CN101873146B - 中压配电线宽带电力载波通信方法及系统 - Google Patents

中压配电线宽带电力载波通信方法及系统 Download PDF

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Abstract

一种中压配电线宽带电力载波通信方法及系统，方法包括：a、对电力载波通信线路上的干扰频谱信号进行实时快速分析并检出工作频带内出现的强窄带干扰；b、控制前端陷波器的中心频率及带宽来消除随机窄带干扰的影响；c、将强、弱信号实行有效隔离及信号放大和自动增益控制；d、进行系统中各种时序控制，形成发送信号，并将解码数据流传送到数字信号处理器；e、对数据进行打包处理，并通过RS232串口与外部通信；f、向电力线上输出P-P24V的伪随机功率信号，在极低信噪比条件下传送数据。系统包括自适应干扰陷波器、收发隔离单元、前置放大单元、自动增益控制单元、模数转换单元、现场可编程门阵列单元、数字信号处理器、功率驱动单元及功率放大单元。

Description

中压配电线宽带电力载波通信方法及系统
【技术领域】
本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种中压配电线宽带电力载波通信方法及系统。
【背景技术】
正如人们所知，目前的通讯方式主要包括光缆加交换机、无线GPRS\CDMA及传统的电力线载波等。然而，光缆的铺设涉及复杂条件且成本高昂，大规模铺设费用巨大；无线GPRS\CDMA是公网，服务质量及数据安全均难以保证；传统电力线载波由于速率、时延等条件制约，效果难以令人满意。就电力线载波而言，传统的单频点FSK调制方式应用到中压配电线载波通信，无法保证在所有情况下可靠通信；近年发展起来的双频点技术和扩频，虽然提高了通信性能，仍然无法适应中压配电线传输特性的大幅度波动，有时会导致通信中断。电力线上的电磁干扰主要呈现为若干频率附近的窄带干扰(如调频、调幅广播信号等)，而如果在工作频带内出现强的窄带干扰，则会导致前置放大饱和，从而影响模数转换器对通信信号的获取。
【发明内容】
本发明旨在解决上述问题，而提供一种能够克服电力电缆运行中强大的电磁干扰，信号传输效果好，成本低廉，特别适合配网自动化中作分散的、低速率的数据传输的中压配电线宽带电力载波通信方法。
本发明的目的还在于提供实现上述方法的系统。
为实现上述目的，本发明提供一种中压配电线宽带电力载波通信方法，该方法包括如下步骤：
a、对收、发带宽为50～100KHz的中压配电线宽带电力载波通信线路上的干扰频谱信号进行实时快速傅里叶变换分析，以检出工作频带内出现的强窄带干扰，经傅里叶变换分析，如果线路上干扰的频谱在某些频点上高于其它频点10db以上，则表明有强窄带干扰，数字信号处理器控制前端陷波器的中心频率衰减10～20db；
b、根据傅里叶变换分析结果，通过数字信号处理器控制前端陷波器的中心频率及带宽来消除随机窄带干扰的影响；
c、将由双向传输线路的一端发送到线路上的强功率信号和另一端传来的微弱信号实行有效隔离，并对远端传来的微弱信号进行放大及自动增益控制，所述强功率信号与微弱信号的隔离是通过高速运放阻止发射信号进入本地接收机，而从远端传来的信号直接进入本地接收机，所述强功率信号与微弱信号的隔离度为60db；
d、通过现场可编程门阵列(FPGA)进行系统中各种时序控制，形成发送信号，并将解码数据流传送到数字信号处理器；
e、由数字信号处理器对现场可编程门阵列传送的数据进行打包处理，并通过RS232串口与外部通信；
f、信号的收、发是通过向电力线上输出P-P24V的伪随机功率信号，以便在极低信噪比条件下传送数据，所述极低信噪比为-10db以下。
本发明也提供了实现上述方法的系统，该系统包括自适应干扰陷波器、收发隔离单元、前置放大单元、自动增益控制单元、模数转换单元、现场可编程门阵列单元、数字信号处理器、功率驱动单元及功率放大单元，其中，自适应干扰陷波器、收发隔离单元、前置放大单元、自动增益控制单元、模数转换单元、现场可编程门阵列单元、数字信号处理器相串接，功率驱动单元分别与功率放大单元及现场可编程门阵列单元连接，功率放大单元的输出端并接于自适应干扰陷波器和收发隔离单元之间，数字信号处理器上设有RS232串口。
本发明的贡献在于，它有效解决了电力线上的窄带电磁干扰问题。本发明通过对中压配电线宽带电力载波通信线路上的干扰频谱信号进行实时快速分析，并对检出的强窄带干扰信号进行处理，因而能够克服电力电缆运行中强大的电磁干扰，信号传输效果好，成本低廉，特别适合配网自动化中作分散的、低速率的数据传输。
【附图说明】
图1是本发明的传输方法示意图。
图2是本发明的组网通信方法示意图。
图3是本发明的系统结构框图。
【具体实施方式】
本发明的中压配电线宽带电力载波通信方法包括如下步骤：
a、采用数字处理技术中通用的快速傅里叶变换(FFT)算法，由数字信号处理器7对收、发带宽为50～100KHz的中压配电线宽带电力载波通信线路上的干扰频谱信号进行实时快速傅里叶变换分析，以检出工作频带内出现的强窄带干扰，由于发送信号的频谱已知，如果出现强的窄带干扰，由快速傅里叶变换的计算结果便可分析出窄带干扰的频谱信号。
b、根据傅里叶变换分析结果，如果线路上干扰的频谱在某些频点上高于其它频点10db以上，则表明有强窄带干扰。同时，通过数字信号处理器7控制前端自适应干扰陷波器1的中心频率及带宽来消除随机窄带干扰的影响，具体地说，是由数字信号处理器7控制自适应干扰陷波器1的中心频率衰减10～20db。
c、如图1所示，当在A、B两点之间的双向传输线路上传输信号时，为了正确接收远端设备传来的微弱信号，必须将本地端发送到线路上的强功率信号和远端传来的微弱信号进行有效的收、发隔离。具体地说，所述强功率信号与微弱信号的隔离是通过高速运放阻止发射信号进入本地接收机，而从远端传来的信号直接进入本地接收机。所述强功率信号与微弱信号的隔离度为60db。在对强功率信号与微弱信号的隔离的同时，通过前置放大单元3和自动增益控制单元4对远端传来的微弱信号进行放大及自动增益控制。
d、通过现场可编程门阵列6(FPGA)进行系统中各种时序控制，形成发送信号，并将解码数据流传送到数字信号处理器7。该步骤中的现场可编程门阵列所执行的各种功能均可通过公知的方法实现。
e、由数字信号处理器对现场可编程门阵列6传送的数据进行打包处理，并通过RS232串口与外部主机(其可设置在变电站)通信；
f、信息的收、发是通过向电力线上输出P-P24V的伪随机功率信号，以便在极低信噪比，例如-10db以下传送数据。它具有类似白噪声的性质，其功率谱在很宽的频带内是均匀的，具有优良的抗干扰特性。所选用的伪随机信号具有很强的自相关特性，及很弱的互相关特性。如表1所示的m序列，其列出了若干m序列的自相关及互相关特性。
表1
  码长   自相关值   互相关最大值
  5   31   7
  6   63   13
  7   127   19
  8   255   35
  9   511   59
  10   1023   107
本方法中，采用若干组伪随机信号来代表要传输的数据位“1”、“0”，因此线路上并不直接传输实际的“1”、“0”序列，而是一组伪随机序列。要从噪声中检测出伪随机序列比直接检测“1”、“0”要容易得多。本方法可在极低信噪比情况下传送数据。
上述方法可通过图3所示的系统实现，该系统100包括自适应干扰陷波器1、收发隔离单元2、前置放大单元3、自动增益控制单元4、模数转换单元5、现场可编程门阵列单元6、数字信号处理器7、功率驱动单元8及功率放大单元9，它们均可采用本领域中公知的芯片或电路实现。其中的自适应干扰陷波器1、收发隔离单元2、前置放大单元3、自动增益控制单元4、模数转换单元5、现场可编程门阵列单元6、数字信号处理器7相串接，功率驱动单元8分别与功率放大单元9及现场可编程门阵列单元6连接，功率放大单元9的输出端并接于自适应干扰陷波器1和收发隔离单元2之间，数字信号处理器7上设有RS232串口。
再参考图1，在A点到B点之间设有一条高压线缆，在A、B两点设有本发明的系统100，信息的传输是利用电缆屏蔽层进行传输，本发明的方法可实现双向2Mbit/s数据传输，A、B两点之间距离可达50Km，相当于一条延长的E1传输线路。
本发明的方法亦可实现组网通信，如图2所示，在该树形结构电网中，A点为主机，其余各点为从机，从机数可达128个。其可实现A到B、C、D、E、F任意一点的2Mbit/s全双工数据传输。通过A点控制，可实现B、C、D、E、F各点之间相互全双工通信，按需分配各点到A点的传输速率，但总速率不超过2Mbit/s，所有主机的数据在变电站汇集。各从机数据传输到主机的时延小于1秒，完全满足配网自动化对信号传输的要求。

Claims (2)

1.一种中压配电线宽带电力载波通信方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
a、对收、发带宽为50～100KHz的中压配电线宽带电力载波通信线路上的干扰频谱信号进行实时快速傅里叶变换分析，以检出工作频带内出现的强窄带干扰，经傅里叶变换分析，如果线路上干扰的频谱在某些频点上高于其它频点10db以上，则表明有强窄带干扰，数字信号处理器控制前端陷波器的中心频率衰减10～20db；
b、根据傅里叶变换分析结果，通过数字信号处理器控制前端陷波器的中心频率及带宽来消除随机窄带干扰的影响；
c、将由双向传输线路的一端发送到线路上的强功率信号和另一端传来的微弱信号实行有效隔离，并对远端传来的微弱信号进行放大及自动增益控制，所述强功率信号与微弱信号的隔离是通过高速运放阻止发射信号进入本地接收机，而从远端传来的信号直接进入本地接收机，所述强功率信号与微弱信号的隔离度为60db；
d、通过现场可编程门阵列(FPGA)进行系统中各种时序控制，形成发送信号，并将解码数据流传送到数字信号处理器；
e、由数字信号处理器对现场可编程门阵列传送的数据进行打包处理，并通过RS232串口与外部通信；
f、信号的收、发是通过向电力线上输出P-P24V的伪随机功率信号，以便在极低信噪比条件下传送数据，所述极低信噪比为-10db以下。
2.一种实现权利要求1所述方法的系统，其特征在于，该系统包括自适应干扰陷波器(1)、收发隔离单元(2)、前置放大单元(3)、自动增益控制单元(4)、模数转换单元(5)、现场可编程门阵列单元(6)、数字信号处理器(7)、功率驱动单元(8)及功率放大单元(9)，其中，自适应干扰陷波器(1)、收发隔离单元(2)、前置放大单元(3)、自动增益控制单元(4)、模数转换单元(5)、现场可编程门阵列单元(6)、数字信号处理器(7)依次串联连接在双向传输线路上，现场可编程门阵列单元(6)的输出端连接到功率驱动单元(8)的输入端，功率驱动单元(8)的输出端与功率放大单元(9)的输入端连接，功率放大单元(9)的输出端并接于自适应干扰陷波器(1)和收发隔离单元(2)之间，数字信号处理器(7)上设有RS232串口。
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