CN105207697A - 电力线宽带载波通信模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力计量技术领域，特别涉及电力线宽带载波通信模块。针对现有电力线宽带载波通信中存在的噪声影响过大的问题，本发明提供了一种电力线宽带载波通信模块。本发明包括通信单元处理器、宽带协议处理单元、信号耦合单元、信号放大单元、存储单元、通信接口和电源。通信单元处理器由电源供电，电源外接电力线，通信单元处理器分别与通信接口和存储单元双向通信，通信接口外接客户端采集设备或用电信息采集系统，通信单元处理器接宽带协议处理单元，宽带协议处理单元接信号放大单元，信号放大单元接信号耦合单元，信号耦合单元外接电力线。

Description

电力线宽带载波通信模块

技术领域

本发明涉及电力计量技术领域，特别涉及电力线宽带载波通信模块。

背景技术

为实现国家电网用电信息采集系统全新的建设目标，适时把握电力线载波系统的技术发展，使用电信息采集成果在电网规划、安全生产、经营管理、优质服务等工作中得到全面应用，国家电网对用电信息采集系统的建设提出了“全覆盖、全采集、全费控”的建设目标，即为“电力用户全面覆盖”、“用电信息全面采集”、“支持全面电费控制”。

低压电力线并不是专门用来传输通信数据的，它的拓扑结构和物理特性都与传统的通信传输介质，如双绞线、同轴电缆、光纤等不同。电力线通信是在已加载工频电力信号的通路上传输高速数据信息，因而具有工作环境恶劣、噪声干扰严重以及时变性大等特点。同时，信号很容易产生反射、驻波和谐振等现象，使得信号的衰减特性极其复杂，造成电力线通信信道具有很强的频率选择性。

国内电力网管制较少，被污染严重，电能质量未能充分保证，因此使用电力线载波系统传输电能统计信号以实现对国内电力线可靠抄表的技术难度较高，具体表现在以下几点：

1.配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，一般载波信号只能在一个变压器的区域内传输。

2.存在跨变压器共零线串扰，会使距离很近的多台变压器间的信号互相影响。

3.不同信号电力走线方式使电力载波信号损失不同。走线方式有“线-地”和“线-零”两种方式。“线-地”方式比“线-零”方式的载波信号少损失约10-20dB，但“线-地”方式并非适用所有地区的电力系统。

4.电力线自身存在强脉冲干扰，背景噪声干扰严重，且无常规模式，变异很大。电力线上的阻性、感性、容性负载以及大功率、小功率负载产生的噪声在电网上叠加，对信号影响严重。

5.载波信号在电力线上传输存在高衰减。当负荷重时，线路阻抗小，造成载波信号高衰减。例如，当电力线空载时，载波信号可传输几公里；但负荷重时，只能传输几十米，需要进一步提高载波信号功率来满足传输要求，但增大载波信号功率会造成设备体积加大和功率提高，是不可取的策略。

6.电力线可使有效信号变形。电力线是分布参数的网络，不同点对数据信号影响不一样，同时电力线是时刻变化的，时变性强，因此很难按照统一模式保证载波通信效果。

发明内容

针对现有电力线宽带载波通信中存在的噪声影响过大的问题，本发明提供了一种电力线宽带载波通信模块。本发明针对国内低压电力线载波通信的现状，经大量试验分析，采用OFMD（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing正交频分复用，简称OFDM）技术对客户端采集设备或用电信息采集系统采集到的用电信息信号进行编码，以达到提高电力线宽带载波通信抗干扰的能力。

本发明的技术方案为：

一种电力线宽带载波通信模块，包括通信单元处理器、宽带协议处理单元、信号耦合单元、信号放大单元、存储单元、通信接口和电源。通信单元处理器由电源供电，电源外接电力线，通信单元处理器分别与通信接口和存储单元双向通信，通信接口外接客户端采集设备或用电信息采集系统，通信单元处理器接宽带协议处理单元，宽带协议处理单元接信号放大单元，信号放大单元接信号耦合单元，信号耦合单元外接电力线。

本发明的有益效果：本发明的电力线宽带载波通信模块提供了双向、高速、安全和稳定的数据通道，使集中器、采集器、智能表计、用户智能交互终端等设备在用户和电网公司之间形成网络互动和即时连接，保障了电量信息、应用和数据的实时高速采集和传输，其物理层峰值速率达14Mbit/s，应用层峰值速率达2.8Mbit/s。本发明根据智能表计、智能交互终端的自动事件上报，为设备故障分析提供了依据。本发明针对国网智能抄表设计，通过对用户的大量走访和调研，以及对各种工况电力线工作环境的实地测试和研究，结合对国网业务有针对性的分析，决定使用2-12MHz带宽以有效降低系统功耗，采用动态功耗调整技术，降低产品功耗，其日平均功耗小于281mw，完全满足国网要求。本发明针对国内低压电力线载波通信的现状，经大量试验分析，采用OFMD技术对客户端采集设备或用电信息采集系统采集到的用电信息信号进行编码，以达到提高电力线宽带载波抗干扰的能力。OFMD可将高速传输的串行数据转换成多路并行的低速数据，并调制到相对独立的正交子载波上进行传输，使得无线信道中多径时延产生的时间弥散性对通信系统造成的影响减弱，提高通信系统的抗干扰能力，并降低通信误码率。

附图说明

图1为本发明电力线宽带载波通信模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

参照图1，本实施例包括通信单元处理器、宽带协议处理单元、信号耦合单元、信号放大单元、存储单元、通信接口和电源。通信单元处理器由电源供电，电源外接电力线，通信单元处理器分别与通信接口和存储单元双向通信，通信接口外接客户端采集设备或用电信息采集系统，通信单元处理器接宽带协议处理单元，宽带协议处理单元接信号放大单元，信号放大单元接信号耦合单元，信号耦合单元外接电力线。

使用时，通信单元处理器通过通信接口接收客户端采集设备或用电信息采集系统采集到的用电信号，通信单元处理器将用电信号传输至宽带协议处理单元，宽带协议处理单元将用电信号进行OFDM调制编码生成调制用电信号，调制用电信号经信号放大单元放大处理后通过信号耦合单元加载至低压电力线。

低压电力线载波通信中，现场噪声和阻抗主要影响在1MHz以下的频段，本实施例的电力线宽带载波通信模块能够在2-12MHz带宽内对频段进行自适应选择，避开现场噪声和阻抗的影响频段。本实施例采用OFDM调制对用电信号进行编码，OFDM是一种特殊的多载波传输方案，它可以被看作是一种调制技术，也可以被当作一种复用技术。多载波传输把数据流分解成若干个子比特流，这样每个子数据流将具有低得多的比特速率，用这样的低比特率形成的低速率多状态符号再去调制相应的子载波，就构成多个低速率符号并行发送的传输系统。OFDM是对MCM（Multi-CarrierModulation多载波调制，简称MCM）的一种改进。OFDM的特点是各子载波相互正交，所以扩频调制后的频谱可以相互重叠，不但减小了子载波间的相互干扰，还大大提高了频谱利用率。本实施例选择OFDM的一个主要原因在于其能够很好地对抗频率选择性衰落和窄带干扰。在单载波系统中，一次衰落或者干扰就可以导致整个链路失效，但是在多载波系统中，某一时刻只会有少部分的子信道会受到深衰落的影响。本实施例的电力线宽带载波通信模块解决了电力线中窄带、脉冲等典型噪声，滤除带外噪声以及不同相位噪声，解决了PLC信道衰减及阻抗特征共同影响下的频率选择性衰落。本实施例的电力线宽带载波通信模块能够在3分钟内完成典型300规模的组网，单个设备入网平均时间为30秒，最大限度降低了组网对业务的影响，提高系统实时性。本实施例的电力线宽带载波通信模块在典型300规模路由情况下的实时响应时间小于1分钟，并支持多条路径和广播技术。

以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (1)

1.一种电力线宽带载波通信模块，其特征在于其包括通信单元处理器、宽带协议处理单元、信号耦合单元、信号放大单元、存储单元、通信接口和电源；所述通信单元处理器由电源供电，所述电源外接电力线，所述通信单元处理器分别与所述通信接口和存储单元双向通信，所述通信接口外接客户端采集设备或用电信息采集系统，所述通信单元处理器接宽带协议处理单元，所述宽带协议处理单元接信号放大单元，所述信号放大单元接信号耦合单元，所述信号耦合单元外接电力线。