CN103063936A

CN103063936A - 一种用于现场的低压电力线载波信道噪声测试系统及其方法

Info

Publication number: CN103063936A
Application number: CN2012105552428A
Authority: CN
Inventors: 李建岐; 褚广斌; 李勍; 陆阳; 赵涛
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI; Global Energy Interconnection Research Institute
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2032-12-19
Also published as: CN103063936B

Abstract

本发明公开了一种用于现场的低压电力线载波信道噪声测试系统及其方法，通过专门设计的耦合器以及高速多通道数据采集卡进行时域和频域的噪声测试，通过笔记本电脑上的测试软件实现对噪声信号的时域波形显示，然后通过软件将时域数据进行FFT变换，得到噪声频域波形（功率谱密度）。观察波形的同时，还可以利用计算机数据存储资源，进行长时间数据存储和监测，以实现对低压电力线噪声特性的记录、分析和评估。同时，该方法及其系统具有灵活，便捷的优点，适用于各种低压电力线路环境。

Description

一种用于现场的低压电力线载波信道噪声测试系统及其方法

技术领域

本发明属于电力系统通信领域，具体涉及一种用于现场的低压电力线载波信道噪声测试系统及其方法。

背景技术

电力线网络是世界上最大的网络之一，电力线通信是以电力线网络作为通信信道的一种通信方式。利用低压电力线网络进行通信具有广阔的应用前景，可以覆盖从变压器到各个居民用户电表以及所有家用电器的范围。但是电力线并不是一种理想的通信介质，具有工作环境恶劣、噪声干扰大以及时变性强等特点。电力线的噪声主要是由电网中工作的各种用电设备产生的，不同时间，不同地点电网中工作的用电设备是不同的，因此电力线信道的噪声随着时间和地点而变化。

目前，普遍的电力线载波信道噪声测试方法主要利用示波器进行时域噪声测试，利用频谱分析仪进行频域噪声测试。由于频谱分析仪和数字示波器都是高精密专业信号测试仪器，因此体积大，便携性差，只适用于实验室的环境，不适合在多种复杂的电力现场使用；另外，单独的示波器和频谱分析仪只能用于信号实时观测，不能进行长时间连续测量和存储，再加上分析功能不足等缺点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于现场的低压电力线载波信道噪声测试系统及其方法，通过相对成本较低的高速信号采集卡来替代示波器和频谱仪来实现电力线噪声的测量。

本发明提供的一种用于现场的低压电力线载波信道噪声测试系统，其改进之处在于，所述测试系统包括变压器、耦合器、数据采集卡和信号处理装置；

所述变压器通过降压将电力线的工频信号作为所述数据采集卡的基准工频信号，所述数据采集卡通过所述耦合器采集电网电力线上的信号，并传给所述信号处理装置，所述信号处理装置对数据进行噪声测试。

其中，所述变压器和耦合器并联接入电网的电力线上，所述变压器的输出端和所述耦合器的输出端分别与所述数据采集卡的两个输入端连接；所述数据采集卡与所述信号处理装置连接。

其中，所述信号处理装置对数据进行噪声测试包括单相噪声测试和三相噪声测试；

若进行单相噪声测试，则耦合器为一个耦合器，并配有一个变压器；

若进行三相噪声测试，则耦合器为三个耦合器，并配有三个变压器；所述三个耦合器并联接入三相电网，所述三个耦合器的输出端分别与所述数据采集卡连接；所述三个变压器并联接入三相电网，根据需求选择一个变压器与所述数据采集卡连接。

其中，所述数据采集卡为高速数据采集卡。

其中，所述数据采集卡通过USB与所述信号处理装置连接，所述信号处理装置通过USB线给数据采集卡供电。

其中，所述变压器、所述耦合器和所述数据采集卡集成在一块板卡上。

本发明基于另一目的提供的一种用于现场的低压电力线载波信道噪声测试方法，其改进之处在于，所述方法包括如下步骤：

（1）变压器将电力线的电压降低，并输出交流信号作为数据采集卡的基准信号；

（2）数据采集卡通过耦合器采集电网电力线上的信号，并传给所述信号处理装置；

（3）所述信号处理装置对数据进行噪声测试，并显示。

其中，所述数据采集卡为高速数据采集卡。

其中，所述信号处理装置包括计算机；所述计算机根据数据进行噪声测试，所述测试内容包括时域分析，并通过FFT变换，用于进行频域分析。

与现有技术比，本发明的有益效果为：

本发明能够适应于各种电力线网络环境下实现低压电力线载波信道噪声测试、数据存储和分析的专用测试系统具有较高的实用价值。

本发明具有成本低，易携带，抗干扰能力强，具有自身保护功能，并可以测量时域和频域噪声的特点，解决了传统的低压电力线信道噪声现场测试的一些难题，因此非常适合现场测试。本发明可以广泛用于城市、偏远农村，以及城乡结合部等多种复杂环境下的电力线噪声测试。

现有方法中的噪声的时域测试和频域测试采用两种不同的仪器（时域采用示波器，频域采用频谱分析仪），本发明采用的是通过数据采集卡采集时域信号，然后再利用软件信息时域分析，并通过FFT变换实现噪声的频域分析，实现了其多功能性。

本发明的测试系统中的工频变压器、耦合器和数据采集卡都集中在一个板卡上，实现了抗干扰性强和高集成度。

本发明设计的数据采集卡单路采样速度最高位80Mb/s，如果3路同时采集的话，仍然可以达到26.7Mb/s的采样率，因此可以实现30kHz～10MHz范围内的噪声测试，其采样率高。

本发明的高速多通道数据采集卡最多可以同时进行4路噪声信号的测试，其实现了本装置的多通道结构，并且数据采集卡的最该采样率可以达到80Ms/s，因此可以测试0~40MHz带宽内的噪声。

本发明的系统可以采用工频过零点的触发方式来采集电力线的时域噪声信号，用于分析电力线上时域噪声与工频电压的关系，最终得出过工频零点时刻的噪声最低，因此电力线载波通信可以通过过零点时刻附近发送信号。

本发明通过笔记本电脑的USB口给数据采集卡供电，在测试噪声的时候笔记本也用电池供电，因此防止了测试设备对电网噪声的干扰。

附图说明

图1为本发明提供的低压单相电力线时域和频域噪声测试方法。

图2为本发明提供的低压三相电力线时域和频域噪声测试方法。

图3为本发明提供的低压单相电力线时域噪声测试结果图。

图4为本发明提供的低压单相电力线频域噪声测试结果图。

图5为本发明提供的低压三相电力线时域噪声测试结果图。

图6为本发明提供的低压三相电力线频域噪声测试结果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本实施例提出一种用于现场的低压电力线载波信道噪声测试系统，所述测试系统包括变压器、耦合器、数据采集卡和信号处理装置；变压器为工频变压器，所述工频变压器通过降压将电力线的工频信号作为所述数据采集卡的基准工频信号，所述数据采集卡通过所述耦合器采集电网电力线上的信号，并传给所述信号处理装置，所述信号处理装置对数据进行时域和频域的分析，其具体连接为：所述变压器和耦合器并联接入电网的电力线上，所述工频变压器的输出端和所述耦合器的输出端分别与所述数据采集卡的两个输入端连接；所述数据采集卡与所述信号处理装置连接。

所述信号处理装置对数据进行噪声测试包括单相噪声测试和三相噪声测试；

若进行三相噪声测试，则耦合器为三个耦合器，并配有三个变压器；所述三个耦合器并联接入三相电网，所述三个耦合器的输出端分别与所述数据采集卡连接；所述三个变压器并联接入三相电网，根据需求选择一个变压器与所述数据采集卡连接，如图2所示。例如，用户需要测量B相噪声，则将连接在B相上的变压器接入数据采集卡的D通道即可。

本实施例的数据采集卡为高速数据采集卡，其通过USB与所述信号处理装置连接，在测试噪声的时候笔记本也用电池供电，因此防止了测试设备对电网噪声的干扰。

本实施例的耦合器和数据采集卡集成在一块板卡上。

对应的，本实施例提供一种用于现场的低压电力线载波信道噪声测试方法，包括如下步骤：

（3）所述信号处理装置对数据进行噪声测试，并显示。所述信号处理装置包括计算机；所述计算机根据数据进行噪声测试，测试内容包括时域分析，并通过FFT变换，用于进行频域分析。

噪声测试包括单相噪声测试和三相噪声测试，其中：

1)单相噪声测试

如附图1所示，一种用于低压电力线载波信道噪声测试系统，它包括工频变压器（如图1中的标号1所示）、低压电力线载波耦合器（如图1中的标号2所示）、高速多通道数据采集卡（如图1中的标号3所示）等硬件模块，还有位于笔记本电脑上的测试分析软件（如图1中的标号4所示：其中包括时域波形处理、FFT频域波形处理以及显示和处理等模块）。

工频变压器：实现对工频50Hz的220V电压进行降压输出，输出50Hz的有效值为5V的交流信号（和工频信号同步，用于分析时域噪声和工频信号的关系）。

低压电力线载波耦合器：一是实现电力线和测试设备的高压隔离，二是耦合信号。

高速多通道数据采集卡：实现多路噪声信号的同时采集。

测试分析软件：专门针对于高速多通道采集卡开发的一款测试软件，它可以实现多路信号的同时采集，因此不仅可以实现时域信号的处理，还可以通过FFT变换实现频域信号的处理。数据处理主要包括数据的显示、分析和存储。

本实施例根据本系统进行测试，单相电力线时域噪声测试结果如图3和图4所示。图3为时域噪声测试结果图，工频信号和噪声信号分别如图中的标注所述，从图中可看出，工频过零点附近的噪声水平最低，因此这个时刻最适合传输电力线载波信号。图4为频域噪声测试结果图，从图中可看出，低频的时候噪声高，高频的时候噪声低。

2)三相噪声测试

如附图2所示，该测试系统与单相测试类似，不同的是前面通过耦合器A、耦合器B、耦合器C（如附图2中的标号1所示）实现三相3路信号的同时耦合，然后将3路的信号通过高速多通道数据采集卡（如附图2中的标号2所示）进行同时数据采集、显示和存储。这样可以同时对比三相的噪声数据。

本实施例根据本系统进行测试，三相电力线时域噪声和频域噪声的测试结果分别如图5和图6所示。图5为三相电力线时域噪声测试结果图，从图中可以看出三相的噪声都呈现出周期性。图6为三相电力线频域噪声测试结果图。从图中可看出，三相的噪声水平在频域内分布差不多，低频的时候噪声高，高频的时候噪声低，随着频率的增加呈现出衰减趋势。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种用于现场的低压电力线载波信道噪声测试系统，其特征在于，所述测试系统包括变压器、耦合器、数据采集卡和信号处理装置；

2.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述变压器和耦合器并联接入电网的电力线上，所述变压器的输出端和所述耦合器的输出端分别与所述数据采集卡的两个输入端连接；所述数据采集卡与所述信号处理装置连接。

3.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述信号处理装置对数据进行噪声测试包括单相噪声测试和三相噪声测试；

4.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述数据采集卡为高速数据采集卡。

5.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述数据采集卡通过USB与所述信号处理装置连接，所述信号处理装置通过USB线给数据采集卡供电。

6.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述变压器、所述耦合器和所述数据采集卡集成在一块板卡上。

7.一种用于现场的低压电力线载波信道噪声测试方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

（3）所述信号处理装置对数据进行噪声测试，并显示。

8.如权利要求7所述的测试方法，其特征在于，所述信号处理装置对数据进行噪声测试包括单相噪声测试和三相噪声测试；

9.如权利要求7所述的测试方法，其特征在于，所述数据采集卡为高速数据采集卡。

10.如权利要求7所述的测试方法，其特征在于，所述信号处理装置包括计算机；所述计算机根据数据进行噪声测试，所述测试内容包括时域分析，并通过FFT变换，用于进行频域分析。