力线通信系统的信号转发至一条或多条下游线中。
7.一种用于电力线通信系统中的电力线开关设备，该电力线通信系统通过供应供电电流的电力线来传输信号，该电力线开关设备包括：
开关部分，其嵌入于电力线中以连接或断开电力线；和
旁路电路，其与开关部分并联连接，并且配备有用于截断供电电流而使得电力线通信系统的信号通过的旁路滤波器。
8.一种用于电力线通信系统中的电力线开关设备，该电力线通过系统通过供应供电电流的电力线来传输信号，该电力线开关设备包括：
开关部分，其嵌入于电力线中以连接或断开电力线；
电力线滤波器，其与开关部分串联连接并且嵌入在电力线中，该电力线滤波器用于使得供电电流通过而截断电力线通信系统的信号；以及
旁路电路，其与开关部分和电力线滤波器的串联结构并联连接，该旁路电路包括用于截断供电电流而使得电力线通信系统的信号通过的旁路滤波器。
9.如权利要求8所述的电力线开关设备，其中旁路电路还包括信号选择部分，该信号选择部分用于根据输入到旁路电路的信号的内容来选择使得电力线通信系统的信号通过或截断。
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