CN103475389A - 基于智能电网应用的电力线载波技术仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于智能电网应用的电力线载波技术仿真系统，涉及电力线载波仿真系统技术领域，包括电源、载波发送模块、净化电源、模拟电网拓扑结构、负载网络、噪声发生器、耦合器和载波接收模块，所述电源与净化电源连接，所述净化电源与模拟电网拓扑结构连接，所述模拟电网拓扑结构分别与负载网络和耦合器连接，所述耦合器分别与噪声发生器、载波发送模块和载波接收模块连接。本发明采用上述技术方案的系统，能较好的反映低压电力线载波信道的基本特性，为低压电力线载波通信的研究提供一种方便快捷的仿真环境。

Description

基于智能电网应用的电力线载波技术仿真系统

技术领域

本发明涉及电力线载波仿真系统技术领域，特别是一种基于智能电网应用的电力线载波技术仿真系统。

背景技术

现在及以后较长的一段时间内，人们关注的焦点都集中在可持续发展、节能减排和绿色能源等方面。而智能电网技术被认为可以很好的解决这些问题，其本身也是经济和技术发展的必然结果，智能电网具体是指利用先进的技术提高电力系统在能源转换效率、电能利用率、供电质量和可靠性等方面的性能。

与当前的电网相比，智能电网具有的特点为：用户可以更多的参与电网的生产和消费；可以容纳所有的分布式发电和分布式储能装置；具有自愈和自适应功能，能正确响应系统中的人为的或者自然干扰；可以提高供电可靠性和保证电能质量。智能电网的主要技术包括先进的计量设施、电压控制、电容控制、停电检测、需求响应和控制、配电站SCADA、分布式发电接入和停电管理系统等，此外还可以整合地理信息系统。而这些技术的实现，几乎都需要实现整个电力系统信息的实时、双向、高速的传输和处理，因此智能通讯网的建设是实现智能电网的关键技术之一，而在智能通讯网的建设中，电力载波通信将有很大的用武之地。

电力载波通信（PLC）是电力系统特有的、基本的通信方式，它是指利用现有的电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。用电力线作为网络接口方案，可有效利用已有的电力配电网络进行通信，不需要重新布线，且电力线网络分布广泛、接入方便，使用户能够共享宽带。在低压220V领域，PLC技术在负荷控制、远程抄表和家居自动化，家居防范、家用电器控制和多表集中抄送方面，具有方面、快捷、节省人力物力等得天独厚的优势。低压电力线载波通信以其投资少、传输速率高、使用方便、便于组建家庭局域网和永远在线等优点越来越受到人们的重视，但也因其信道条件十分恶劣和电网环境的污染严重，给可靠通信带来若干特殊困难。目前，缺少基础理论的科学研究和全面的试验测试环境是影响低压电力线载波通信快速发展的最主要原因。因此，研制低压电力线载波通信负载模拟实验系统，为广大电力线通信研究者提供了方便快捷的实验平台。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种基于智能电网应用的电力线载波技术仿真系统，其为低压电力线载波通信提供基础理论的科学研究和全面的试验测试环境，为广大电力线通信研究者提供了方便快捷的实验平台。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于智能电网应用的电力线载波技术仿真系统，包括电源、载波发送模块、净化电源、模拟电网拓扑结构、负载网络、噪声发生器、耦合器和载波接收模块，所述电源与净化电源连接，所述净化电源与模拟电网拓扑结构连接，所述模拟电网拓扑结构分别与负载网络和耦合器连接，所述耦合器分别与噪声发生器、载波发送模块和载波接收模块连接。

而且，所述的模拟电网拓扑结构采用分解后的简单电力网，分别为单回路放射式、干线式和链式网路、双回路放射式以及环式和两端供电网络。

而且，所述的负载网络采用单片机。

而且，所述的净化电源选用测量设备的人工电源网络。

而且，所述的人工电源网络和电源之间插入附加的射频低通滤波器。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明中采用上述技术方案的系统，能较好的反映低压电力线载波信道的基本特性，为低压电力线载波通信的研究提供一种方便快捷的仿真环境。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：

一种基于智能电网应用的电力线载波技术仿真系统，如图1所示，包括电源、载波发送模块、净化电源、模拟电网拓扑结构、负载网络、噪声发生器、耦合器和载波接收模块，所述电源与净化电源连接，所述净化电源与模拟电网拓扑结构连接，所述模拟电网拓扑结构分别与负载网络和耦合器连接，所述耦合器分别与噪声发生器、载波发送模块和载波接收模块连接。所述的模拟电网拓扑结构采用分解后的简单电力网，分别为单回路放射式、干线式和链式网路、双回路放射式以及环式和两端供电网络；所述的负载网络采用单片机；所述的净化电源选用测量设备的人工电源网络；所述的人工电源网络和电源之间插入附加的射频低通滤波器。

结合附图，阐述本发明的工作原理：

低压电力线通信仿真系统的工作原理与性能：由于电力线传输环境很复杂，存在变化的负载，不同的电网拓扑结构，随机的噪声干扰等影响因素。即将各影响因素单独的作为一个模块，分别考虑各模块的变化情况并搭建硬件电路实现。再将各模块注入到净化的模拟电网中，从而实现对低压电力线载波通信系统的模拟。

该仿真系统的工作过程为：载波发送模块发送载波信号；信号在净化电网环境内传输；在传输过程中，根据实验需要，人为的选择噪声信号（由噪声发生器发生），选择不同电网拓扑结构（由电力传输线模拟实现），不同阻抗值的负载，最后通过载波接收模块来检测载波信号的变化情况。其中，载波信号频带：100KHZ、2MHZ；噪声信号频带：10MHZ以下；系统额定功率：1KW。

负载网络设计与实现：

1、模拟电网拓扑结构：低压电力网络的拓扑结构相当复杂，因此任意两点间的通信效果存在较大差异。由于不同路径的传输特性的差别，极易造成信号的反射和碰撞。模拟多种拓扑结构，采取相应措施以实现全网络的任何时间、任何两点的可靠通信。电力网的接线虽然比较复杂，但它们可分解为若干个简单接线的组合。分解后的简单电力网，大致为单回路放射式、干线式和链式网路、双回路放射式以及环式和两端供电网络。

2、模拟接入电力系统的负载：电力线负载的类型繁多，归纳起来主要由阻性负载、感性负载、容性负载、非线性负载等。在试验所测的频率范围内，输入阻抗随频率的变化并不符合一般想象中的随频率的增大为减小的变化规律，甚至与之相反，阻抗总体上随频率升高而增加，为了解释这一问题，可以将电力线看成是一根传输线，上面链接由各种复杂的负载。这些负载以及电力线本身组合成许多共振电路，在共振频率及其附近频率上形成低阻抗区。因而给电路设计带来很大的困难。负载值的确定由SPICE模拟仿真与具体实测调整。原则：总功率为1KW；频带30K，1MHZ使负载值能典型反应家用电器典型阻抗类型，使谐振频率点尽量均匀分布在考察频带内。

3、负载网络的转换：采用单片机控制继电器实现电力网不同拓扑结构的变换。为提供工作环境下的可靠性工作，采用为最新的PIC16C65单片机，通过RS232/RS485与上位机进行串口通信，系统扩展1K串行EEPROM作为扩展数据存储器，并为了控制12个负载的任意阻抗值，拓扑结构组合，引用78个继电器，相应I/O口用3片并行扩展I/O口芯片82C55A实现。软件编程采用精简指令集汇编语言编写，其基本指令只有31条，利于软件开发与修改。

具体的工作过程如下：异步通信数据中断接收，其中一组代码为一至十三个字节，以OEEH结束，然后从缓冲区RXBUFF中取出数据，存入2401，从2401中取出数据并进行解码后控制继电器动作后，发动作完毕码OFF给上位机，上位机发复位码（OEEH），跳入复位。

负载模拟实验系统注入方式：净化电源选用测量设备的人工电源网络。人工电源网络有两种基本类型，对于耦合不对称电压的V型和分别用于耦合对称电压和非对称电压的△型。对于每根电源线人工电源网络都配有三个端，连接设备的电源端，连接受试设备的设备端和连接测试设备的干扰输出端。人工电源网络的阻抗是指干扰输出端接50Ω负载阻抗时在设备端测得的相对于参考地的阻抗的模。人工电源网络设备的阻抗定义为受试设备呈现的终端阻抗。因此，当干扰输出端没有与测量接收机相连时，该输出端应接50Ω负载阻抗。对于其他任意大小的阻抗值，包括短路或连接在电源和参考地之间的滤波器均起到隔离的作用。这是为了确保所有测试频率上存在于电源上的无用信号不影响测量，因此在人工电源网络和电源之间插入附加的射频低通滤波器。

系统能过较好的反映低压电力线载波信道的基本特性，为低压电力线载波通信的研究提供一种方便快捷的仿真环境。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种基于智能电网应用的电力线载波技术仿真系统，其特征在于：包括电源、载波发送模块、净化电源、模拟电网拓扑结构、负载网络、噪声发生器、耦合器和载波接收模块，所述电源与净化电源连接，所述净化电源与模拟电网拓扑结构连接，所述模拟电网拓扑结构分别与负载网络和耦合器连接，所述耦合器分别与噪声发生器、载波发送模块和载波接收模块连接。

2.根据权利要求1所述的基于智能电网应用的电力线载波技术仿真系统，其特征在于：所述的模拟电网拓扑结构采用分解后的简单电力网，分别为单回路放射式、干线式和链式网路、双回路放射式以及环式和两端供电网络。

3.根据权利要求1所述的基于智能电网应用的电力线载波技术仿真系统，其特征在于：所述的负载网络采用单片机。

4.根据权利要求1所述的基于智能电网应用的电力线载波技术仿真系统，其特征在于：所述的净化电源选用测量设备的人工电源网络。

5.根据权利要求4所述的基于智能电网应用的电力线载波技术仿真系统，其特征在于：所述的人工电源网络和电源之间插入附加的射频低通滤波器。